淺談氧化鐵紅顏料在陶瓷行業中的應用

摘要：本文闡述了氧化鐵紅的基本性質及其用途，通過陶瓷色料生產配方試驗，對氧化鐵紅在陶瓷色料方面的應用進行了分析。

關鍵詞：氧化鐵紅 陶瓷色料 紅棕 生料釉 穩定性 應用

1 引言

氧化鐵紅的分子式為Fe2O3，分子量159.69，有天然的和人造的兩種。天然的氧化鐵紅稱西紅，是基本上純粹的氧化鐵，熔點為1565℃，相對密度為5.24。在自然界以赤鐵礦形式存在，具有兩性，在強堿介質中有一定的還原性，可被強氧化劑氧化。三氧化二鐵不溶于水，也不與水起作用。灼燒硫酸亞鐵、草酸鐵、氫氧化鐵都可制得，它也可通過在空氣中煅燒硫鐵礦來制取。

由于生產方法和操作條件的不同，它們的晶體結構和物理性狀都有很大的差別，色澤變動于橙光到藍光至紫光之間，遮蓋力和著色力都很大。有優越的耐光、耐高溫、耐腐蝕等性質，在濃酸中只有在加熱情況下才逐漸被溶解。

2 氧化鐵紅顏料的用途

氧化鐵紅顏料在各類混凝土中作預制件，在建筑材料中作為顏料或著色劑，可直接調入水泥中應用。氧化鐵紅顏料可用于各種室內外的彩色混凝土；各種建筑陶瓷和琉璃陶瓷如面磚、地磚、屋瓦等；各種涂料著色和保護物質，包括水性內外墻涂料、粉末涂料等；還可用于油性漆，包括環氧、醇酸、氨基等各種底漆和面漆。同時，氧化鐵紅顏料適用于塑料制品的著色，普遍使用于建筑、橡膠、塑料、涂料等工業，特別是鐵紅底漆具有防銹功能，可以代替高價的紅丹漆，節約有色金屬，又是高級精磨材料，適用于精密的五金儀器、光學玻璃等的拋光。高純度的氧化鐵紅是粉末冶金的主要基料，用來冶煉各種磁性合金和其他高級合金鋼。此外氧化鐵紅顏料還可以用于各類化妝品、紙張、皮革等的著色。

3 氧化鐵紅在陶瓷行業中的應用

氧化鐵紅顏料在陶瓷色料配方中，主要以著色劑的形式引入。如釉用色料中的棕色系列、黑色系列；鋯系色料中的鋯鐵紅色料；坯體色料中的黑色、咖啡色和茶色系列等，陶瓷琉璃瓦等彩色水泥磚也大量應用氧化鐵紅原料。因此，氧化鐵紅顏料在陶瓷色料中的用量較大，估計每年用量在一萬噸以上。目前，陶瓷色料使用的氧化鐵紅顏料的生產方法主要分為硫酸法和混酸法（硝酸法），以薄鐵板為原材料進行處理加工后得到外觀鮮紅光亮的氧化鐵紅顏料。通常使用硝酸法工藝生產的氧化鐵紅產品綜合指標優于硫酸法生產的產品。

3.1氧化鐵紅在棕色系列產品中的應用

在陶瓷釉用色料中，棕色系列產品占據了很大的市場。特別是在瓷片和復古磚的生產中，大量使用金黃和紅棕兩大系列產品。

棕色系列產品主要是Fe-Cr-Zn-Al和Fe-Cr-Zn兩種晶體結構，氧化鐵紅顏料主要是以著色劑的形式加入。三價的鐵離子保持紅色，通過和鉻綠復合著色，產生從金黃到黑棕色調。本研究做了如下試驗：采用化學組成如表1所示的熔塊，往熔塊中加入3%的色料，色料的組成與其發色情況見表2。由表2可知，隨著配方中氧化鐵紅顏料的增加，紅度值和黃度值都相應降低，色料的發色由金黃色調向紅棕色調轉變，色料的明度值也相應降低；同時實驗發現，釉面針孔也相應有所增多。

這是由于隨著配方中氧化鐵紅顏料的增加，色料中的不飽和鐵離子增多，易從熔塊釉料的高溫液相中分離出來，針孔增加的同時，發色飽和度相應降低。從色料的外觀上看，隨著鐵紅顏料含量的增加，色料的燒結程度加大，說明鐵紅顏料在棕色系列產品中具有降低燒成溫度的作用。

