尿素對陶瓷磚釉面光澤度的影響試驗

陳海林

摘 要：陶瓷磚在快速燒成時，亮光釉面容易出現析晶現象，造成釉面光澤度下降。試驗發現，在亮光熔塊釉漿添加適量的尿素，能改善釉漿使用性能，有效提高釉面光澤度，使釉面達到平滑、透亮的效果。實踐表明，尿素作為釉漿添加劑，具有效果顯著、使用方便、不良作用少、成本低的優點，可廣泛應用于釉面磚的快燒生產。

關鍵詞：尿素;釉漿;陶瓷磚;釉面光澤度

1 前言

近年來，隨著生產工藝技術和設備的發展，陶瓷磚的生產規模不斷擴大，產品的燒成周期大大縮短。在快速燒成的過程中，時常會出現一些工藝難題。例如，亮光釉面的光澤度下降問題。對于陶瓷磚來說，亮光釉面的光澤度是衡量產品品質的重要指標之一。尤其是釉面內墻磚，如果沒有采用拋光加工工藝，則釉面的光澤度主要依賴于面釉的燒成效果。當燒成工藝或釉漿工藝參數不合理時，釉面光澤度將會受到較大的影響，甚至出現釉面霧狀、發蒙、毛孔等明顯缺陷，導致產品品質下降。為了提高亮光釉面的光澤度，一般從面釉原材料及研磨、施釉、燒成工藝等方面予以調整改善。

尿素作為農業廣泛使用的化肥之一，很少與陶瓷行業的原料加工工藝聯系在一起。本文采用尿素作為釉漿添加劑，設計了一系列平行對比試驗，并進行生產實踐應用，探討其對陶瓷磚的釉面光澤度的影響作用。

2 試驗

2.1 試驗用設備

TN-Ⅱ化學成分快速分析儀，精度為0.01g的電子秤，臺式涂四杯粘度計，秒表，刮釉器（刮口間隙0.5㎜），WGG60-ES4型光澤度計。

2.2試驗用基礎釉漿

試驗用的基礎釉漿采用陶瓷釉面磚大生產研磨好的熔塊釉漿（亮光面釉）。分別使用三組釉面磚生產線的亮光面釉漿作為基礎釉漿進行對比試驗。基礎釉漿有：108#水晶釉、109#水晶釉、196#半白釉、9808#半白釉，均為目前市場上常規的陶瓷熔塊釉漿。投磨比例如表1所示。

采用TN-Ⅱ化學成分快速分析儀對各種基礎釉漿的主要化學組成進行分析，結果如表2所示。

2.3試驗用添加劑

試驗采用的添加劑為市場上常見的農業肥料用尿素，優等品，總氮（N）≥46.0%，粒度范圍：d? 0.85㎜-2.80㎜，產品執行標準為國標GB/T2440-2017。尿素又稱脲、碳酰胺，化學式是CH4N2O，是由碳、氮、氧、氫組成的有機化合物，外觀為白色晶體。

2.4試驗方法

以生產線的熔塊面釉漿作為對比試驗的基礎釉漿，分別加入不同比例的尿素，攪拌3min至尿素晶體完全溶化，將試驗釉漿過100目篩，靜置1min后，用涂四杯粘度計和秒表測定釉漿流速，觀察釉漿的懸浮性和流動性。再用刮釉器（刮口間隙0.5㎜）把各組釉漿均勻布在同一片上好底釉的磚面上，把試驗磚放在釉燒窯爐的相同進磚位置燒成，對燒后的試驗磚釉面測定光澤度，并距離0.5m目測釉面外觀質量。最后，從釉漿使用性能、燒成后光澤度、釉面外觀質量等方面進行對比分析。

2.5試驗條件

為了使試驗結果具有廣泛的適用性，以相同的試驗方法，分別在三組不同產品生產線上進行面釉漿添加尿素試驗。

第一組試驗條件為：A廠釉面內墻磚生產線，二次燒成，釉燒窯爐長度270m，產品燒成溫度1090～1100℃，燒成周期30min，所用109#水晶釉漿的性能參數為：比重1.75，細度3.9g/100ml（325目標準篩），流速47-49秒。

第二組試驗條件為：B廠釉面內墻磚生產線，二次燒成，釉燒窯爐長度130m，產品燒成溫度1110℃～1120℃，燒成周期26min，所用108#水晶釉漿的性能參數為：比重1.74，細度4.5g/100ml（325目標準篩），流速37-38s。196#半白釉漿的性能參數為：比重1.75，細度4.7g/100ml（325目標準篩），流速41-43s。

