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)
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。
1.1.1 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。
1.2.1 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
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)。
(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。
(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