劉屬興 鄒國文 余嬈

(1.景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院，江西省先進(jìn)陶瓷材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西景德鎮(zhèn)333001；2.佛山鷹牌股份有限公司，廣東佛山528031；3.景德鎮(zhèn)一中分校，江西景德鎮(zhèn)333001)

0 前言

鈮鉭礦尾砂是開采稀有金屬鈮鉭產(chǎn)生的尾礦（尾砂），因其主要礦物成分之一為鋰云母，因此常稱為鋰云母尾砂。如江西宜春鈮鉭礦，開采40多年來，已累積鈮鉭礦尾砂達(dá)數(shù)千萬噸，這些所謂的鈮鉭礦尾砂堵塞河流、污染環(huán)境、破壞生態(tài)平衡，每年需耗費(fèi)一定經(jīng)費(fèi)處理尾砂，給企業(yè)的發(fā)展帶來巨大的壓力。近年來，各級政府和企業(yè)對各種工業(yè)、礦業(yè)固體廢物加大投入進(jìn)行綜合治理，因此，綜合利用工業(yè)、礦業(yè)固體廢物成為當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重大課題?；诖瞬⑹芷髽I(yè)委托，作者開展了鈮鉭礦尾砂在結(jié)晶釉中的應(yīng)用研究，并成功地研制出結(jié)晶效果較佳的硅酸鋅結(jié)晶釉。

1 試驗(yàn)

1.1 鈮鉭礦尾砂的研究

1.1.1 鈮鉭礦尾砂的化學(xué)組成

通過化學(xué)分析，鈮鉭礦尾砂的、化學(xué)組成見表1。

1.1.2 鈮鉭礦尾砂的粒度分析

鈮鉭礦尾砂的粒度分析見表2。

表1 鈮鉭礦尾砂的化學(xué)組成（w t%）Tab.1 Chemical composition of niobium-tantalum mine tailings(wt%)

表2 鈮鉭礦尾砂的粒度分析（%）Tab.2 Particle size analysis of niobium-tantalum mine tailings(wt%)

表3 鈮鉭礦尾砂的礦物組成Tab.3 Mineral composition of niobium-tantalum mine tailings(wt%)

表4 釉用原料化學(xué)組成（%）Tab.4 Chemical composition of raw materials for glaze

表5 釉料配方組成Tab.5 Glaze fomula

1.1.3 鈮鉭礦尾砂的礦物組成

通過透射電鏡，光學(xué)體視（雙目）顯微鏡分析，。鈮鉭礦尾砂礦物定量分析見表3。

1.2 釉料研制

1.2.1 釉料設(shè)計(jì)

釉用原料化學(xué)成分見表4，釉料配方組成見表5。

釉式:

1.2.2 工藝流程圖

釉用原料→配料→球磨→過篩→除鐵→陳腐備用

2 結(jié)果與討論

2.1 研制結(jié)果

產(chǎn)品在馬沸爐中燒成,燒成氣氛為氧化焰,燒成溫度1220～1230℃,保溫30min，冷卻到1130℃保溫100min，再自然冷卻，晶花大小為0.5～2cm。結(jié)晶釉研制結(jié)果見圖1(a)和圖1(b)。

2.2 討論

（1）鈮鉭礦尾砂中的SiO2、Al2O3、Li2O、K2O、Na2O是主體成分，SiO2的含量為70.20%，說明含有游離石英，可作硅質(zhì)原料引入到釉料配方中，這對提高制品的機(jī)械強(qiáng)度，化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性有利。Al2O3的含量為16.20%，主要是以高嶺石礦物形式存在，引入到結(jié)晶釉配方中，可降低配方中高嶺土的用量。K2O的含量為2.10%，Na2O的含量為4.60%。主要是以鉀長石、鈉長石礦物形式存在，可起著良好的助熔作用。Li2O的含量為1.35%，主要以鋰云母礦物形式存在。

（2）Li+的活動(dòng)性比K+、Na+強(qiáng)，分子量比K+、Na+小，鋰云母的助熔能力比鉀長石、鈉長石強(qiáng)的多。

（3）鋰云母有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，極小的熱膨脹系數(shù)，可作為主要原料之一引入到陶瓷產(chǎn)品中。

圖1 結(jié)晶釉研制結(jié)果Fig.1 Resultant crystal glazes

（4）鋰云母在高溫時(shí)熔解石英的能力比鉀長石、鈉長石強(qiáng)的多，使釉中殘留石英顆粒更加細(xì)小，并促使莫來石晶體的形成，因此更能促使坯釉中間層的形成，使坯釉結(jié)合性能更好。

（5）鋰云母用于釉料中，增加了釉的高溫流動(dòng)性、降低了釉的表面張力，有利于坯體中的氣體向釉層擴(kuò)散，有利于釉中的揮發(fā)性氣體排出，可減少釉面針孔，并提高產(chǎn)品的光澤度。

（6）釉層厚度0.5mm以下，釉面無晶粒析出；釉層厚度0.5～0.8mm,釉面出現(xiàn)一些細(xì)小的晶粒；釉層厚度0.8～1.2mm，釉面結(jié)晶效果最佳，析出晶花0.5～2.0cm。原因是釉層過薄，高溫下釉融化后，可供晶體遷移發(fā)育的液相量不足，晶花難以發(fā)育完整；釉層過厚，晶花在立體方向發(fā)展，結(jié)果使釉面顯得無比粗糙無光，甚至出現(xiàn)生燒現(xiàn)象。

（7）結(jié)晶釉的形成與保溫時(shí)間有很重要的關(guān)系。因?yàn)榫w在熔體中的生成、遷移、長大都需要時(shí)間。如果保溫時(shí)間過短，微晶體的遷移量不夠，就會使晶體無法充分發(fā)育長大，析出的晶體較小，釉面會較粗糙且光澤不夠，保溫時(shí)間過長，晶體的生長時(shí)間充足，晶體容易過分生長，造成堆晶現(xiàn)象使釉面無光。

（8）鈮鉭礦尾砂是一種優(yōu)質(zhì)的陶瓷原料，開展鈮鉭礦尾砂的綜合利用不僅有良好的環(huán)保意義，并且有較好的社會意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3 結(jié)論

(1)結(jié)晶釉配方中鈮鉭礦尾砂的加入量15%～25%,產(chǎn)品燒成溫度1220～1230℃,冷卻到1130℃保溫100分鐘，再自然冷卻。釉層厚度0.8～1.2mm，晶花0.5～2.0cm。

(2)鈮鉭礦尾砂的綜合利用對環(huán)境保護(hù)及提高礦產(chǎn)資源的利用率有較好的實(shí)際意義。

(3)鈮鉭礦尾砂是一種優(yōu)質(zhì)的陶瓷原料,開展鈮鉭礦尾砂的綜合利用不僅有良好的環(huán)保意義,并且有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

(4)鈮鉭礦尾砂在陶瓷工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用前景。

1李家駒,繆松蘭等編.陶瓷工藝學(xué).北京:中國輕工業(yè)出版社, 1999

2華南工學(xué)院等.陶瓷材料研究方法.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1980

3于麗達(dá)等.陶瓷墻地磚釉面磚生產(chǎn)手冊.上海:國際展望出版社,1993

4劉屬興.陶瓷礦物原料與坯釉配方應(yīng)用.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008