高分子型復(fù)合陶瓷漿料減水助磨劑的研制與應(yīng)用

摘要 筆者設(shè)計(jì)、合成和配制出一種由改性腐植酸、聚羧酸鈉和無(wú)機(jī)鹽組成的高分子型復(fù)合陶瓷漿料減水助磨劑。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和工廠的生產(chǎn)結(jié)果表明，所研制的減水助磨劑可使球磨時(shí)間減少25%，漿料含水率低于31%，節(jié)能效果顯著。

關(guān)鍵詞 陶瓷漿料，減水助磨劑，節(jié)能

1引 言

目前我國(guó)墻地磚生產(chǎn)通常采用濕法工藝，即陶瓷原料先球磨成泥漿，再噴霧干燥成粉料，這個(gè)過(guò)程所消耗的能量約占生產(chǎn)總能耗的一半，因此，提高原料細(xì)磨效率和降低噴霧干燥塔中泥漿含水率對(duì)陶瓷廠的節(jié)能降耗和生產(chǎn)效率的提高有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。陶瓷原料的球磨是一個(gè)高能耗、低效率的工藝過(guò)程，通過(guò)調(diào)整球磨介質(zhì)、球磨機(jī)內(nèi)襯和料球水比例等操作可提高球磨效率，但其效果有限，且增加磨材的費(fèi)用[1]。許多研究和生產(chǎn)的結(jié)果表明，陶瓷漿料制備中外加適量化學(xué)添加劑能有效改善礦物顆粒的表面性質(zhì)，獲得流變性好、分散均勻、固含量高且穩(wěn)定的漿料，因此能大幅減少球磨和料漿噴霧干燥的能耗[2～5]。本研究設(shè)計(jì)、合成和配制出一種低成本高分子型復(fù)合陶瓷漿料減水助磨劑，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和工廠應(yīng)用結(jié)果表明，該陶瓷助劑減水和助磨效果顯著。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要原料

本研究所用泥料為閩清某陶瓷公司生產(chǎn)用的粘土，60目；改性腐植酸鈉和低成本聚羧酸類高聚物均由閩清金石陶瓷化工有限公司提供；偏硅酸鈉和三聚磷酸鈉均為市售品，工業(yè)一級(jí)。

2.2 減水率的測(cè)定

將80g的水和不同量的減水助磨劑加入到100g的粘土中，用高速研磨機(jī)研磨10min后，用涂-4杯測(cè)泥漿的流動(dòng)時(shí)間，以泥漿流動(dòng)時(shí)間減少的幅度來(lái)確定復(fù)合減水助磨劑的減水效果。

2.3 減水助磨劑的生產(chǎn)應(yīng)用

高分子型陶瓷漿料減水助磨劑的作用效果的測(cè)定在閩清某陶瓷公司的25噸球磨機(jī)上進(jìn)行，不改變生產(chǎn)中磨料的配方，按表1設(shè)計(jì)的方案改變球磨時(shí)間和加水量，研磨后用重量法在110℃下烘干測(cè)定泥漿的含水率和過(guò)200目篩的篩余量。

3結(jié)果與討論

3.1 高分子型復(fù)合陶瓷漿料減水助磨劑的設(shè)計(jì)

陶瓷原料的主要成份為石英、長(zhǎng)石、高嶺土、絹云母等，高嶺土等粘土礦物顆粒屬于膠粒范疇，具有膠體的一般特性，而石英等瘠性原料不屬于膠粒范疇。在未加入化學(xué)添加劑的漿料中，自由水吸附在粘土顆粒表面，需加大量水稀釋來(lái)使?jié){料具有流動(dòng)性，這樣磨球才能通過(guò)有效沖擊、擠壓等作用使礦物顆粒磨細(xì)。外加化學(xué)添加劑還能起到降低礦物顆粒表面自由能與硬度以及穩(wěn)定分散的作用。因此所設(shè)計(jì)的泥漿減水助磨劑應(yīng)具有優(yōu)良的使礦物顆粒自由水脫附、降低礦物顆粒表面自由能及硬度和使礦物顆粒分散的功能。

國(guó)內(nèi)陶瓷生產(chǎn)中一般使用水玻璃、碳酸鈉、三聚磷酸鈉、腐植酸鈉等傳統(tǒng)減水劑，其主要能起到使礦物顆粒自由水脫附的作用，添加量較大，但作用效果差，不過(guò)價(jià)格偏低。國(guó)外先進(jìn)陶瓷生產(chǎn)工藝中基本不使用單一組分的化學(xué)添加劑，一般使用聚羧酸類高聚物為主的復(fù)合陶瓷漿料助劑。這種復(fù)合陶瓷漿料助劑具有上述的多種功能，但其價(jià)格高，目前國(guó)內(nèi)還主要用于特種陶瓷等高檔陶瓷的生產(chǎn)中。為了研制低成本多功能的陶瓷漿料助劑，本研究首先對(duì)天然高聚物的腐植酸進(jìn)行了低成本改性，將更多的親水基團(tuán)引入腐植酸分子中，大幅提高其取代礦物顆粒表面吸附的自由水和分散礦物顆粒的能力。其次設(shè)計(jì)了負(fù)電荷密度和空間位阻大的聚羧酸類高聚物，選用多種性價(jià)比高的單體，并改進(jìn)了合成工藝，使聚羧酸類高聚物的生產(chǎn)成本降低一半以上。最后比較了無(wú)機(jī)鹽減水劑在陶瓷漿料生產(chǎn)中的性價(jià)比，選擇高效低成本的無(wú)機(jī)鹽與改性腐植酸、聚羧酸類高聚物進(jìn)行復(fù)配，進(jìn)一步降低了高分子型復(fù)合陶瓷泥漿減水助磨劑的成本。

