鷹牌陶瓷 | 《鷹視界》（原《鷹之聲》第118期）
建筑陶瓷基礎知識講堂之二：瓷質磚用原料
一、 熔劑原料
目前，瓷質磚一般采用輥道窯一次快速燒成技術，為降低燒成費用，燒成溫度一般控制在12000C左右，燒成周期為40~60分鐘。為實現低溫快燒，獲得性能優(yōu)良的瓷質磚制品，必須合理地配合使用熔劑。瓷質磚常用的熔劑有鉀長石、鈉長石、偉晶巖、鋰輝石、滑石、透輝石、珍珠巖和霞石正長巖等。下面重點介紹近年來在資質磚中廣泛使用的各種熔劑的工藝性能，以及這些熔劑混合使用的特點。
（一） 鉀長石和鈉長石
鉀長石和鈉長石是兩種最常用的熔劑，在瓷質磚生產中被廣泛使用。兩者既可單獨使用，也可混合使用。
鉀長石
（二） 偉晶巖
偉晶巖又稱偉晶花崗巖，其礦物主要成分為石英、長石和云母，它是花崗巖殘余巖漿在揮發(fā)性物質的作用下逐漸冷凝結晶形成的。其中石英成分波動較大，適用于瓷質磚生產的偉晶巖中石英含量不能太高，一般石英含量為25%~30%，長石含量為60%~70%，其余雜質較少。
（三） 霞石正長巖
霞石正長巖的礦物主要是長石類和霞石（Na，K）ALSiO4的固溶體。氧化鉀和氧化鈉的含量為14%~19%，氧化鋁的含量高于長石（一般為23%左右）。它在10600C左右開始熔化，隨著含堿量不同，在1150~12000C范圍內完全熔融。它幾乎不含游離石英，在高溫下能溶解石英，故其熔融后的黏度較高。再者，霞石正長巖中AL2O3的含量比正長石高，故有利于提高制品的機械強度，使坯體燒成時不易坍塌變形。
（四） 瓷石
瓷石是以絹云母和石英或以長石和石英為主的用作陶瓷原料的長英質酸性巖或其他淺成巖石，具有單獨成瓷的基本組分和生產工藝條件，其主要礦物成分為石英、長石、絹云母等，不是單礦物巖石，而是多礦物的集合體。瓷石大多數是酸性淺成巖或超淺成火成巖，如成霏細巖、細晶巖、石英斑巖、花崗巖等經過熱液蝕變作用的產物，常常發(fā)生絹云母化而形成瓷石礦床，少數是由火山巖蝕變和風化而成。未發(fā)生蝕變的原巖，有是也可作為瓷石使用。其外觀常為青白、灰白、黃白、淡綠等色，致密或易碎，呈塊狀；有的呈玻璃光澤，有的呈土狀光澤，斷口常呈貝殼狀，無明顯解理；硬度為4~7，密度為2.56~2.6 g/cm3。一般需要粉碎后才能使用，含鐵鈦低，易風化。
（五） 瓷砂
瓷砂實際上是風化了的瓷石、長石或偉晶巖。其性能與上述各種原料相同，但經風化后更易球磨。山東的淄博地區(qū)大量使用瓷砂，廣東的佛山等地區(qū)廣泛使用低溫砂作為瓷質磚的主要原料。廣東的低溫砂、石與山東的相比，最突出的優(yōu)點是含鐵量低、白度好。不少山東地區(qū)的瓷石，從化學組成看很好，但是高溫燒出來的產品白度卻不理想。
（六） 鋰輝石和其他含鋰礦物
陶瓷行業(yè)中常用的含鋰礦物主要有鋰輝石、鋰云母和透鋰長石。鋰輝石是重要的含鋰礦物。鋰輝石化學式為Li2O.AL2O3.4SiO2，其中SiO2含量為64.5%，AL2O3含量為27.4%，Li2O含量為8.1%（Li2O含量常在8%左右波動），熔點為14230C。鋰輝石產于偉晶花崗巖中，常與石榴子石、電氣石、石英、長石等共生，常因變質作用而成為鈉長石、云母和石英等。
（七） 透輝石和透閃石
透輝石和透閃石作為熔劑在瓷質磚生產中應用不多，主要原因是用它們制作的瓷質磚坯料燒成溫度范圍較窄，制品容易在高溫下變形，這兒乎是所有同時含鈣鎂硅酸鹽礦物原料所共有的窯業(yè)特點。
（八） 滑石
