摘要：本文闡述了氧化鐵紅的基本性質(zhì)及其用途，通過陶瓷色料生產(chǎn)配方試驗(yàn)，對氧化鐵紅在陶瓷色料方面的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：氧化鐵紅 陶瓷色料 紅棕 生料釉 穩(wěn)定性 應(yīng)用

1 引言

氧化鐵紅的分子式為Fe2O3，分子量159.69，有天然的和人造的兩種。天然的氧化鐵紅稱西紅，是基本上純粹的氧化鐵，熔點(diǎn)為1565℃，相對密度為5.24。在自然界以赤鐵礦形式存在，具有兩性，在強(qiáng)堿介質(zhì)中有一定的還原性，可被強(qiáng)氧化劑氧化。三氧化二鐵不溶于水，也不與水起作用。灼燒硫酸亞鐵、草酸鐵、氫氧化鐵都可制得，它也可通過在空氣中煅燒硫鐵礦來制取。

由于生產(chǎn)方法和操作條件的不同，它們的晶體結(jié)構(gòu)和物理性狀都有很大的差別，色澤變動于橙光到藍(lán)光至紫光之間，遮蓋力和著色力都很大。有優(yōu)越的耐光、耐高溫、耐腐蝕等性質(zhì)，在濃酸中只有在加熱情況下才逐漸被溶解。

2 氧化鐵紅顏料的用途

氧化鐵紅顏料在各類混凝土中作預(yù)制件，在建筑材料中作為顏料或著色劑，可直接調(diào)入水泥中應(yīng)用。氧化鐵紅顏料可用于各種室內(nèi)外的彩色混凝土；各種建筑陶瓷和琉璃陶瓷如面磚、地磚、屋瓦等；各種涂料著色和保護(hù)物質(zhì)，包括水性內(nèi)外墻涂料、粉末涂料等；還可用于油性漆，包括環(huán)氧、醇酸、氨基等各種底漆和面漆。同時，氧化鐵紅顏料適用于塑料制品的著色，普遍使用于建筑、橡膠、塑料、涂料等工業(yè)，特別是鐵紅底漆具有防銹功能，可以代替高價的紅丹漆，節(jié)約有色金屬，又是高級精磨材料，適用于精密的五金儀器、光學(xué)玻璃等的拋光。高純度的氧化鐵紅是粉末冶金的主要基料，用來冶煉各種磁性合金和其他高級合金鋼。此外氧化鐵紅顏料還可以用于各類化妝品、紙張、皮革等的著色。

3 氧化鐵紅在陶瓷行業(yè)中的應(yīng)用

氧化鐵紅顏料在陶瓷色料配方中，主要以著色劑的形式引入。如釉用色料中的棕色系列、黑色系列；鋯系色料中的鋯鐵紅色料；坯體色料中的黑色、咖啡色和茶色系列等，陶瓷琉璃瓦等彩色水泥磚也大量應(yīng)用氧化鐵紅原料。因此，氧化鐵紅顏料在陶瓷色料中的用量較大，估計(jì)每年用量在一萬噸以上。目前，陶瓷色料使用的氧化鐵紅顏料的生產(chǎn)方法主要分為硫酸法和混酸法（硝酸法），以薄鐵板為原材料進(jìn)行處理加工后得到外觀鮮紅光亮的氧化鐵紅顏料。通常使用硝酸法工藝生產(chǎn)的氧化鐵紅產(chǎn)品綜合指標(biāo)優(yōu)于硫酸法生產(chǎn)的產(chǎn)品。

3.1氧化鐵紅在棕色系列產(chǎn)品中的應(yīng)用

在陶瓷釉用色料中，棕色系列產(chǎn)品占據(jù)了很大的市場。特別是在瓷片和復(fù)古磚的生產(chǎn)中，大量使用金黃和紅棕兩大系列產(chǎn)品。