3.2氧化鐵紅在坯體黑色和咖啡色料中的應用

3.2.1在坯體黑色料中的應用

在陶瓷墻地磚的生產中，主要使用黑、黃、咖啡三種中色調，其中陶瓷坯體黑色料占了坯體色料的35%以上，僅佛山陶瓷廠家每年消耗的坯體黑色料就達6萬噸以上[3]。氧化鐵紅顏料是坯體黑色料配方的主要原料，含量通常可達50%~80%。不同廠家生產的氧化鐵紅產品色調差異較大。如規格為130的氧化鐵紅產品，產地江門的品質相對穩定，而產地清遠的產品在耐溫和色調方面則稍差一些。本研究做了如下對比試驗：將不同產地的氧化鐵紅130產品，以3%的量直接加入到坯泥中，打餅后在1060℃煅燒，測試燒后坯泥的色度值，結果如表3所示。

實驗表明，由于廠家所使用的工藝和原材料等各方面的差異，采用不同產地的氧化鐵紅顏料，燒成產品的發色和高溫穩定性都有所不同。通常外觀鮮紅的鐵紅燒出的坯體黑色產品飽和度較好，外觀較暗紫色的鐵紅燒出的產品藍度值較高。目前市場上的130氧化鐵紅產品價格在6000元/噸左右，價格低于3000元/噸的鐵紅產品，一般高溫穩定性不好，只適合生產較低檔的坯體黑色產品。

3.2.2 在坯體咖啡色料中的應用

目前，市場上的坯體咖啡色料基本上都是采用鉻鐵礦和鐵紅混合煅燒生產出來，氧化鐵紅顏料作為主發色成分對咖啡色調的走向起決定性作用。咖啡色料的各種色調一般是根據不同類型的鐵紅產品搭配進行生產的，外觀鮮紅黃的鐵紅產品生產的咖啡色料偏紅黃調，而外觀較暗紫色的鐵紅產品煅燒出來的咖啡色料相對較黑。

將不同產地的氧化鐵紅與鉻鐵礦混合，外加2%礦化劑，配制成坯用咖啡色料，以3%的比例加入到坯泥中，打餅后在1080℃煅燒，測試燒后坯泥的色度值，結果如表4所示。

實驗表明，坯體咖啡色料在配方和燒成溫度一致時，其色調主要由氧化鐵紅顏料的色調決定。需要說明的是，不同廠家的鐵紅產品存在一定的溫度差異，有時候通過溫度控制或者配方調整，也可以達到調整產品色調的目的。

3.3氧化鐵紅在釉用黑色料中的應用

釉用黑色產品比其他釉用色料的成本要高，其中鈷黑產品的色調以純正的藍調最佳。艷黑類產品由于不含氧化鈷，成本相比于鈷黑略低。但市場上有些艷黑類產品，其純黑色調可與鈷黑相媲美。氧化鐵紅顏料在釉用黑色料中主要起助色的作用。通常認為，在氧化氣氛條件下，1000℃時形成的NiO-Cr2O3發青綠色調，NiO-Fe2O3發黑色帶紅調，Co-Fe_{2<\\sub>O3<\\sub>發藍黑色調，通過復合著色而呈現較純正的黑色。同時，CuO-Fe2O3在釉中也能呈現出藍黑色調。}

目前，市場上所銷售的陶瓷色料用鐵紅產品型號主要是110、130、190等。由于采用的生產工藝不同，同一規格的產品在性能上也有很大的區別，價格相差也較大，通常在3000~7000元/噸。鐵紅的簡易評判方法如下：

