利用鉻鐵渣制備坯用黑色色料的研究

章文義

摘 要：以鉻鐵渣為主要原料，引入不同礦化劑，采用固相燒結法制備陶瓷坯用黑色色料。研究表明：鉻鐵渣可用于制備陶瓷坯用黑色色料，使用鉻鐵渣原料生產陶瓷坯用黑色色料，其控制重點是控制鉀鹽、偏釩和氧化銻的量。采用本實驗的鉻鐵渣為原料，其最佳配方為：60份鐵紅、40份鉻鐵渣、0.2 份KNO3、0.2份NH4VO3、1.5份Sb2O3、0.1份NaF、0.7份MnCO3。采用鉻鐵渣為主要原料制備成本可降低30%左右。鉻鐵渣屬尾渣廢料，資源化利用鉻鐵渣有利于改善鉻鐵渣對環境的污染。

關鍵詞：鉻鐵渣;黑色色料;陶瓷坯體

1 前 言

隨著人民生活水平提高和審美觀的不斷變化，以黑白為主調的簡約風和黑色為主的工業風流行，使得黑色色料在瓷磚生產中用量較大。傳統坯用黑色色料主要利用鐵、鎳、鉻等金屬的氧化物作為呈色劑，這些氧化物需要專門生產，普遍成本高昂，導致黑色色料成本居高不下[1-5]。鉻鐵渣是火法冶煉含鉻鐵合金時所產生的含鉻廢渣，主要是礦熱爐法冶煉高碳鉻鐵時產生[6]。根據行業使用規范JC417-91，鉻鐵渣可適量用作水泥原料，但水泥附加值不高，因此，鉻鐵渣產生的經濟效益有限。針對鉻鐵渣內含有一定量的鐵、鉻等成分，可用于制備陶瓷坯體用黑色色料。據調研，某廠有大量的鉻鐵渣庫存，庫存壓力大，且大量的鉻鐵渣堆放存在污染環境的風險。針對這種情況，以該鉻鐵渣為原料，并輔以其它原料，通過固相反應法制備坯用黑色色料，并對色料的呈色性能進行研究。

2 實驗

2.1 原料與試劑

實驗所用原料和試劑如表1所示。

2.2 設備與儀器

實驗所用設備和儀器如表2所示。

2.3 實驗方法

以鐵紅和鉻鐵渣為主要原料，通過引入不同的礦化劑制備黑色色料樣品。同時將黑色色料試樣按2%的量引入陶瓷坯體中，經過1220℃電爐燒成，檢測坯體的顏色值，通過與標準版對比評分的方式，選擇最佳配方。

3 結果與討論

3.1 鉻鐵渣成分分析

表3所示為實驗用鉻鐵渣的化學組成。由表可知，鉻鐵渣的主要成分為氧化鐵和氧化鉻，同時含有少量的其它有色金屬元素。鐵、鉻元素也是黑色色料主要的化學成分，因此鉻鐵渣是一種潛在的黑色色料原材料。

3.2 配方設計與呈色性能

根據現有生產配方，查閱相關資料文獻，選取主要影響因素。實驗配方的因素和水平如表4所示。按表2配制實驗配方18個（見表5），按照生產同樣的升溫曲線在電爐制得色料樣品，以正常生產使用的標準樣品對比，按照色料2%加入量引入陶瓷坯體中，1220℃電爐燒成。

采用CR-10型色差儀測試試樣的Lab值。表6為試樣色度值表。Lab參數中，L代表明度，正a代表紅色，負a代表綠色，正b代表黃色，負b代表藍色。由表可知，所有實驗試樣具有正的a值和負的b值，且標準試樣的Lab值分別為35.75、0.18和-1.47。同時，根據各試樣與標準樣的色差值并根據客戶的需求情況進行評分（分值范圍0 ～ 5）。從實驗結果看，16#樣品顏色最深（33.09、0.56、-1.66）;其次是13#樣品（33.76、0.23、-1.57）、7#樣品（微紅，33.66、0.61、-1.46）和6#樣品（34.35、0.10、-1.83）。1#樣品最紅，a值為1.39;8#樣品最淺，a值為0.07。3#、12#、18#樣品與標準版試樣數值接近，其次是4#、17#、14#、15#、10#和11#樣品，其中10#和11#樣品的色度值接近。而 2#、5#和9#樣品a值偏大，與標準試樣相比微偏紅。

