華寧縣陶瓷原料的成分分析

李琛，楊猛，伍賢學，李銳揚，張全，張濟祥，胡棟寶，曾艷萍

摘 要：本文對華寧縣陶瓷生產使用的部分陶土、陶坯和釉料的化學成分進行分析，并與省內外的同類原料進行對比，通過紅外光譜譜圖對比初步實現對原料的區分，同時采用超景深顯微鏡對陶土和陶坯原料進行形貌表征和分析，期望為其他陶瓷材料的分析提供一定的理論依據。

關鍵詞：陶土；陶坯；釉料；紅外光譜；形貌表征

1引言

云南玉溪市華寧縣地處滇中，有“陶鄉”的盛名美譽，華寧陶又稱“寧州陶”，享有華夏古陶“活化石”的美稱。傳統云南華寧陶造型粗獷、紋飾簡樸生動，開片精美，器質細膩，釉色斑斕、質地飽滿。因其悠久的歷史起源、獨特的藝術魅力，越來越受到人們的關注和喜愛[1]。

陶瓷產業的物質基礎是陶土原料，其性質主要取決于地質分布，巖石類型一般為粉砂質-砂質泥巖，成礦類型是沉積型。陶土原料中，原礦料外觀主要由Fe2O3、TiO2等著色成分及有機質的含量高低決定，一般呈灰白、土灰、淺黃、土黃、紅色等色調[2]，如圖1所示。值得注意的是，陶土原料具有非均質特性，即使在同一陶土礦體中，往往儲藏著多種具有不同外觀特征和組成的陶土原料。

2 華寧陶土化學成分分析

華寧縣有豐富的陶土資源，目前探明儲量7000萬噸，分布于碗窯村之南，縣城之北的山腰上。華寧陶土主要有白漿土和泥漿土兩種，陶土剛挖出來時為深灰色泥塊，頗富膠性，干透后成青白色（圖2）。

由表1可以看出，華寧陶土的主要成分為SiO2和Al2O3，與其他陶土原料相同。但是，華寧陶土的Fe2O3、MgO和K2O的含量要明顯高于其他陶土。TiO2是陶土中較為珍貴的成分，該成分越多，則陶土的性能越好[3]。三種華寧陶土的TiO2含量高于江西陶土和建水泥，表明華寧縣擁有優質的陶土資源。華寧陶土具備生坯強度高、干燥收縮小、可塑性能強、透氣性能好等工藝優點。在燒成過程中，不論是正常燒成溫度的上限或下限，陶器表皮層都能燒結，且制品內壁能形成氣孔但不滲漏。

3 華寧陶土的紅外光譜

目前華寧縣在冊制陶企業共74戶，實現年產值200萬以上的僅有30戶，無規上企業，多以家庭小作坊和家族產業形式存在，由于受生產規模和成本的限制，配料過程主要是憑借經驗，導致不確定性，甚至同款產品都存在較大差異，品質無法保證，因此發展一種經濟、高效的陶土原料品質鑒別方法對推動華寧縣陶瓷產業的發展具有重要的現實意義。

相較于其他大型檢測儀器，紅外光譜具有直接、快速、無損、操作簡單等優點，性價比高。因此，如果能利用紅外光譜實現陶土原料的定性、定量分析，將極大降低陶土化學成分的檢測成本。為了驗證方法的可行性，本文對華寧陶土、陶坯及釉料的紅外光譜進行了初步探討。

3.1 華寧陶土、陶坯及釉料的外觀

2022年11月初，從華寧沁心陶藝和古月陶藝共采集陶土原料2份（古月2）、陶坯原料3份（沁心2古月1）及釉料2份（沁心2），外觀如圖3所示，晾干、粉碎后取原樣測試ATR-FTIR譜，對譜圖進行標準化處理并分析。

3.2 華寧陶土、陶坯及釉料的紅外光譜分析

3.2.1 華寧陶土的紅外光譜分析

兩份華寧陶土樣品的紅外光譜如圖4所示。可以看出，二者光譜整體相似度較高，在3698、3622、1164、1025、999、911、796、778、693、527cm-1等處具有共同的特征峰。主要差異為：2號粗陶土在3698、3622、911、527cm-1等處特征峰相對較強，其余峰相對較弱。由此推測出兩種陶土原料的化學組成相似，但是各組成成分的比例稍有不同。若能進一步研究揭示各特征峰的組分歸屬，則有望通過紅外光譜快速評估陶土原料的化學組成特點，為泥坯的調配提供指導。