棕色系列產(chǎn)品主要是Fe-Cr-Zn-Al和Fe-Cr-Zn兩種晶體結(jié)構(gòu)，氧化鐵紅顏料主要是以著色劑的形式加入。三價的鐵離子保持紅色，通過和鉻綠復(fù)合著色，產(chǎn)生從金黃到黑棕色調(diào)。本研究做了如下試驗(yàn)：采用化學(xué)組成如表1所示的熔塊，往熔塊中加入3%的色料，色料的組成與其發(fā)色情況見表2。由表2可知，隨著配方中氧化鐵紅顏料的增加，紅度值和黃度值都相應(yīng)降低，色料的發(fā)色由金黃色調(diào)向紅棕色調(diào)轉(zhuǎn)變，色料的明度值也相應(yīng)降低；同時實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，釉面針孔也相應(yīng)有所增多。

這是由于隨著配方中氧化鐵紅顏料的增加，色料中的不飽和鐵離子增多，易從熔塊釉料的高溫液相中分離出來，針孔增加的同時，發(fā)色飽和度相應(yīng)降低。從色料的外觀上看，隨著鐵紅顏料含量的增加，色料的燒結(jié)程度加大，說明鐵紅顏料在棕色系列產(chǎn)品中具有降低燒成溫度的作用。

3.2氧化鐵紅在坯體黑色和咖啡色料中的應(yīng)用

3.2.1在坯體黑色料中的應(yīng)用

在陶瓷墻地磚的生產(chǎn)中，主要使用黑、黃、咖啡三種中色調(diào)，其中陶瓷坯體黑色料占了坯體色料的35%以上，僅佛山陶瓷廠家每年消耗的坯體黑色料就達(dá)6萬噸以上[3]。氧化鐵紅顏料是坯體黑色料配方的主要原料，含量通常可達(dá)50%~80%。不同廠家生產(chǎn)的氧化鐵紅產(chǎn)品色調(diào)差異較大。如規(guī)格為130的氧化鐵紅產(chǎn)品，產(chǎn)地江門的品質(zhì)相對穩(wěn)定，而產(chǎn)地清遠(yuǎn)的產(chǎn)品在耐溫和色調(diào)方面則稍差一些。本研究做了如下對比試驗(yàn)：將不同產(chǎn)地的氧化鐵紅130產(chǎn)品，以3%的量直接加入到坯泥中，打餅后在1060℃煅燒，測試燒后坯泥的色度值，結(jié)果如表3所示。

實(shí)驗(yàn)表明，由于廠家所使用的工藝和原材料等各方面的差異，采用不同產(chǎn)地的氧化鐵紅顏料，燒成產(chǎn)品的發(fā)色和高溫穩(wěn)定性都有所不同。通常外觀鮮紅的鐵紅燒出的坯體黑色產(chǎn)品飽和度較好，外觀較暗紫色的鐵紅燒出的產(chǎn)品藍(lán)度值較高。目前市場上的130氧化鐵紅產(chǎn)品價格在6000元/噸左右，價格低于3000元/噸的鐵紅產(chǎn)品，一般高溫穩(wěn)定性不好，只適合生產(chǎn)較低檔的坯體黑色產(chǎn)品。

3.2.2 在坯體咖啡色料中的應(yīng)用

目前，市場上的坯體咖啡色料基本上都是采用鉻鐵礦和鐵紅混合煅燒生產(chǎn)出來，氧化鐵紅顏料作為主發(fā)色成分對咖啡色調(diào)的走向起決定性作用?？Х壬系母鞣N色調(diào)一般是根據(jù)不同類型的鐵紅產(chǎn)品搭配進(jìn)行生產(chǎn)的，外觀鮮紅黃的鐵紅產(chǎn)品生產(chǎn)的咖啡色料偏紅黃調(diào)，而外觀較暗紫色的鐵紅產(chǎn)品煅燒出來的咖啡色料相對較黑。