（1）查看外觀是否鮮艷；

（2）是否耐高溫；

（3）用手捏時的粘手程度。一般來說，色澤越鮮紅、又非常粘手的鐵紅比色澤暗紫的產品要好。

由于鐵紅對產品的燒成溫度和色調有較大的影響，選擇用于陶瓷釉用黑色料生產的鐵紅時，需要根據產品的設計要求進行選擇，并通過煅燒生產配方來檢測其是否達到要求。

本研究做了各廠家的氧化鐵紅顏料在生料仿古釉中的對比試驗，試驗采用Fe:Cr:Ni:Mn=30:35:30:10的基礎配方，其中Mn以氧化錳形式引入。色料以3%的比例加入到生料釉中，生料釉的配方組成見表5。配制色料生料，實驗室電爐4h快速升溫至1250℃，恒溫2h。將燒好的色料熟料刮好的磚樣板，在實驗室輥道窯中燒成，燒成溫度為1180℃，燒成周期為30min， 測試燒后試樣的色度值，結果見表6。

實驗表明，規格為130的氧化鐵紅顏料更適合于釉用黑色料的生產，其藍度數值優于190鐵紅。其他規格如110鐵紅由于成本較高，沒有進行對比試驗。通常認為，釉用黑色產品如在高溫釉料中發色較好，其在低溫瓷片中也有相同的發色趨勢。需說明的是，艷黑類產品更適合在瓷片中使用，有時在高溫釉料中發色偏紅、偏淺，但在低溫釉料中則呈現純正的藍調。艷黑類的鎳黑產品在生產中進行球磨加工時很容易“跑調”，具體表現在含鎳黑色產品球磨時間越長，發色就越偏向紅調，同時發色深度會明顯降低，特別是配方中含鎳越少，這種變化就越明顯。鈷黑類產品相對來說要穩定些。

3.4 氧化鐵紅在鋯鐵紅產品中的應用

鋯鐵紅色料對原材料要求較高，生產過程中的生料球磨工藝較為復雜，燒成工藝十分嚴格。鋯鐵紅色料屬于鋯基色料中的包裹型，它是混晶色料，存在兩個相，其中發色的化合物或膠態金屬相被晶體所包裹。需說明的是，鋯鐵紅色料中的鐵離子不會與礦化劑鹵化物等發生反應形成揮發性氣體，故難以依靠自身進行擴散遷移，因此不能通過擴散途徑遷移進行反應，必須通過自身遷移到達反應帶同鋯結合。

目前，鋯鐵紅產品的生產很少使用化學鋯，一般采用普通電熔氧化鋯和化學鋯搭配使用。氧化鐵紅以著色劑的形式引入配方，其晶體形狀和價態直接影響鋯鐵紅產品的品質。選擇合適的氧化鐵紅顏料對生產出高性價比的鋯鐵紅產品十分關鍵。

本研究做了如下對比試驗：將不同廠家及不同型號的氧化鐵紅顏料，以相同的配比配制成鋯鐵紅色料，并以3%的比例加入表1所示的熔塊釉中，測試燒后試驗的色度值，結果如表7所示。

實驗表明，適合鋯鐵紅生產的氧化鐵紅顏料有上海產130和110鐵紅，以及華源110鐵紅。其他常見的如江門、湖南、清遠產的鐵紅顏料次之，要么在釉料中沒有發色，或發色較淺。鋯鐵紅產品的色調可以通過鐵紅顏料型號來進行調整，130鐵紅相對較鮮紅，110鐵紅則是鮮黃調。當然，也可以通過調整鐵紅在配方中的含量和燒成溫度，以及生料的球磨時間來控制。

4 結語

自去年年底以來，受原材料、能源和國家節能減排政策等綜合因素的影響，國內氧化鐵紅顏料出現“量價齊升”的狀況，佛山地區的氧化鐵紅產品整體漲幅在10%以上。氧化鐵紅顏料通常都是以著色劑的形式引入，因而直接影響產品的品質，選擇合適的氧化鐵紅產品對陶瓷色料的生產十分關鍵。如在棕色系列產品中應選用外觀鮮紅黃的鐵紅產品，而在釉用黑色類產品中，則應選擇外觀鮮艷呈現暗紫色調的鐵紅類產品。特別是在釉用鋯鐵紅和坯體珊瑚紅色料的配方設計中，一定要選用硝酸法生產的氧化鐵紅產品。

參考文獻

[1] 秦威.淺談鉻鐵礦在陶瓷行業中的應用[J].佛山陶瓷，2011，3.

[2] 秦威.陶瓷釉用黑色的研制及工藝控制[J].佛山陶瓷，2008，4.

[3] 秦威.提高鋯鐵紅色料質量的措施[J].佛山陶瓷，2005，8.