滑石在瓷質磚生產中也是一種很好的熔劑，或者說是性能優(yōu)良的礦化劑。在瓷質磚坯料中加入少量滑石，可降低燒成溫度，在較低的溫度下形成液相，加速莫來石晶體的形成，同時擴大燒成溫度范圍，提高瓷質磚的白度、機械強度和熱穩(wěn)定性?；c正長石之間也存在最低耐火度。在生產中最好使用預燒過的滑石，因為滑石是片狀結構，在成型時極易定向排列，造成坯體因收縮不一致而開裂。預燒溫度依滑石產地不同在1200~13500C間選擇。
佛山石灣鷹牌陶瓷有限公司和杭州的諾貝爾陶瓷公司，采用鎂質（滑石）瓷工藝技術，在配方中大量使用燒滑石生產超白拋光磚，取得了理想的效果。
目前，在華東和廣東地區(qū)有不少廠家使用江西廣豐出產的黑滑石泥，該原料白度高，可塑性好，又含有一定量的滑石，是一種理想的瓷質磚原料。
（九） 復合熔劑
在實際生產中，除了應用鉀長石、鈉長石復合熔劑外，還經常應用其他復合熔劑。復合熔劑的助熔作用比單一熔劑強。采用燒結溫度范圍較寬的珍珠巖與霞石正長巖、滑石、廢玻璃等混合作用，可以克服這些單一熔劑燒結溫度范圍較窄的缺點，并可減少熔劑原料的總量。研究結果見下表。
幾種熔劑的高溫熔融特征
|
名稱
|
加入量(wt%)
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||||||||||
|
霞石正長巖原礦
|
100
|
——
|
——
|
——
|
——
|
——
|
——
|
——
|
——
|
——
|
——
|
|
霞石正長巖精礦
|
——
|
100
|
——
|
——
|
——
|
95
|
47.5
|
30
|
——
|
——
|
——
|
|
珍珠巖
|
——
|
——
|
100
|
——
|
——
|
——
|
47.5
|
65
|
95
|
98
|
95
|
|
滑石
|
——
|
——
|
——
|
100
|
——
|
5
|
5
|
5
|
5
|
——
|
——
|
|
長石
|
——
|
——
|
——
|
——
|
100
|
——
|
——
|
——
|
——
|
——
|
——
|
|
窗玻璃
|
——
|
——
|
——
|
——
|
——
|
——
|
——
|
——
|
——
|
2
|
4
|
|
軟化溫度（0C）
|
1160
|
1220
|
1150
|
1360
|
1300
|
1240
|
1200
|
1160
|
1160
|
1140
|
1120
|
|
燒結溫度（0C）
|
1270
|
1290
|
1360
|
1420
|
1415
|
1280
|
1275
|
1285
|
1375
|
1375
|
1370
|
|
流動溫度（0C）
|
1320
|
1305
|
1470
|
1450
|
1490
|
1300
|
1310
|
1360
|
1440
|
1440
|
1410
|
|
熔融范圍（0C）
|
160
|
85
|
320
|
90
|
190
|
60
|
110
|
200
|
280
|
300
|
290
|
上面簡要介紹了了瓷質磚中常用的熔劑，在生產實際中應根據各地的資源情況，充分利用當地資源，合理選擇和搭配熔劑。
二、 其他原料
(一) 黏土
黏土是生產墻地磚的重要原料，它對坯體的白度、強度都有決定性影響。廣東省的黑泥資源得天獨厚，結合強度高，生產的瓷質磚、拋光磚白度優(yōu)于其他地區(qū)的產品。其他省份的拋光磚生產廠家一般都要使用廣東黑泥才能生產出高檔產品。目前，上海、江浙、法庫、高安、河北、山東和四川等省市的拋光磚生產廠家都使用廣東的黑泥，。廣東黑泥的化學組成見下表。
