Ａｌ_２Ｏ_３瓷料漿復合添加劑的優選

摘 要 本文系統地分析了添加劑的作用效果，并通過實驗獲得了一種料漿流動性好、顆粒分布窄且均勻的復合型添加劑。結果表明，復合添加劑與傳統單一添加劑相比，降低了含水率，因此，有希望在生產中提高料漿的噴霧干燥效率，降低能耗，節約成本。

關鍵詞 復合添加劑，氧化鋁瓷，流動性

1前言

分散劑作為一種用途很廣的表面活性劑，廣泛應用于陶瓷料漿的制備。它能迅速濕潤固體顆粒，降低表面勢能，又能使固體質點的勢壘增加，從而制備出粘度低、流變性好、分散均勻、固含量高且穩定的料漿^[1～2]。

過去數十年，氧化鋁瓷的生產技術得到了長足的進步，但仍普遍存在料漿含水率高、流動性不好、穩定性差等問題。傳統添加劑效果差、反絮凝范圍比較窄、用量不易控制，已不能滿足工藝要求。因此，研制一種新型復合添加劑以制備高固含量的氧化鋁瓷料漿非常必要。

2實驗部分

2.1 實驗粉料

實驗粉料由佛山某剛玉陶瓷廠提供，主要由氧化鋁、高嶺土、輕質碳酸鈣、燒滑石和碳酸鋇組成，其化學組成見表1。

2.2 實驗儀器

主要有行星球磨機、涂-4粘度計、pH酸度計、旋轉式粘度計、電子天平等。

2.3 實驗方法及流程

先將粉料烘干，用膠袋封裝備用。然后按配方分別加入水和分散劑（分散劑的量如表2所示）；料:球:水（wt%）=1:2:0.4～0.5，球磨60min后出漿，料漿細度為325目篩余1%以下。

2.4 料漿的性能檢測

（1） 料漿的流動性：用涂-4粘度計測定。以料漿從涂-4杯中流出所用時間(s)來表征流動性；

（2） 料漿的粘度：NDJ-1型旋轉式粘度計，選用3號轉子（30、60r/min）；

（3） pH值：利用KL-009型酸度計（精確度0.1）；

（4） 料漿的厚化度：用來表征料漿的觸變性；

厚化度＝τ_30min/τ_30s其中：

τ_30min—— 料漿在粘度計內靜置30min后流出所用時間（s）；

τ_30s —— 料漿在粘度計內靜置30s后流出所用時間（s）。

3實驗結果

3.1 單因素實驗結果

經過單因素試驗，測出加入不同分散劑后料漿的流動性和粘度，如表2所示。

3.2 L₁₆(5⁴)表頭設計及結果

表3為復合型添加劑正交試驗因素水平表。水玻璃與檸檬酸鈉的比例是根據二因素實驗數據確定的，其中1:3效果較好，可在這個數據的基礎上適當調整；B、C、D因素是根據單因素實驗來確定的。加分散劑的原則是在達到同樣效果的前提下種類要盡量少，以避免引入太多的雜質離子。

3.3 結果分析

表4采用L₁₆(5⁴)正交實驗表，測試的參數有流動性、厚化度、粘度和pH值，在保證料漿細度的情況下主要考察料漿的流動性和厚化度。

表5、表6、表7是對L₁₆(5⁴)正交表的直觀分析，從表可知各個影響因素的主次順序為：流動性的直觀分析A＞C＞B＞D；粘度的直觀分析C＞B＞D＞A；厚化度的直觀分析A＞D＞B＞C；第5因素為參考因素。結果表明：各因素對料漿性能影響的主次順序不同，其中A因素對料漿的流動性和厚化度影響最大。因此，優化料漿的流動性與厚化度時主要考慮水玻璃與檸檬酸鈉的比值。

綜上所述，復合添加劑的最佳組合為A₃B₁C₄D₂：檸檬酸鈉（0.3wt%）、水玻璃（0.1wt%）、SD900（0.05wt%）。C和D因素影響不大，從節約成本考慮可不加。