將不同產(chǎn)地的氧化鐵紅與鉻鐵礦混合，外加2%礦化劑，配制成坯用咖啡色料，以3%的比例加入到坯泥中，打餅后在1080℃煅燒，測試燒后坯泥的色度值，結(jié)果如表4所示。

實(shí)驗(yàn)表明，坯體咖啡色料在配方和燒成溫度一致時，其色調(diào)主要由氧化鐵紅顏料的色調(diào)決定。需要說明的是，不同廠家的鐵紅產(chǎn)品存在一定的溫度差異，有時候通過溫度控制或者配方調(diào)整，也可以達(dá)到調(diào)整產(chǎn)品色調(diào)的目的。

3.3氧化鐵紅在釉用黑色料中的應(yīng)用

釉用黑色產(chǎn)品比其他釉用色料的成本要高，其中鈷黑產(chǎn)品的色調(diào)以純正的藍(lán)調(diào)最佳。艷黑類產(chǎn)品由于不含氧化鈷，成本相比于鈷黑略低。但市場上有些艷黑類產(chǎn)品，其純黑色調(diào)可與鈷黑相媲美。氧化鐵紅顏料在釉用黑色料中主要起助色的作用。通常認(rèn)為，在氧化氣氛條件下，1000℃時形成的NiO-Cr2O3發(fā)青綠色調(diào)，NiO-Fe2O3發(fā)黑色帶紅調(diào)，Co-Fe_{2<\\sub>O3<\\sub>發(fā)藍(lán)黑色調(diào)，通過復(fù)合著色而呈現(xiàn)較純正的黑色。同時，CuO-Fe2O3在釉中也能呈現(xiàn)出藍(lán)黑色調(diào)。}

目前，市場上所銷售的陶瓷色料用鐵紅產(chǎn)品型號主要是110、130、190等。由于采用的生產(chǎn)工藝不同，同一規(guī)格的產(chǎn)品在性能上也有很大的區(qū)別，價格相差也較大，通常在3000~7000元/噸。鐵紅的簡易評判方法如下：

（1）查看外觀是否鮮艷；

（2）是否耐高溫；

（3）用手捏時的粘手程度。一般來說，色澤越鮮紅、又非常粘手的鐵紅比色澤暗紫的產(chǎn)品要好。

由于鐵紅對產(chǎn)品的燒成溫度和色調(diào)有較大的影響，選擇用于陶瓷釉用黑色料生產(chǎn)的鐵紅時，需要根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行選擇，并通過煅燒生產(chǎn)配方來檢測其是否達(dá)到要求。

本研究做了各廠家的氧化鐵紅顏料在生料仿古釉中的對比試驗(yàn)，試驗(yàn)采用Fe:Cr:Ni:Mn=30:35:30:10的基礎(chǔ)配方，其中Mn以氧化錳形式引入。色料以3%的比例加入到生料釉中，生料釉的配方組成見表5。配制色料生料，實(shí)驗(yàn)室電爐4h快速升溫至1250℃，恒溫2h。將燒好的色料熟料刮好的磚樣板，在實(shí)驗(yàn)室輥道窯中燒成，燒成溫度為1180℃，燒成周期為30min， 測試燒后試樣的色度值，結(jié)果見表6。

實(shí)驗(yàn)表明，規(guī)格為130的氧化鐵紅顏料更適合于釉用黑色料的生產(chǎn)，其藍(lán)度數(shù)值優(yōu)于190鐵紅。其他規(guī)格如110鐵紅由于成本較高，沒有進(jìn)行對比試驗(yàn)。通常認(rèn)為，釉用黑色產(chǎn)品如在高溫釉料中發(fā)色較好，其在低溫瓷片中也有相同的發(fā)色趨勢。需說明的是，艷黑類產(chǎn)品更適合在瓷片中使用，有時在高溫釉料中發(fā)色偏紅、偏淺，但在低溫釉料中則呈現(xiàn)純正的藍(lán)調(diào)。艷黑類的鎳黑產(chǎn)品在生產(chǎn)中進(jìn)行球磨加工時很容易“跑調(diào)”，具體表現(xiàn)在含鎳黑色產(chǎn)品球磨時間越長，發(fā)色就越偏向紅調(diào)，同時發(fā)色深度會明顯降低，特別是配方中含鎳越少，這種變化就越明顯。鈷黑類產(chǎn)品相對來說要穩(wěn)定些。