表7為實驗數據的極差分析結果。根據極差（R值）情況分析，R值越大，表明影響因素越大，R值越小，影響因素越小。由表可知，K鹽加入量極差值為11最大，其影響因素最大。綜合分析，根據因素水平分析（表8）確定最佳配方為：60份鐵紅、40份鉻鐵渣、0.2份KNO3、0.2份NH4VO3、1.5份Sb2O3、0.2份NaF和0.5份MnCO3。

綜合考慮，礦化劑價格較高，本實驗固定了鐵紅、鉻鐵渣及KNO3的量（60份鐵紅、40份鉻鐵渣和 0.2份KNO3），將礦化劑（NH4VO3、Sb2O3、NaF和MnCO3）進行進一步的定量實驗。表8為實驗配方的因素和水平表。按表8配制實驗配方9個，如表9所示，按照生產同樣的升溫曲線在電爐制得色料樣品，與正常生產使用的標準樣品對比，按照色料2%加入量引入陶瓷坯體中，1220℃電爐燒成。

表10為試樣色度值。由表可知，1#樣品（34.94，0.59，-1.65）與標準樣的發色程度最接近。表11為實驗數據的極差分析結果。綜合實驗結果，根據因素水平分析（表11）確定最佳配方為：60份鐵紅、40份鉻鐵渣、0.2 份KNO3、0.2份NH4VO3、1.5份Sb2O3、0.1份NaF、0.7份MnCO3。

表12為不同原材料制備的坯用黑色色料的成本對比。由表可知，普通原料制備成本約為13300元/T，而采用鉻鐵渣為主要原料制備成本約為9200元/T，可降低30%左右的生產成本。同時，鉻鐵渣屬尾渣廢料，資源化利用鉻鐵渣有利于改善鉻鐵渣對環境的污染。

4 結 論

（1）鉻鐵渣可用于制備陶瓷坯用黑色色料，使用鉻鐵渣原料生產陶瓷坯用黑色色料，其控制重點是控制鉀鹽、偏釩和氧化銻的量。

（2）經過試驗研究表明，采用本實驗的鉻鐵渣為原料，其最佳配方為：60份鐵紅、40份鉻鐵渣、0.2 份KNO3、0.2份NH4VO3、1.5份Sb2O3、0.1份NaF、0.7份MnCO3。

（3）普通原料制備成本約為13300元/T，而采用鉻鐵渣為主要原料制備成本約為9200元/T，可降低30%左右的生產成本。同時，鉻鐵渣屬尾渣廢料，資源化利用鉻鐵渣有利于改善鉻鐵渣對環境的污染。

參考文獻

[1] 張超武，麥杰鋒. 低溫含鈷黑色玻璃色料的研制[J]. 陜西科技大學學報， 2005， 6： 52-55.

[2] 何代英， 李春文. 黑色陶瓷色料的生產與應用[J]. 佛山陶瓷， 2002， 4： 4-5.

[3] 劉世明， 曾令可， 稅安澤， 王慧， 程小蘇， 劉平安. 論黑色陶瓷色料的制備[J]. 陶瓷， 2007， 5： 32-35.

[4] 劉華鋒， 王慧， 曾令可. 黑色陶瓷色料的研究現狀與展望[J]. 中國陶瓷工業， 2013， 6： 32-34.

[5] 李家科， 李艷艷， 劉欣， 趙學國， 王艷香. 溶液燃燒法合成Cu-Fe-Cr系超細無鈷黑色陶瓷色料[J]. 中國陶瓷， 2016， 3： 70-73.

[6] 陳宗玲， 顧幸勇， 胡克艷. 用鉻鐵礦制備低成本Cr-Fe-Ni-Cu系無鈷黑色色料的研究[J].陶瓷學報， 2010， 6： 591-595.