廣東黑泥的化學組成(wt%)
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產地
|
SiO2
|
AL2O3
|
Fe2O3
|
CaO
|
MgO
|
K2O
|
Na2O
|
燒失量
|
|
臺山黑泥
|
45.36
|
34.69
|
1.31
|
0.27
|
0.26
|
1.09
|
1.03
|
14.19
|
|
獅嶺黑泥
|
52.71
|
27.69
|
1.81
|
0.46
|
0.91
|
1.99
|
1.60
|
12.59
|
|
番禺黑泥
|
55.15
|
27.62
|
2.30
|
0.58
|
0.14
|
0.92
|
0.87
|
11.62
|
|
中山黑泥
|
53.03
|
29.06
|
1.86
|
0.80
|
0.35
|
0.84
|
1.01
|
13.00
|
|
混合泥
|
49.96
|
33.27
|
0.52
|
1.05
|
0.42
|
5.48
|
0.51
|
9.05
|
目前，廣東省黑泥由于過度開采，質量已比早期的黑泥相差很多。不少廠家已開始使用混合泥、灰泥、咖啡泥等黏土，但它們的白度和黏結性能已不如從前的黑泥。
不同地區(qū)都有各自的原料特點，一般都是使用一部分廣東黑泥，再加一些本地區(qū)的黏土類原料，這也是廣東陶瓷品質高的原因。
(二) 瓷土
根據研究，瓷土是瓷石風化后的產物，是一種適合于制造瓷器的伊利石質或絹云母質黏土。它與高嶺土的區(qū)別是富含云母類礦物，石英、長石等碎屑礦物的含量也較高，在化學成分上往往SiO2含量偏高，一般大于70%AL2O3含量較低，為16%~24% K2O和Na2O含量較高，為2%~8%。瓷石和瓷土在地質產狀上常密切共生，即表部為瓷土，往深部隨著風化程度的降低就過渡為瓷石。
工程車把瓷沙、黑泥、白泥、石粉和高鋁沙等送往原料車間
（三）伊利石黏土
伊利石是一促含鉀鋁硅酸鹽云母族黏土礦物，最早發(fā)現于美國伊利島，由格姆勃朗勃拉德等人于1937年提出并命名為伊利石（Illite）。伊利石又稱“水白云母”，其化學式這K<1AL2[(AL，Si)Si3O10]（OH）2.nH2O，屬于單斜晶系，常呈鱗片狀，粒徑一般小于4μm，晶格中含有不等量的Fe3+、Mg2+、Ca2+等陽離子，其成分有一定變化范圍。伊利石的集合體一般呈黃綠色、灰綠色、灰黃色、灰白色、灰黑色等，多數硬度低，具有不膨脹性。
伊利石中較高的鋁含量能提高制品強度，較高的鉀含量可降低燒成溫度，而與伊利石共生的絹云母可以提高生坯的強度。馬賽克、電瓷制品、瓷質磚、釉面磚等原料中加入伊利石后，可以降低燒成溫度和產品成本，這是伊利石用于陶瓷工業(yè)的一大優(yōu)點。因此，伊利石是生產拋光磚，特別是聚晶微粉磚的理想材料。
總結：陶瓷磚的配方大同小異，主要由瓷土、黏土、溶劑材料組成。根據產品工藝變化而變化，主要參考配方中的硅鋁含量確定坯體膨脹系數，鉀鈉構成影響燒成周期及燒成溫度，還需考慮同底面料、與釉料、同微晶復合材料的匹配等等因素，經過原材料選礦、采購、化學分析、構成配方、工藝小試、中試、生產線調試等過程才能根據實際狀況確定大生產的穩(wěn)定的配方。
下一期的建筑陶瓷基礎知識講堂預告：陶瓷原材料加工
欄目主持：研發(fā)中心技術經理 陳國海