3.2.2 華寧陶坯的紅外光譜分析

如圖5所示，三種華寧陶坯樣品的紅外光譜圖也具有相似的光譜特征，在3697、3622、1164、995、910、796、778、692、524 cm-1等處具有共同的特征峰，與陶土相似，推測出陶坯和陶土的化學成分無明顯差別。仔細對比可見，3號陶坯樣品在3697、3622、910、524 cm-1等處的特征峰相對較強，其余峰相對較弱，而4號和7號的譜圖特征非常接近。由此推測出，4號和7號樣品可能源于同一陶土泥料采集點，而3號和4號樣品存在一定的組分比例差異。綜上所述，紅外光譜技術可以用于陶坯原料的特征識別與配方調控。

3.2.3 華寧釉料的紅外光譜分析

圖6為華寧縣兩種釉料和一種陶土的紅外光譜圖。據圖8可見，5號樣品具有1443、648、583 cm-1等獨有特征峰，同時3969、3619cm-1較弱，表明其具有不同于2號和6號樣品的化學成分。數據庫檢索結果顯示，5號樣品與伊利石（一種硅酸鹽礦物）的相似度超過80%，而6號樣品則與蒙脫石（一種鋁硅酸鹽）匹配度更高。此外，6號釉料光譜特征與2號陶土相似度較高，推測6號釉料可能是在華寧陶土中加入適量著色成分簡單調制。

3.2.4 華寧陶土、陶坯及釉料的紅外光譜相似度評價

混合物紅外光譜是其全部組成成分紅外光譜的非線性組合，可以完整反映整個樣品的化學組成信息。以3號陶坯樣品為參照光譜，對其他陶土、陶坯及釉料進行了1800～600 cm-1范圍的光譜相似度評價，可以評估陶土、陶坯及釉料之間的關聯性，也可比較不同來源樣品之間的異同，為快速評估不同樣品之間的異同提供參考。相似度評價結果見表2。

4 華寧陶土的形貌表征和分析

通過超景深顯微鏡對華寧陶土和陶坯原料的形貌進行表征，結果如圖7所示。可以看出，陶土和陶坯原料中存在大量的結晶態物質，其中摻雜著一些雜質。結晶態物質主要為高嶺石類、蒙脫石類和伊利石類三種，晶體以兩種基本構造單元為主，一種是硅氧四面體與硅氧四面體晶片，另一種是鋁氧八面體與鋁氧八面體晶片。還可以看出，不論是陶土還是陶坯原料，粗料相較于細料都含有更多的雜質；陶坯原料從粗料（4號）到細料（3號），其粘合致密程度也明顯增加。

5 結論

由于成礦環境與條件的復雜性，不同礦源的陶土原料差異較大，在應用于陶瓷產品前，需要進行化學成分、礦物相組成、可塑性、結合性等檢測，往往涉及一些高端、大型的儀器設備，檢測成本較高，對于華寧縣陶瓷產業中占絕大多數的無規上企業是難以承受的，因此結合一些常規儀器，尋找一種有效判別方法是解決這一難題的有效途徑。

通過對源自兩家企業的7個樣品進行簡單預處理后，進行紅外光譜分析和超景深顯微鏡表征，結果表明這兩種方法可能在華寧陶瓷產品生產質量控制、評價等方面中具有重要應用前景。將這些成果應用于生產實踐中，對于充分利用本土資源，推動華寧陶瓷文化產業規模化、產業化、品牌化等協調發展具有重要意義。

參考文獻

[1]單平.華寧陶文化產業研究[J]. 美與時代，城市版，2016，（01）：98-99.

[2]張留生，許小靜，馮亞騰.陶土原料的特性分析與應用研究[J].江蘇陶瓷，2022，32（07）：19-23.

[3]鄧紹云.國內陶土物理化學基本性質的研究現狀與展望[J].鹽科學與化工，2019，48（02）：5-11.