3.4 氧化鐵紅在鋯鐵紅產(chǎn)品中的應(yīng)用

鋯鐵紅色料對原材料要求較高，生產(chǎn)過程中的生料球磨工藝較為復(fù)雜，燒成工藝十分嚴(yán)格。鋯鐵紅色料屬于鋯基色料中的包裹型，它是混晶色料，存在兩個相，其中發(fā)色的化合物或膠態(tài)金屬相被晶體所包裹。需說明的是，鋯鐵紅色料中的鐵離子不會與礦化劑鹵化物等發(fā)生反應(yīng)形成揮發(fā)性氣體，故難以依靠自身進(jìn)行擴(kuò)散遷移，因此不能通過擴(kuò)散途徑遷移進(jìn)行反應(yīng)，必須通過自身遷移到達(dá)反應(yīng)帶同鋯結(jié)合。

目前，鋯鐵紅產(chǎn)品的生產(chǎn)很少使用化學(xué)鋯，一般采用普通電熔氧化鋯和化學(xué)鋯搭配使用。氧化鐵紅以著色劑的形式引入配方，其晶體形狀和價態(tài)直接影響鋯鐵紅產(chǎn)品的品質(zhì)。選擇合適的氧化鐵紅顏料對生產(chǎn)出高性價比的鋯鐵紅產(chǎn)品十分關(guān)鍵。

本研究做了如下對比試驗(yàn)：將不同廠家及不同型號的氧化鐵紅顏料，以相同的配比配制成鋯鐵紅色料，并以3%的比例加入表1所示的熔塊釉中，測試燒后試驗(yàn)的色度值，結(jié)果如表7所示。

實(shí)驗(yàn)表明，適合鋯鐵紅生產(chǎn)的氧化鐵紅顏料有上海產(chǎn)130和110鐵紅，以及華源110鐵紅。其他常見的如江門、湖南、清遠(yuǎn)產(chǎn)的鐵紅顏料次之，要么在釉料中沒有發(fā)色，或發(fā)色較淺。鋯鐵紅產(chǎn)品的色調(diào)可以通過鐵紅顏料型號來進(jìn)行調(diào)整，130鐵紅相對較鮮紅，110鐵紅則是鮮黃調(diào)。當(dāng)然，也可以通過調(diào)整鐵紅在配方中的含量和燒成溫度，以及生料的球磨時間來控制。

4 結(jié)語

自去年年底以來，受原材料、能源和國家節(jié)能減排政策等綜合因素的影響，國內(nèi)氧化鐵紅顏料出現(xiàn)“量價齊升”的狀況，佛山地區(qū)的氧化鐵紅產(chǎn)品整體漲幅在10%以上。氧化鐵紅顏料通常都是以著色劑的形式引入，因而直接影響產(chǎn)品的品質(zhì)，選擇合適的氧化鐵紅產(chǎn)品對陶瓷色料的生產(chǎn)十分關(guān)鍵。如在棕色系列產(chǎn)品中應(yīng)選用外觀鮮紅黃的鐵紅產(chǎn)品，而在釉用黑色類產(chǎn)品中，則應(yīng)選擇外觀鮮艷呈現(xiàn)暗紫色調(diào)的鐵紅類產(chǎn)品。特別是在釉用鋯鐵紅和坯體珊瑚紅色料的配方設(shè)計(jì)中，一定要選用硝酸法生產(chǎn)的氧化鐵紅產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

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[3] 秦威.提高鋯鐵紅色料質(zhì)量的措施[J].佛山陶瓷，2005，8.