第三組試驗條件為：C廠水晶地磚生產線，一次半燒成，釉燒窯爐長度230m，產品燒成溫度1140～1160℃，燒成周期28min，所用9808#半白釉漿的性能參數為：比重1.73，細度5.1g/100ml（325目標準篩），流速33-36s。

3 結果與分析

3.1尿素對釉漿的使用性能影響試驗

在各種基礎釉漿添加不同比例的尿素，攪拌3min至尿素晶體完全溶化，靜置1min后用臺式涂四杯粘度計和秒表測試釉漿的涂-4粘度（流速），并觀察釉漿的懸浮性（沉淀程度）、流動性（觸變程度）等使用性能的變化，試驗結果如表3所示。

從表3中可知，尿素添加后，4種基礎釉漿的流速均出現輕微降低，大約降低2-6s，仍符合大生產的施釉工藝要求。經靜置1h比對，添加尿素的釉漿沉淀現象有所減輕，懸浮性比原基礎釉漿略好，也無發現觸變情況，流動性好，無發現不良作用，對生產更為有利。

3.2尿素對燒成后的釉面光澤度影響試驗

將添加不同比例尿素的熔塊面釉漿，用刮釉器（刮口間隙0.5㎜）均勻布在上底釉磚坯面，放入釉燒窯爐燒成，用WGG60-ES4型光澤度計測定各試驗磚的燒后釉面光澤度，并距離0.5m目測釉面的表面質量，包括亮度、平整度及是否出現雜質、氣泡、針孔等不良現象。試驗結果如表4所示。

從表4中可知，無論是水晶或半白熔塊釉，尿素的添加都能有效提高燒成后釉面的光澤度，添加0.1%尿素即能開始產生作用，添加0.2%-0.3%尿素就能使釉面達到較為理想的效果，當添加比例達到0.4%以上，則釉面的光澤度繼續提高不明顯，作為破壞性試驗，在基礎釉漿添加1.0%尿素，未發現對釉面的不良作用。考慮到使用效果和成本的因素，尿素在面釉熔塊釉漿的最佳添加比例為0.2%-0.3%即可。

3.3尿素不同添加方式的對比試驗

為確定尿素的最佳使用方案，筆者以A工廠大生產的109#水晶釉漿為例，設計兩種試驗方案。方案一是：在投料入1#高鋁球磨時，將尿素10.5kg（即干重百分比0.3%）和熔塊釉料3.5噸、水1.3噸同時加入研磨，出磨的釉漿過篩除鐵后，放入貯釉桶備用。方案二是：在投料入2#高鋁球磨時，只投入3.5噸熔塊釉料和1.3噸水，待出磨的釉漿過篩除鐵放入貯釉桶后，外加尿素10.5kg（即干重百分比0.3%）。分別將兩種方案得到的釉漿與未添加尿素的基礎釉漿平行對比試驗，用刮釉器（刮口間隙0.5㎜）將試驗釉漿均勻布在上底釉磚坯面，放入釉燒窯爐燒成，用WGG60-ES4型光澤度計測定釉面的光澤度，并用肉眼觀察釉面的表面質量。另外，對方案二添加尿素后的釉漿做進一步跟蹤試驗，根據貯存時間的變化，每隔三天將釉漿刮片試驗，測定釉面光澤度，以分析貯存時間對添加效果的影響。試驗結果如表5所示。

從表5試驗結果可知，方案一將尿素和熔塊釉料同時投料研磨，方案二將研磨好的釉漿外加尿素，方案二的效果優于方案一，因此不建議將尿素投磨使用，直接外加入釉漿即可。另外，從方案三到方案八的試驗結果分析，隨著釉漿貯存時間的延長，尿素提高釉面光澤度的作用略有減弱，基本能達到生產要求。為達到最佳效果，添加尿素的釉漿建議在半個月內使用，并按照先配制先使用的原則安排上線。

4 大生產應用

根據試驗結論，筆者將尿素作為釉漿添加劑應用于亮光釉面磚的大生產，以提高釉面光澤度。經長時間、多條生產線的實踐應用，以及同行在日常生產中的不斷摸索總結，得出以下幾點經驗：