3.2 高分子型復(fù)合陶瓷漿料減水助磨劑的減水作用

如下圖比較了偏硅酸鈉、三聚磷酸鈉和復(fù)合減水助磨劑對(duì)漿料粘度的影響。隨用量由0.1%增大至0.3%，三種化學(xué)添加劑都使?jié){料的流動(dòng)時(shí)間減小，即漿料的粘度減小，但降幅大不相同。0.2%的復(fù)合減水助磨劑的添加使?jié){料的流動(dòng)時(shí)間減為18.7s，而相同用量的偏硅酸鈉或三聚磷酸鈉，其漿料的流動(dòng)時(shí)間分別為40.6s和24.6s，表明復(fù)合減水助磨劑的減水效果遠(yuǎn)大于偏硅酸鈉。當(dāng)化學(xué)添加劑的用量超過(guò)0.3%后，添加偏硅酸鈉或三聚磷酸鈉的漿料其流動(dòng)時(shí)間反而增加，而添加復(fù)合減水助磨劑的漿料的流動(dòng)時(shí)間變化較小。這是由于泥漿中鈉離子濃度隨偏硅酸鈉和三聚磷酸鈉用量增加而增大，漿料膠粒的雙電層厚度變小，產(chǎn)生凝聚，從而使?jié){料粘度變大。而復(fù)合減水助磨劑主要由高聚物組成，它的作用機(jī)理與偏硅酸鈉和三聚磷酸鈉不同，主要通過(guò)其在泥漿膠粒表面的吸附、靜電斥力和空間位阻作用使泥漿分散，從而使粘度減小。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合減水助磨劑的減水、分散作用比傳統(tǒng)的偏硅酸鈉、三聚磷酸鈉大，且其適用用量范圍更大，便于生產(chǎn)操作。

3.3 高分子型復(fù)合減水助磨劑的生產(chǎn)應(yīng)用

復(fù)合減水助磨劑的作用效果測(cè)定在閩清某陶瓷公司的25噸球磨機(jī)上進(jìn)行，結(jié)果如表1所示。當(dāng)磨料與水的質(zhì)量比為25∶14.6時(shí)，添加0.35%的復(fù)合減水助磨劑，研磨9h后，漿料的細(xì)度達(dá)到9%，其含水率為33%；而用相同用量的偏硅酸鈉需研磨12h才能使?jié){料的細(xì)度達(dá)到9%，且其含水率為35%。將磨料與水的質(zhì)量比改為25：13.3時(shí)，用0.40%的復(fù)合減水助磨劑研磨10 h可使?jié){料的細(xì)度達(dá)到9%，且其含水率減少為31%。這些生產(chǎn)應(yīng)用的結(jié)果表明，所研制的復(fù)合陶瓷泥漿減水助磨劑具有非常顯著的減水、助磨效果。

3.4 高分子型復(fù)合減水助磨劑的經(jīng)濟(jì)效益分析

由表2的經(jīng)濟(jì)效益分析可知，復(fù)合減水助磨劑的使用在節(jié)能、提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本方面具有顯著的效益。在磨料與水的質(zhì)量比相同時(shí)，使用復(fù)合減水助磨劑的研磨時(shí)間是9h，比使用偏硅酸鈉減少3h，每次球磨機(jī)用電量降低了225kWh，生產(chǎn)成本減少了108.7元，同時(shí)研磨時(shí)間的減少也減少了磨球的損耗。

對(duì)于噴霧干燥料，含水量的降低使干燥時(shí)的能耗減小，并相應(yīng)增加粉料輸出量。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，降低泥漿中含水量的1%，粉料輸出率可增加5%。本研究中泥漿含水量最高減少了4個(gè)百分點(diǎn)，即加水量減少了1300kg，后續(xù)的漿料噴霧干燥中可減少蒸發(fā)這些水分的能耗。

此外泥漿含水量的降低對(duì)注漿料也十分重要。注漿泥料中低的含水量可降低坯體的收縮，減小石膏模的吸水量，縮短模型的干燥時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

4結(jié) 論

（1） 高分子型復(fù)合減水助磨劑的減水、分散作用比偏硅酸鈉和三聚磷酸鈉大，且其適用用量范圍大，便于生產(chǎn)操作。

（2） 工廠生產(chǎn)結(jié)果表明， 復(fù)合減水助磨劑的使用可使球磨時(shí)間減少25%，泥漿含水率低于31%。

參考文獻(xiàn)

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