3.4 復合添加劑的性能分析

3.4.1對料漿的助磨作用

由下圖可知，加入復合添加劑后，料漿顆粒均勻、粒度小、顆粒形狀比較圓滑，棱角少；而加入廠用試劑的料漿，其顆粒不規則，有較多長條狀，且顆粒較粗大、形狀各異。說明復合添加劑比廠用添加劑助磨效果更好。

（a）加入復合添加劑

（b）加入廠用試劑

加入不同添加劑后料漿的ＳＥＭ照片

3.4.2減水作用

由表8知，在復合添加劑含水率為45%的情況下，流動性和厚化度分別為11.90s和1.06，達到了廠用添加劑要求的參數。

4理論分析

復合添加劑由水玻璃、檸檬酸鈉和SD900組成。水玻璃是一種常用的添加劑。檸檬酸鈉屬于三價的有機添加劑，容易吸附在氧化鋁顆粒表面，是帶電量高的電解質，主要通過靜電排斥力達到穩定^[6]；SD900是新一代高分子電解質型抗絮凝劑，其活化基團能有效吸附于顆粒表面，靜電排斥效應與空間勢壘效應共同發揮作用，能很好地起到分散作用。

分散劑的加入量有一個最佳范圍。當分散劑量少時，顆粒表面未被分散劑有效覆蓋，表面的吸附層薄，ξ電位小，排斥力小，顆粒有較大的沉降和團聚力，所以穩定分散性較差；增加分散劑量有利于增加對顆粒表面的覆蓋率，使體系穩定分散性增加；但分散劑加入量過大時，顆粒表面的吸附量已達飽和狀態，因過剩而游離的分散劑分子會在顆粒間架橋而導致絮凝，從而使穩定分散性變差^[7～8]。

5結論

氧化鋁瓷料漿復合添加劑的優化配方為：水玻璃（0.1%）、檸檬酸鈉（0.3%）、SD900（0.05%）。與傳統添加劑相比，在相同條件下可降低含水率2%，提高噴霧干燥塔的出料率，達到節能降耗的目的。此數據僅為實驗室中得出的結果，如果應用于生產，還需進一步調整。

參考文獻

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2 戚紅艷、王文忠等．陶瓷粉體分散的穩定機制及Sialon粉體分散的研究[J]．本溪冶金高等專科學校，2002，12：11～13

3 Napper D.H.，Polymeric Stabilisation of Colloidal Dispersions[M].Academic Press.，1983，74 Hunter．R.J.Foundations of Colloid Science[M]. Oxford Science，1991

5 Everett．D.H.Basic Principles of Colloids[J].RoyalSocietyof Chemistry，1989

6 李艷莉，賴光華等.新型陶瓷油料減水劑研究[J].佛山陶瓷，1997，2：30～33

7 J.L.Morrison，B.G.Miller，A.W.Scaroni.Proc.18th Intern.Tech.Conf.on Coal Utilisation and Fuel Systems.Coaland Slurry Technology Association.Clearwater，1993:361

8 Moeggenborg KJ，Alfano J C，Whitten J E.Improved quality control with rapid simple accuratedetermination of additive dosages in ceramic slurries[J].Ceram Eng Sci Proc.， 2000，21(2)：73～81

Preparation of Composite Additive of Al2O3 Ceramic Slurry

Wu Xigui1 Jian Runtong1 Liu Weidong2

(1Technic Research Center of Guangdong Newpearl Ceramics Groups Guangdong Foshan 528061

2College of Materials Science and EngineeringSouth China University of Technology GuangzhouGuangdong 510640)

Abstract: Additive's mechanism was analyzed in this paper，and composite additive with good flowability，narrow distribution and nice disperse was obtained.Results show that composite additive can improve efficiency of spray dring，reduce consumed energy and cut down cost.

Keywords: composite additive，Al2O3 ceramic slurry，flowability