4.1適合使用情況

近年來，釉面磚生產線的產能不斷加大，燒成周期大大縮短，亮光釉面“不亮”的情況經常會發生。這主要是因為亮光釉面磚在快速燒成時，窯爐燒成曲線或釉漿工藝不能滿足快燒的要求，導致釉坯在釉燒窯爐內的排水效果不良，燒后的釉面不夠透亮，光澤度較低，經常出現霧面析晶，有些人也稱之為“釉面發蒙”，施釉量越多時，釉面越不亮，嚴重時，甚至出現密集的毛細孔，類似釉面過燒的現象。此時，使用尿素作為釉漿添加劑來提高釉面的光澤度，能取得十分顯著的效果。另外，當產品釉面光澤度基本正常時，在面釉熔塊釉漿中添加0.2%～0.3%的尿素，仍能夠在一定程度上提高釉面的光澤度，大約增加1～3 GU。

4.2合理添加方法

因尿素晶體易溶于釉漿，生產現場添加使用十分便捷，只需將尿素晶體按比例直接外加至貯釉桶或施釉工作桶的面釉漿里，經貯釉桶攪拌30min或施釉工作桶攪拌循環10min左右即可正常使用，而不需要把尿素制成水溶液再添加。有時候為了減少工序，方便管理，會考慮直接將尿素按比例投磨使用。但實踐表明，把尿素和熔塊釉料一起投入球磨加工后，對釉面光澤度的提高作用有所減弱。另外，釉漿添加尿素后如果長時間沒有上線使用，尿素的作用也會略有減弱。這是因為，尿素是一種簡單的有機化合物，熱穩定性差，在一定條件下會產生分解，導致在釉漿中的作用減弱。隨著溫度的升高，尿素的分解反應會加快。當尿素加熱至160℃時分解，產生氨氣同時變為異氰酸，反應式為CO（NH2）2→加熱160℃→NH3↑+HCNO。初步認為，尿素受熱時的分解反應，有助于釉面的排水和熔平，從而提高釉面光澤度。因條件所限，具體反應機理有待進一步探討。綜上所述，在釉漿出磨后，經過篩、除鐵輸送至貯釉桶的過程，即上線使用前的短時間內添加尿素，效果最好。添加尿素的釉漿一般控制在半個月以內使用，這與正常生產的時間安排基本一致。如果釉漿長時間沒有上線使用，導致尿素的作用減弱，燒后釉面光澤度偏低，仍可以重新添加適當比例的尿素予以改善。

4.3最佳使用比例

從試驗來看，尿素的最佳使用比例為0.2%～0.3%。當添加比例低于0.2%時，釉面光澤沒有達到最佳效果;添加比例超過0.3%時，釉面光澤度繼續增加的效果不明顯。添加比例1.0%的破壞試驗對釉面外觀質量沒有明顯的負作用，這是由于尿素中碳素含量不高，不易引起釉泡、針孔等缺陷，但尿素畢竟是有機化合物，作為一種添加劑，在達到使用效果的前提下，使用比例也不宜過多。

4.4尿素作為釉漿添加劑的優點

從大生產的實際應用效果來看，把尿素作為陶瓷磚的亮光熔塊釉漿（面釉）添加劑，具有以下優點：

（1）對亮光釉面光澤度改善效果顯著，對釉漿懸浮性和粘結性有一定幫助。

（2）無明顯的不良反應。不影響釉漿使用性能，對釉面外觀質量無明顯負作用，不易產生針孔、釉泡等缺陷。

（3）使用方便。易溶于水，直接添加到釉漿，經貯釉桶攪拌半小時以上即可使用，正常貯存半個月以內不影響使用效果。

（4）來源廣泛，使用成本低廉。對尿素的純度等要求不高，市面上符合國標GB/T2440-2017的產品，一般都可使用。目前，尿素的市場價格大約為2.0～2.3元/公斤，每噸釉漿添加0.3%（干重百分比）尿素的成本為6.0～6.9元，十分低廉。

5 結論

經平行對比試驗和生產實踐的驗證，釉面磚快速燒成時，在亮光熔塊面釉漿添加適量（0.2%～0.3%干重百分比）的尿素能有效地解決釉坯排水不良引起的釉面霧狀析晶、發蒙、密集毛細孔等表面質量問題，提高釉面光澤度約3～8GU，使釉面達到平滑、透亮、潔凈的效果，釉面質感得以明顯改善。此外，采用尿素作為熔塊釉漿的添加劑具有便捷靈活、不良作用少、成本低等優點，可廣泛應用于陶瓷磚亮光釉面產品的生產。

參考文獻

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