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浅谈绿色环保高白玻化砖的制备

2019/09/19 阅读:

摘要:本文阐述了一种通过研究坯体基础配方研制、增强剂、稀释剂和烧成制度制备得到不含硅酸锆生产绿色环保高白玻化砖的制备方法。通过白度仪、流速仪、抗折强度测定仪表征了产品的色度值、流速以及强度。最终制备得到原料组成及含量为:东兴砂20%、超白砂21%、福明砂5%、冰雪1#砂18%、水磨粉7%、超白球土12%、惠东原坭8%、石英粉5%、烧滑石1.5%、脱硅铝粉3%,同时加高效增强剂A;稀释剂为减水剂:水玻璃=1:1复合解胶剂。

关键词:高白玻化砖;复合解胶剂;增强剂

1前言

超白砖的问世,为当今陶瓷市场注入一股新的活力,许多消费者十分钟情于超白类的产品,掀起使用“超白砖”的风潮,因为洁白似雪的产品代表一种纯净、一种纯洁无暇、一种心境。“买超白砖”成为当今瓷砖消费的一种潮流,并且受到许多追求时尚高品位人士的青睐。在现有技术中,超白砖一般都是以SiO2-Al2O3-R2O为基础体系,外加一定量的硅酸锆作为增白原料制备所得。然而由于硅酸锆价格高涨、缺货且屡屡导致产品放射性指数超标,尤其是内放射性指数,并且随着中国经济的持续快速发展,城市和工业化进程的不断增加,环境污染日益严重,国家对环保的重视程度也越来越高,使硅酸锆应用受限。本文创新性地通过研究坯体基础配方来生产高白玻化砖,试图通过一些无锆增白的原料生产高白玻化砖,最终可以获得理想效果的产品。

2主要研究内容

本研究涉及到一种绿色环保高白玻化砖的生产工艺,包括坯体基础配方、增强剂、稀释剂、烧成制度以及一系列的工艺参数等多项内容。

2.1坯体基础配方研制对超白砖制备的影响

经过研究,优选出瘠性原料、可塑性原料、熔剂性原料,进一步研究四种坯体基础配方对超白砖制备的影响。表1是4种坯体基础配方表。分析得到配方4#是最佳的配方,但是配方4#相对于其它3个配方,成本相对较高,并且由于脱硅铝粉的量相对较高,导致铝的含量过高,在生产中难以控制。配方3#得到的各项指标达标,并且性价比最高,配方2#的虽然各项性能指标达标,但是经过抛光后会出现很多毛孔,降低了产品的防污性能。因此最终选择配方3#为最优配方。

2.2增强剂对超白砖坯体强度的影响

近年来优质塑性粘土(如广东黑泥和白泥)的产量越来越少,在此情况下,高性能坯体增强剂应运而生,现今绝大多数陶瓷生产企业都将坯体增强剂作为添加剂引入坯体中,以此提升生坯、干坯强度,提高产品质量。本项目研究高效增强剂A、液体增强剂B、甲基3种增强剂和不同添加量对超白砖坯体强度的影响。图1是不同增强剂的种类和添加量制备超白砖坯体强度图,从图中可以看出随着增强剂的添加量不断递增,超白砖坯体强度呈现稳步递增的趋势,并且甲基和高效增强剂A作用于超白砖的砖坯的增强效果相差不大,但二者均比液体增强剂B的增强砖坯的作用更好。图2是不同增强剂的种类和添加量制备超白砖坯体浆料流速图,从图中观察可知,超白砖坯体浆料的流速随着增强剂的添加量不断地增大而增大,并且液体增强剂B和高效增强剂A二者对超白砖坯体浆料的流速产生的作用不相上下,均比甲基的强。从性价比综合考虑,选择高效增强剂A,添加量为0.10~0.15wt.%。这是因为高效增强剂A作为坯体增强剂,其是一种纤维素醚,是天然纤维经过化学改性后获得的一种水溶性好的聚阴离子纤维素化合物,易溶于冷热水中,具有分散性、不易腐蚀、无毒无害等性能,是一种用途广泛的天然高分子衍生物,并且高效增强剂A在高温作用下,高分子长链之间相互缠绕,产生交联作用,一方面使陶瓷颗粒彼此之间更加紧密的粘合,同时阻止颗粒在受力条件下产生位移,从而起到增强作用。

