建筑陶瓷廠某配方土的解膠實驗研究

趙翀+胡飛+蔣榮峰

摘 要：針對某建筑陶瓷廠的配方土進行解膠實驗，加入市售減水劑九水偏硅酸鈉，三聚磷酸鈉，水玻璃，腐植酸鈉以及自制聚丙烯酸鈉，并對所述減水劑進行復配。通過對泥漿的含水率，流速，觸變性以及ζ電位的測定，評價各減水劑及其復配對配方土的解膠作用。研究表明：只有水玻璃對此泥漿解膠效果最好，當泥漿含水率31.03%時，加入水玻璃1 g，流速達77.27 s，觸變性1.04。

關健詞：建筑陶瓷；減水劑；配方土；泥漿性能

1 前言

近幾十年來，隨著中國建筑陶瓷產品需求的增加和工業的發展，產業高能耗一直是一個比較嚴重的問題。建陶產業的高能耗主要體現在干燥和燒成過程[1]。因此，泥漿中的水分應在滿足生產要求的前提下越少越好。泥漿中水分含量越低，干燥和燒成所需的時間越少，消耗能量越少[2] ，陶瓷產品生產的成本越低。

為達到這個目的，企業一般在陶瓷泥漿中加入解凝劑，亦稱減水劑、分散劑或解膠劑。解凝劑通過綜合作用，能使泥漿含水量低的同時具有良好流動性、操作性和穩定性[3] 。然而國內建陶行業地區跨度較大，不同地區的坯料配方都會有差別[5]，所制備的泥漿性能也都不一樣，加入的減水劑也需要根據泥漿的性能做出相應的變化。本文就某建筑陶瓷廠的配方土泥漿進行解膠，確定最佳減水劑的種類及其用量。

2 實驗

2.1實驗原料

本實驗所使用的配方土，由高安某建陶廠提供，其化學組成見表1。由圖1所示的XRD結果可知，該配方土的主要礦物成分為石英，白云母，高嶺石。

2.2實驗試劑

本實驗所用試劑包括如下工業級化工原料：三聚磷酸鈉，九水偏硅酸鈉，水玻璃，腐植酸鈉，聚丙烯酸鈉（本課題組自制）。

2.3 實驗過程

2.3.1 泥漿的制備

實驗前取配方土放入烘箱中于105℃烘至恒重，然后放入顎式破碎機中進行粗碎備用。每組實驗均用電子稱稱量200 g配方土裝入球磨罐中，加入350 g氧化鋁球磨子，并加入一定量的水和減水劑，球磨5 ～ 10分鐘。

2.3.2 流動性和觸變性的測試

在室溫下，取100 ml配方土泥漿倒入涂式杯中，分別測量泥漿靜置30 s、5 min后從涂式杯流出所用的時間（s）。用t30s表示泥漿的流動性，測量其流速，觸變性=t5min/t30s；其中t30s和t5min分別表示泥漿靜置30 s和5 min從涂式杯流出所用的時間。

2.3.3 泥漿ζ電位測試

取2 g球磨好的配方土泥漿，用50 ml自來水稀釋，攪拌均勻后采用宏觀電泳儀測量其ζ電位[4]。同一樣品測量5次，取平均值。

2.3.4 泥漿含水率測試

稱量部分泥漿W1，放入烘箱中烘干至恒重，并稱量烘干后重量W2，計算其含水率=（W1-W2）/W1×100%。

3 實驗結果及討論

3.1 不加減水劑時泥漿——水系統性能

表2為沒有加減水劑時，泥漿-水系統性能測試結果。從表2中可以看出此配方土的流動性較差，加入160～180 g水時，泥漿沒有流動性。只有當含水率到48.72%時，泥漿才流動，但此時泥漿的含水率過高，大幅提高了噴霧干燥的能耗，達不到建陶廠的生產要求。

3.2 九水偏硅酸鈉對泥漿性能的影響

泥漿中加入的九水偏硅酸鈉含量從0.5 ～ 1.5 g，水含量110 ～ 90 g，測量的流速，觸變，含水率及ζ電位的結果如表3所示。

圖2為泥漿流速與ζ電位比較圖，ζ電位與流速的變化趨勢無相關性。這表明九水偏硅酸鈉對于泥漿的解膠作用不全是因為靜電效應。當往泥漿中加入0.5 g九水偏硅酸鈉，水含量為110 g時，泥漿流速為32.06 s。保持九水偏硅酸鈉的量不變，減少水含量至100 g，流速下降，為62.28 s，并且觸變值較大。繼續增加九水偏硅酸鈉的量和減少含水量，泥漿流速急劇下降到163.62 s。對比圖2可以看出，泥漿的ζ電位開始是降低的，流速是減小的。這有可能是由于泥漿中引入的Na+過多，壓縮擴散層[6]，雙電層厚度變小導致膠粒之間斥力減小，流動性降低。之后在含水率31.03%不變的情況下，繼續添加九水偏硅酸鈉，減水效果都不好。這表明對于此泥漿而言，單一的九水偏硅酸鈉有一定的解膠效果，但泥漿觸變性較大。

