一種適用于難解膠的陶瓷坯體泥漿的新型解膠劑的研究與應用

摘 要：本文介紹了陶瓷坯體的組成及作用，鎂質土、膨潤土的礦物結構和在陶瓷坯體配方的作用，并對其導致泥漿流動性變差的原因進行了分析，通過一系列的對比實驗，篩選了多種對含鎂質土、膨潤土陶瓷坯體泥漿有顯著解膠效果的材料，在其基礎上通過復配其他材料研制出一種適用于難解膠的新型陶瓷坯體泥漿解膠劑。

關鍵詞：難解膠；陶瓷坯體泥漿；新型解膠劑；研究；應用

1 前言

解膠劑是陶瓷原料濕法制備不可或缺的添加劑，建筑陶瓷產業經過30多年的發展，產品生產工藝、品類、原材料等都發生了較大的變化，特別是鎂質土、膨潤土的普遍使用，導致泥漿的性能發生了較大變化，鎂質土作為一種助熔性原料，可有效降低陶瓷坯體的燒成溫度，同時提高坯體的熱穩定性、白度、機械強度等，而膨潤土作為一種強可塑性原料，可有效改善坯料的成型性能，提高陶瓷坯體的干燥強度、韌性等。

從降低能耗、提高資源利用率的角度考慮，陶瓷坯體配方中需要加入一定量的鎂質土與膨潤土來改善坯料的成型性能、機械強度等重要參數，但也導致陶瓷坯體泥漿解膠難度增加的痛點，通過對鎂質土、膨潤土礦物結構的分析，探尋造成陶瓷坯體泥漿流動性變差的原因，篩選出幾種對這兩種原料所制得泥漿有較好解膠效果的產品，在其基礎上復配其他成分，研制出一種適用于難解膠的陶瓷坯體泥漿的新型解膠劑，來滿足新時期陶瓷生產的需求，助推陶瓷產業可持續發展。

2 陶瓷坯體組成、各組分的作用

2.1 陶瓷坯體的組成

陶瓷坯體是陶瓷制品的主體，其性能決定著陶瓷制品的性能和應用。陶瓷坯料的礦物組成可分為石英類礦物、粘土類礦物和熔劑類礦物。陶瓷坯料配方就是根據實際原料、生產工藝、產品性能及工藝技術要求等調整各種原料在坯料中的數量比例。

2.2 陶瓷坯體各組分的作用

2.2.1 石英類礦物在陶瓷中的作用

在燒成前，石英類礦物可降低泥料可塑性，減少成型水分，降低干燥收縮，縮短干燥時間從而防止陶瓷坯體變形；

在燒成過程中，石英部分溶于液相從而增加液相的粘稠度，此過程中石英晶型的轉變抵消陶瓷坯體的部分收縮，而未溶解的石英則與莫來石一起構成坯體的骨架，防止陶瓷坯體軟化變形，同時增加陶瓷坯體的機械強度；

石英也可以提高瓷坯的透光度和白度，提高釉料的耐磨和耐化學侵蝕性。

2.2.2 粘土類礦物在陶瓷中的作用

粘土可以調節陶瓷坯體的可塑性，粘土可塑性的變化對陶瓷坯體成型的質量影響很大；

粘土具有懸浮性和穩定性，可以改善注漿泥料和釉料分層的現象。粘土一般顆粒度較小，具有結合性，其細分散顆粒可在坯料中結合其他塑性原料，增加坯料的干燥強度，方便后期坯體的成型加工；

另外，在燒結過程中粘土也是陶瓷坯體的主體，其Al2O3含量和雜質含量對陶瓷坯體燒結程度、燒結溫度和軟化溫度有很大的影響。

2.2.3 熔劑類礦物在陶瓷中的作用

常用的熔劑類礦物原料主要有長石、方解石、白云石、滑石等。

熔劑類礦物在高溫下起助熔作用，主要用于降低坯料、釉料的燒成溫度，改善降低生產成本。同時，熔劑類礦物可提高坯體機械強度和化學穩定性，改善釉面的透光度、光澤度和硬度等。

