瓷土礦尾砂在傳統(tǒng)陶瓷中的應(yīng)用研究

摘 要：采用XRF、XRD、白度測(cè)定等測(cè)試方法，研究了江西宜豐縣瓷土礦尾砂的化學(xué)組成、礦相組成、物化性能。以該瓷土礦尾砂、龍巖高嶺土、修水長(zhǎng)石、上祝瓷石為主要原料，研制了1310℃還原焰燒成的陶瓷餐具。研究結(jié)果表明：該瓷土礦尾砂可應(yīng)用于日用陶瓷的生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：瓷土礦尾砂；工藝性能；成瓷試制

1 前言

開(kāi)展資源綜合利用是我國(guó)深入實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。煤矸石、粉煤灰、尾礦（共伴生礦）、冶煉渣、建筑垃圾、農(nóng)作物秸稈等大宗固體廢棄物量大面廣、環(huán)境影響突出、利用前景廣闊，是資源綜合利用的核心領(lǐng)域。推進(jìn)大宗固廢綜合利用對(duì)提高資源利用效率、改善環(huán)境質(zhì)量、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型具有重要意義[1]。

江西是中國(guó)南方瓷石礦床儲(chǔ)量大省之一，瓷土礦開(kāi)發(fā)后的尾礦的綜合利用研究尤為必要。本文以江西省宜豐縣一帶的瓷土礦尾砂（以下簡(jiǎn)稱瓷土礦尾砂）為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)尾砂原料進(jìn)行物理性能檢測(cè)、X射線熒光光譜分析（XRF）、X射線衍射分析（XRD）等測(cè)試分析，掌握其物理化學(xué)性能和工藝性能，為成瓷試驗(yàn)和其在陶瓷生產(chǎn)中的應(yīng)用提供科學(xué)數(shù)據(jù)支持。并以該尾砂作為主要原料之一，采用正交試驗(yàn)和單因素試驗(yàn)法設(shè)計(jì)配方，用傳統(tǒng)的陶瓷生產(chǎn)工藝，進(jìn)行瓷土礦尾砂在日用陶瓷生產(chǎn)中的應(yīng)用研究。

2實(shí)驗(yàn)

2.1樣品制備[2]

將瓷土礦尾砂混合料搗碎，濕法快速球磨1小時(shí)后烘干，再用陶瓷碾缽碾碎進(jìn)行造粒，過(guò)60目篩后使用電動(dòng)壓片機(jī)把粉料壓制成直徑為50mm的圓片，置于氣窯1310℃弱還原氣氛燒成。制備的樣品用于檢測(cè)單一原料的燒成白度、比重和耐火度等物理性能。

采用注漿成型方式制備物理性能檢測(cè)所需的成瓷試樣，滾壓成型工藝制備實(shí)驗(yàn)用8寸瓷盤樣品。坯、釉料加工工藝流程如圖1和圖2所示。

2.2測(cè)試表征

通過(guò)臺(tái)式白度測(cè)定計(jì)測(cè)量瓷土礦尾砂和成瓷樣品的燒成白度。按照使用比重瓶法進(jìn)行體積密度測(cè)試。采用能量色散X射線熒光光譜儀（XRF）對(duì)瓷土礦尾砂的化學(xué)成分進(jìn)行測(cè)試，使用D8 Advance 型X衍射儀（XRD）確定瓷土礦尾砂中晶體的結(jié)構(gòu)，測(cè)量范圍為5°～80°。

3 結(jié)果與討論

3.1 瓷石礦尾砂物理性能分析

本實(shí)驗(yàn)選用兩個(gè)不同礦區(qū)（分別標(biāo)記為1#和2#）的瓷土礦尾砂料，其外觀特征均為全風(fēng)化礦體，呈土黃色的粉狀料。對(duì)1#和2#尾砂粉料的比重和耐火度、直徑為50mm的圓片的燒成白度（1310℃弱還原氣氛）等物理性能進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

單一陶瓷原料的燒成白度和耐火度的高低，將直接影響該原料在陶瓷坯、釉料中能否使用及其用量。檢測(cè)數(shù)據(jù)表明這倆個(gè)瓷土礦的尾砂燒成白度較好、比重低、耐火度較低，可以配合其它原料一起用于對(duì)白度要求較高的日用陶瓷餐具中。

3.2 瓷石礦尾砂化學(xué)組成分析

依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14506.28-2010 《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第28部分：16個(gè)主次成分量測(cè)定》，使用AXIOS X熒光光譜儀對(duì)兩個(gè)瓷土礦的尾砂進(jìn)行定量化學(xué)成分分析，檢測(cè)結(jié)果列于表2。

由表2可見(jiàn)，SiO2含量很高，說(shuō)明該尾砂中除其它礦物外，還夾雜有游離石英。試樣1#中Na2O+K2O含量6.58%，F(xiàn)e2O3＋TiO2＋MnO含量0.16%；試樣2#中Na2O+K2O含量7.14%，F(xiàn)e2O3＋TiO2＋MnO含量0.15%，用于陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)的礦物原料中，鉀鈉含量的提高有助于降低陶瓷的燒結(jié)溫度，F(xiàn)e2O3、TiO2、MnO這些著色氧化物含量的高低，直接影響成瓷后的陶瓷產(chǎn)品的白度，從而影響該原料的使用量和應(yīng)用范圍[3]。