2.3稀释剂对超白砖泥浆流速的影响

稀释剂又称为解凝剂、解胶剂,在陶瓷生产中是一种相当重要的添加剂。正确选择和使用稀释剂,能有效降低泥浆的黏度,提高泥浆的流动性,减少泥浆的含水率,从而提高经济效益。本项目研究减水剂A、水玻璃、三聚磷酸钠作为稀释剂对制备超白砖浆料流速的影响。图3是不同稀释剂的种类和用量制备超白砖浆料流速V/s图。从图中分析可知,虽然三聚磷酸钠对泥浆稀释作用相比于减水剂A和水玻璃的稀释效果明显更优(三聚磷酸钠的解胶机理主要为离子置换和螯合效应,解胶效果明显),但是其成本很高,对于批量化生产不适合。当减水剂A和水玻璃的添加量分别为0.6~0.7wt.%时,浆料的流动性达到最佳。因此,从性价比考虑,当以减水剂A:水玻璃=1:1作为复合解胶剂时,浆料的流动性最好,并且产生利益最大化。这是因为水玻璃是一种水溶性硅酸盐,解胶机理主要为离子置换(如水玻璃公式1)。其化学式为R2O•mSiO2•xH2O,陶瓷行业中模数m通常在2.0~3.5,当m≥2,水玻璃为液态,粘度大,对仓储和运输多为不便,如果在陶瓷生产中添加量大时,解胶后由于-Si-O-网络体的富聚,导致坯体在烧成前和烧成后的脆性增大,影响抗折强度,尤其在瓷质砖中的影响更明显,但水玻璃成本很低,减水剂A的解胶机理主要为离子置换,调整减水剂A模数,使其由液态转变为固态,或者采用高温熔融反应法直接生产为化合水较少的减水剂A固体,改善水玻璃仓储和运输的缺点,与此同时,Na+离子含量的提高,使离子置换几率增大,效果更加明显,SiO32-离子含量相对降低,解胶后Si-O-网络体的富聚现象降低,减小对坯体强度的不良影响,水玻璃和减水剂A彼此之间相辅相成,以减水剂A:水玻璃=1:1作为复合解胶剂,使浆料的流动性达到最佳,使批量化生产成本降低。2.4烧成制度对超白砖制备的影响烧成是陶瓷工艺的第三个重要工序,是通过高温处理,使坯体发生一系列物理化学变化,形成预期的矿物组成和显微结构,从而达到固定外形并获得所要求效果的工序。坯体的煅烧过程主要分为四个阶段:低温阶段(室温~300℃)、氧化分解与晶型转变阶段(300~950℃)、高温阶段(950~1210℃)、冷却阶段(1210℃~室温)。各阶段的物理化学反应如表3超白砖坯体在烧成过程中的物理化学反应所示。本项目研究了1150℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃、1200℃、1210℃、1220℃、1230℃煅烧温度对超白砖制备的影响。图4是不同煅烧温度制备超白砖的吸水率-收缩率,从图中可以看出,当煅烧温度大于1210℃,超白砖的吸水率和收缩率呈现递增的趋势,当煅烧温度低于1210℃,超白砖的吸水率和收缩率呈现递减的趋势,当煅烧温度为1210℃,超白砖的吸水率和收缩率达到最佳值,吸水率低于国家标准为0.03%,收缩率为8.39%。这是因为,在K2O-Al2O3-SiO2系统中,当温度在300~950℃期间,石英在573℃发生β-石英→α-石英的晶型转变,伴有0.82%的体积膨胀,并且,在920℃时形成少量液相,其可起到粘结颗粒的作用,使颗粒之间的距离变小,从而使坯体的机械强度增加。粘土在925℃左右经过放热反应,生成铝硅尖晶石开始转化为莫来石,长石约在1170℃开始分解,析出白榴石并生成液相,在1210℃左右,随着温度的升高,石英的溶解度迅速增大,石英含量降低,从而熔体的成分不断变化,大量液相的产生,一方面促使晶体发生重结晶,由于细晶溶解度大于粗晶,所以小晶体溶解后就向大晶粒上沉积,导致大晶粒尺寸进一步长大,另一方面液相起着致密化的作用,由于表面张力的拉紧作用,使它能填充颗粒间隙,促使固体颗粒相互靠拢,从而使莫来石、残余石英与瓷坯中的其它组分彼此合成整体,组成致密的具有较高机械强度的瓷坯。因此,当煅烧温度为1210℃,超白砖的吸水率和收缩率达到最佳值。

3结论

本项目创新性地以脱硅铝粉、惠东原坭、石英粉等原料构成以SiO2-Al2O3-R2O为基础体系的配方,在1210℃左右的温度范围内制备得到放射性达标、防污能力强、白度达到60度以上的高白玻化砖。经过对一系列因素的研究,最终获得以下几点项目总结:(1)最终确定项目的试验配方如表4。(2)从性价比综合考虑,选择高效增强剂A,添加量为0.10~0.15wt.%。(3)水玻璃和减水剂A彼此之间相辅相成,以减水剂A:水玻璃=1:1作为复合解胶剂,使浆料的流动性达到最佳,使批量化生产的利润达到最大值;当煅烧温度为1210℃,超白砖的吸水率和收缩率达到最佳值。

作者:潘婷 欧阳文 单位:佛山石湾鹰牌陶瓷有限公司

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