3 幾種典型的難解膠的粘土類陶瓷原料

3.1" 鎂質土的礦物組成及作用

3.1.1 礦物組成

含鎂粘土是一種天然的礦物原料，因其MgO質量分數占比可達20%，同時具有類似粘土的粘結性、可塑性以及吸附性，又稱為鎂質土、白土。

鎂質土中的主要礦物是滑石和游離的石英，此外還含有不定量的方解石，少量的海泡石、伊利石、綠泥石、富鎂蒙脫石等粘土類礦物。

3.1.2 鎂質土在陶瓷坯體中的作用

（1）在陶瓷坯體中添加鎂質土，可以起助熔作用，可降低燒成溫度，在較低的溫度下形成液相，加速莫來石晶體形成。

（2）鎂質土能夠擴大燒結溫度范圍，提高陶瓷坯體的熱穩定性，提高陶瓷坯體的白度和機械強度。

（3）鎂質土中的MgO可以降低熱膨脹系數，促進坯釉中間層的形成，減少釉面碎裂傾向。

3.1.3 鎂質土的缺陷

鎂質土在陶瓷配方中屬于難解膠的一種原料，加入后需要增加泥漿的含水率，從而會提高泥漿干燥時需要的能耗。

3.2 膨潤土的礦物結構及作用

3.2.1 礦物組成

（1）膨潤土屬于高可塑性黏土，其可塑性指數可大于15，可以提高陶瓷坯料的粘結性。

（2）膨潤土是以蒙脫石為主要礦物組成的非金屬礦產。蒙脫石是兩層[SiO4]四面體和夾在中間的[AlO2（OH）4]八面體所組成的，晶層之間的聯系力很小，因此水或其他極性分子容易進入晶層中間，使得膨潤土具有很強的吸水性。

3.2.2 膨潤土在陶瓷生產中的作用

（1）在坯料中添加膨潤土可以提高結合水的數量，從而提高含水率。

（2）在生坯的陰干過程中，膨潤土保水性能可防止陶瓷坯體水分流失過快，從而減少陶瓷生坯的皸裂現象。

（3）其八面體結構也使得膨潤土有一定的韌性，在坯料添加膨潤土可提高陶瓷坯體的韌性。

（4）膨潤土顆粒較細，分散度高，可以粘結一定細度的堿性原料。坯料中添加膨潤土可以使陶瓷坯體變得細膩柔滑，陶瓷坯體的干燥強度也會提高。

（5）膨潤土可以提高坯料漿料的懸浮性和穩定性。

（6）膨潤土作為強塑化劑，可有效改善坯料的成型性能，但膨潤土含低熔點的成分多，收縮大，易變形。

4" 使用上述這類難解膠的粘土類原材料造成陶瓷泥漿流動性差的原因分析及對策

4.1 造成泥漿流動性差的主要原因

陶瓷坯料中添加的部分粘土類礦物是造成泥漿流動性差的主要原因，其中，膨潤土和鎂質土對泥漿的流動性影響最大。

4.2 從粘土的礦物結構分析導致泥漿流動性變差的原因及解決方法

（1）粘土類礦物是由硅氧四面體和鋁氧八面體的結構單位形成的，其中硅氧四面體的中心離子Si4+和鋁氧八面體的中心離子Al3+可以被其他離子置換，從而使黏土帶上電荷。如果中心離子被低價電荷取代，黏土就會帶負電；反之，則帶正電。

（2）在膨潤土中，由于晶格中的四面體層的Si4+小部分會被Al3+、P5+取代，八面體層中的Al3+常被Fe3+、Zn2+、Mg2+等低價陽離子取代，同時，膨潤土還有很強的吸水性，所以膨潤土在泥漿中會形成帶著負電荷的很大膠團。鎂質土中也含有大量的黏土類礦物，這些黏土在泥漿中也形成帶負電的膠團。

（3）在未加電解質時，泥漿中的H+由于其離子半徑小，電荷密度大，與帶負電的黏土粒子作用力很大，易進入膠體吸附層，中和黏土粒子的大部分電荷，使相鄰粒子間的同性電荷減少，斥力減小，所以此時的黏土粒子容易黏附聚集，從而導致泥漿流動性變差。而Ca2+、Zn2+、Mg2+等高價的離子，由于其價位高，與黏土粒子間的靜電引力大，也易進入膠團吸附層，同樣導致泥漿的流動性能變差。由于泥漿中膨潤土有大量的負電荷黏土粒子，使得H+更易進入膠體吸附層，導致泥漿的流動性能變差。而鎂質土中含有負電荷黏土粒子的同時還含有較多的Mg2+，使得黏土粒子間的引力加大，導致泥漿難以解膠。

（4）如果加入的電解質，這種電解質的陽離子離解程度大，且所帶的水膜較厚，而與黏土粒子間的作用不是很大，大部分僅進入膠團的擴散層而不進入吸附層，使擴散層加厚，電動電位增大，黏土粒子間的排斥力增大，就可以有效地改善泥漿的流動性能。

5" 一種對鎂質土、膨潤土類粘土能有效解膠的陶瓷泥漿解膠劑的研制

5.1 實驗方案

為了直觀的體現鎂質土、膨潤土類粘土對陶瓷泥漿流動性的影響，本實驗擬對單一的鎂質土、膨潤土進行解膠實驗，驗證不同解膠劑對鎂質土、膨潤土的解膠效果，針對性的研制一種適用于鎂質土、膨潤土等難解膠土樣的解膠劑。