3.3 瓷石礦尾砂物相組成分析

檢驗(yàn)依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JY/T 0587-2020 《多晶體X射線衍射方法通則》，使用D8 Advance X衍射儀（XRD）分別對(duì)瓷土礦1#和2#尾砂進(jìn)行礦物組成分析，XRD圖譜見(jiàn)圖3所示。

由X射線衍射圖譜和衍射數(shù)據(jù)分析得知，瓷土礦1#和2#尾砂的主要礦物組成為石英（含量分別為51%、52%）、鈉長(zhǎng)石（含量分別為37%、33%）和微斜長(zhǎng)石（含量分別為12%、15%）。鉀鈉長(zhǎng)石中含鈉長(zhǎng)石較多的長(zhǎng)石一般呈白色或灰白色，相對(duì)密度2.61～2.64g/cm3，硬度6～6.5，熔融范圍較窄，且其黏度隨溫度的升高而降低的速度較快，在坯料中使用鉀鈉長(zhǎng)石容易引起產(chǎn)品變形。但鉀鈉長(zhǎng)石在高溫時(shí)對(duì)石英、粘土、莫來(lái)石的溶解卻最快，溶解度也最大，以之配制釉料是非常合適的[2]。

3.4 成瓷試制

在成熟配方基礎(chǔ)之上通過(guò)調(diào)整原料配比和工藝參數(shù)，正交試驗(yàn)和單因素試驗(yàn)法設(shè)計(jì)坯、釉料配方，采用注漿成型得到坯體測(cè)試試樣，以外加入方式在配方中引入膨潤(rùn)土和腐殖酸鈉，提高泥料的工藝性能，可滿足滾壓成型和流水作業(yè)的要求，滾壓成型試制8寸湯盤樣品，還原焰1310℃燒制，主要試驗(yàn)原料化學(xué)組成見(jiàn)表3和表4所示。

綜合考慮泥料工藝性能和成瓷物理性能等方面，最后確定試驗(yàn)中最佳坯料配方見(jiàn)表5。

日用陶瓷餐具應(yīng)具有良好的白度、光澤度、抗熱震性，結(jié)合所采用的各種原料的特點(diǎn)、燒成條件、坯釉適應(yīng)性等工藝指標(biāo)，經(jīng)過(guò)多次配方調(diào)整和試驗(yàn)，最終確定在1310℃燒成的透明釉配方（見(jiàn)表6），其化學(xué)組成見(jiàn)表7。

當(dāng)釉料配方中1#尾砂的用量從50%降低到30%時(shí)，釉面白度光澤度都有所提高，釉面效果更佳。

3.5 成瓷性能測(cè)試結(jié)果與分析

成瓷樣品性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表8。

從表8測(cè)試結(jié)果看，1#礦尾砂在坯體和釉料中用量為30%時(shí)，采用還原焰1310℃一次燒成的8寸湯盤樣品白度、光澤度、吸水率和抗熱震性均達(dá)到或優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3532-2009《日用瓷器》中日用細(xì)瓷對(duì)合格品（白度≥55.0、光澤度≥80.0、吸水率≤0.5%、抗熱震性180℃至20℃熱交換一次不裂）的標(biāo)準(zhǔn)要求[4]。

4 結(jié)論

（1）本實(shí)驗(yàn)中1#和2#瓷土礦尾砂主要礦物組成均為石英、鈉長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石，其中鈉長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石含量達(dá)到48%～49%，可以認(rèn)為該尾砂礦物組成為多量鉀鈉長(zhǎng)石和游離石英，可作為長(zhǎng)石類原料使用。

（2）實(shí)驗(yàn)中確定了1#瓷土礦尾砂用量達(dá)30%、還原焰1310℃一次燒成的坯釉料配方，成瓷性能均達(dá)到或優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3532-2009《日用瓷器》中日用細(xì)瓷合格品的標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）綜合其化學(xué)成分分析和物性測(cè)試數(shù)據(jù)判斷，該尾砂可作為陶瓷原料應(yīng)用于對(duì)白度要求較高的日用陶瓷、墻地磚和陳設(shè)瓷中。

參考文獻(xiàn)

[1] 十部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導(dǎo)意見(jiàn)》

[2] 李家駒 等.日用陶瓷工藝學(xué)[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，1991

[3] 高群力，袁鐘池，等.會(huì)昌縣右水瓷石原礦的理化性能及在傳統(tǒng)陶瓷中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)陶瓷，2019（7）：72-78.

[4] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3532-2009 .日用瓷器[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

Study on the Application of Porcelain Clay Tailings in Traditional Ceramics

ZHONG" Hong-yan" " nbsp;XU Wen-hao

（Jingdezhen Ecological Environment Monitoring Center of" Jiangxi Province， Jingdezhen 333000，China）

Abstract： The chemical compositions， mineral compositions， physical and chemical properties" of" the porcelain clay tailings from jiangxi province yifeng county were investigated by methods of" XRF，" XRD，ceramic whiteness tester. Using this kind of porcelain clay tailings， kaolin of Longyan， feldspar of" Xiushui， porcelain stone of Shangzhu as raw materials， ceramic tableware fired at 1310℃by reducing flame was developed. The results show that： the porcelain clay tailings can be used in the production of daily ceramics.

Keywords：" Porcelain clay tailings; Processing property; Trial production of porcelain