3.3 三聚磷酸鈉對泥漿性能的影響

泥漿中加入的三聚磷酸鈉從0.5 ～ 1 g，水含量從100 ～ 90 g，測量的流速，觸變，含水率及ζ電位的結果如表4所示。

從表4中可以看到，除泥漿中加入0.5 g三聚磷酸鈉，含水率33.33%時，泥漿流速為23.53 s，其他情況下泥漿均不流動。這表明對于此泥漿而言，單一的三聚磷酸鈉的解膠范圍太窄，適用性不行。

3.4 腐植酸鈉對泥漿性能的影響

泥漿中無論是改變加入的腐植酸鈉的量（0.5 ～ 1 g），還是改變水含量（100 ～ 140 g），泥漿均不流動（見表5），這表明單一的腐植酸鈉對此泥漿無明顯解膠效果。

3.5 水玻璃對泥漿性能的影響

泥漿中加入的水玻璃含量從0.5 ～ 1 g，水含量從100 ～ 90 g，測量的流速，觸變，含水率及ζ電位的結果如表6所示。

從表6中可以看出，當加入0.5 g的水玻璃，含水率為33.33%時，泥漿流動性良好，流速為40.62 s。當含水率降至32.20%，水玻璃量不變時，流速下降為67.05 s，繼續減少含水量，泥漿流速急劇下降到112.47 s，流動性變差。

對比圖3可知，這三組實驗中泥漿的ζ電位反而增加了。這可能是由于泥漿的含水率下降，Na+的濃度上升，導致ζ電位增加，但自由水含量少了，泥漿流動性還是變差。為了使泥漿在低含水率下性能良好，繼續增加水玻璃的加入量，當其加入量為1 g時，流速達77.27 s。水玻璃作為一種無機減水劑，其解膠機理主要在于利用膠粒間的靜電效應。然而從圖3可以看到，所測ζ電位與泥漿流速并無相關性，這與九水偏硅酸鈉的結果一致，但水玻璃的解膠效果卻比九水偏硅酸鈉好，可能是因為在解膠過程中硅酸根離子起到了重要作用。研究表明，硅酸根離子可與泥漿中的Ca2+、Mg2+形成難溶物[7]，促進了Na+的交換作用，使泥漿的粘度減小，流動性增加。本實驗所用水玻璃中的Si：Na的比例比九水偏硅酸鈉中的高，當往泥漿中引入同等量的Na+的情況下，水玻璃含硅酸根離子更多，解膠作用更強。endprint

3.6 聚丙烯酸鈉對泥漿性能的影響

泥漿中無論是改變加入的聚丙烯酸鈉的量（0.5 ～ 0.75 g），還是改變水含量（100 ～ 130 g），泥漿均不能流動（見表7），這表明單一聚丙烯酸鈉對此泥漿無明顯解膠效果。

3.7 復配減水劑對泥漿性能的影響

由前面的結果可知，單一減水劑中水玻璃的效果最好。為了能有更好的減水效果，在保持1 g水玻璃的基礎上，加入其它減水劑進行復配，并測量泥漿性能，結果如表8所示。

從表8中可以看出，在含有水玻璃的基礎上，加入其他減水劑，無論是三元還是四元復配，都不如單一減水劑水玻璃的解膠效果好。流速都在100秒以上，達不到建筑陶瓷廠的生產要求。這可能是因為復配減水劑中的水玻璃含量為最佳值，其他減水劑的加入反而會引入過多的Na+，降低了泥漿流動性。

4 結論

（1） 單一的九水偏硅酸鈉對此配方土泥漿有一定減水效果，但加入后泥漿觸變性較大。

（2） 單一的自制聚丙烯酸鈉、三聚磷酸鈉、腐殖酸鈉加入到該配方土中，泥漿性能有所改善，但效果不明顯。

（3）單一的水玻璃減水效果最好，加入量為1 g時，泥漿含水率為31.03%，流速為77.27 s，觸變性為1.04。

（4） 對于此配方土泥漿而言，無論是三元還是四元復配的減水劑都不如單一減水劑水玻璃的效果好。

參考文獻

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