5.2鎂質土解膠實驗

本次實驗采用江西某地產鎂質土，其成分如表1：

5.2.1實驗記錄

從表2可以看出，同樣的工藝技術條件下，在鎂質土中，磷酸鹽的解膠能力優于硅酸鹽，而有機分散劑的解膠效果又比磷酸鹽好，腐殖酸鹽在鎂質土中幾乎沒有。

5.3膨潤土解膠實驗

本次實驗采用江西撫州產膨潤土，其成分見表3。

5.31實驗記錄

如表4所示。

對實驗數據分析可以得出，在相同的工藝技術條件下，磷酸鹽和有機分散劑對膨潤土有較好的解膠效果，而硅酸鹽和腐殖酸鹽基本上沒有解膠效果。

鎂質土和膨潤土是一種優質的陶瓷生產用原材料，在陶瓷坯體中添加鎂質土，可降低燒成溫度，擴大燒結溫度范圍，提高陶瓷坯體的熱穩定性，提高陶瓷坯體的白度和機械強度，降低熱膨脹系數，促進坯釉中間層的形成，減少釉面碎裂傾向。

在生坯的陰干過程中，膨潤土的保水性能可防止陶瓷坯體水分流失過快，從而減少陶瓷生坯的皸裂現象，其八面體結構使膨潤土有一定的韌性，在坯料添加膨潤土可提高陶瓷坯體的韌性，膨潤土顆粒較細，分散度高，可以粘結一定細度的瘠性原料，使陶瓷坯體變得細膩柔滑，陶瓷坯體的干燥強度也會提高，另外膨潤土可以提高坯料漿料的懸浮性和穩定性。

基于這些優點，鎂質土、膨潤土近年來在陶瓷生產中得到大規模的推廣和使用，特別是巖板、大板的興起，為了增加坯體強度，膨潤土類原料成為了首選。

通過實際應用我們發現，鎂質土和膨潤土制備的陶瓷泥漿普遍存在水分高、流動性差的現象，為了讓這部分資源得到充分利用，需要研制一種全新的陶瓷解膠劑來降低泥漿水分、提高流動性，實現資源效益最大化。

6" 一種適用于膨潤土及鎂質土的新型陶瓷解膠劑的研究

6.1新型陶瓷解膠劑效果的測試

通過5.2、5.3的實驗可以直觀的看出，TPS與三聚磷酸鈉等磷酸鹽產品對鎂質土、膨潤土泥漿有較好的解膠效果，在此基礎上，我們研制開發了一種新型的陶瓷泥漿解膠劑，然后分別用STPP、TPS 、特效陶瓷解膠劑，在相同的工藝參數下，分別測試其在單一膨潤土、鎂質土泥漿中的解膠效果。

實驗結果表明，新型陶瓷解膠劑對鎂質土、膨潤土的泥漿解膠效果均優于STPP、TPS，但在坯體配方土泥漿中的效果還需要進一步驗證。

6.2特效解膠劑的適用性驗證

由于產品種類、產地、工藝不同，坯體配方中鎂質土、膨潤土的使用量有一定的差異，我們選取了江西、廣東5家陶瓷企業的坯體土樣，與其現用的解膠劑在相同條件下，進行了解膠效果的測試，出于對客戶坯體配比保密的考量，不列出具體原材料及配比。

具體的實驗結果見表6數據。

通過以上實驗說明，新型陶瓷解膠劑在以上五廠坯體配方土泥漿中的解膠效果均明顯優于其大生產線用解膠劑，對于流速偏大的坯體泥漿有明顯的改善作用。

但由于新型陶瓷解膠劑的核心原料成本較高，該產品的生產成本也相對較高，但其可以明顯的改善由于選用或加大鎂質土、膨潤土用量而導致的坯體泥漿流速大的問題，效果立竿見影。

7 結論

鎂質土作為一種助熔性原料，可有效降低陶瓷坯體的燒成溫度，同時提高坯體的熱穩定性、白度、機械強度等；膨潤土作為一種強可塑性原料，可有效改善坯料的成型性能，提高陶瓷坯體的干燥強度、韌性等。

從降低能耗、提高資源利用率的角度考慮，陶瓷坯體配方中需要加入一定量的鎂質土與膨潤土來改善坯料的成型性能、機械強度等重要參數，由此而導致的陶瓷坯體泥漿解膠難度增加的痛點，通過研制的新型陶瓷解膠劑可以得到有效解決。

新型陶瓷解膠劑的效果，在多家陶瓷企業的使用中也得到了證明，在含鎂質土、膨潤土的坯體泥漿中，效果均優于傳統的解膠劑，能夠顯著降低泥漿水分，提高泥漿流動性，提升球磨放漿速率，改善泥漿的觸變性，加快生產入球進程，提高陶瓷生產產量，降低單位成本。

新型陶瓷泥漿解膠劑是一種性價比較高的泥漿解膠產品，能夠適應新形勢下陶瓷生產的需要，值得推廣和應用。