劉建新 鐘健光 余東海 佘昌熾 葉祥

摘 要：無(wú)鋯超白磚的研制在滿足A類裝飾材料放射性要求的前提下，可提高瓷磚的裝飾層次，具有廣闊的技術(shù)前景和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。本文在提出影響瓷磚坯體白度因素的基礎(chǔ)上，通過(guò)大量數(shù)據(jù)分析討論砂、石粉、坭等坯體原料的選擇及處理對(duì)坯體白度的影響。為無(wú)鋯超白瓷質(zhì)磚的開發(fā)提供了技術(shù)思路和研制方向。

關(guān)健詞：無(wú)鋯；超白；瓷質(zhì)磚

1 前言

隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，消費(fèi)要求也逐漸高端化，而陶瓷產(chǎn)品作為人們家居裝修的重要組成部分，也向著高端方向發(fā)展，“白如玉”的陶瓷歷來(lái)是社會(huì)高端精致生活的追求。但隨著近年來(lái)環(huán)保健康的生活理念成為人們消費(fèi)的重要因素，環(huán)保健康的陶瓷產(chǎn)品更加受到社會(huì)的推崇。

在過(guò)去三十年，瓷質(zhì)磚的發(fā)展一直引領(lǐng)著建陶發(fā)展的前衛(wèi)方向。無(wú)論是滲花磚、微粉磚、拋釉磚，坯體的白度不僅是產(chǎn)品工藝發(fā)色的基礎(chǔ)載體，也在產(chǎn)品的后期裝飾效果中起了重要作用。過(guò)去部分廠家大量使用硅酸鋯作為增白劑，但隨著國(guó)家“3C”認(rèn)證將放射性作為強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)后，硅酸鋯的引入量受到了放射性的限制。而且目前市場(chǎng)上硅酸鋯的價(jià)格較高，加工過(guò)程中也有著粉塵污染等環(huán)境問(wèn)題。因此，如何避開硅酸鋯增白的工藝方法就顯得尤為重要。

2 影響坯體白度的主要因素

設(shè)定某一主體成份接近的坯體配方，重點(diǎn)考察Fe2O3和TiO2對(duì)白度的影響。

根據(jù)表1中硅酸鹽礦物中氧化物成分常規(guī)分析表明，SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3，TiO2，CaO，MgO，K2O，Na2O中對(duì)白度影響因素最大的是TiO2和Fe2O3。并且在大量工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，這兩種成分對(duì)坯體色調(diào)的影響大致可以總結(jié)如下：

（1）在拋光磚坯體配方體系下，引入TiO2會(huì)使坯體燒成后顯黃色調(diào)，降低白度；

（2）單獨(dú)引入Fe2O3，坯體顯紅色調(diào)，降低白度；

（3）當(dāng)TiO2和Fe2O3都同時(shí)引入時(shí)，坯體白度下降最為明顯，而且色調(diào)呈黃褐色；

（4）同等白度的坯體，黃色調(diào)坯體比紅色調(diào)坯體在視覺(jué)上更容易被人們接受。

從表1可看出，F(xiàn)e2O3的引入量對(duì)降低坯體白度非常明顯，控制坯體中Fe2O3的含量是完成超白磚研制的關(guān)鍵一步。

3 拋光磚坯體用料的選擇

拋光磚坯體的選料主要分三大類，即：砂、石粉、坭。各代表性的化學(xué)組成分析如表2所示。

從表2可以看出，常規(guī)拋光磚原料中，坭的Fe2O3，TiO2含量較高，如能有效降低坭的Fe2O3，TiO2含量，對(duì)于提高坯體白度是非常有利的。

3.1 坭的選擇

混合坭：該類?ài)桦s質(zhì)較多，Al2O3偏低，不適合用于超白磚用料。

普通水洗坭：該類?ài)杞?jīng)過(guò)一定的精加工，淘洗去掉部分石英砂，提高了Al2O3的量，其增白效果比普通混合坭要好。

精選水洗坭：該類?ài)柙谄胀ㄋ篡璧幕A(chǔ)上，進(jìn)一步采用了高強(qiáng)除鐵，真空練坭等工藝，有效地降低了坭的鐵含量，減少了Fe2O3對(duì)坯白度的影響。精練水洗坭更進(jìn)一步改善了坯體的物理性能，提高了強(qiáng)度，減少了片狀高嶺土對(duì)成型分層的影響。

從表3可知，普通混合坭與普通水洗坭在Fe2O3相當(dāng)?shù)那闆r下，Al2O3的量增加可相應(yīng)的提高原料白度；普通水洗坭和精煉水洗坭在Al2O3相當(dāng)?shù)那闆r下，F(xiàn)e2O3的減少可相應(yīng)的提高原料白度。

3.2 砂的選擇

砂為天然礦物，其鐵含量不太穩(wěn)定，一般Fe2O3的含量為0.4 ～ 2.0%，原料白度也難穩(wěn)定，建議少用原礦砂，而改用一些精加工的鉀鈉石粉，該類石粉鐵含量一般能控制到0.1%以下，而且引入的鉀鈉等熔劑成份也比較穩(wěn)定。

3.3 石粉的選擇

常規(guī)的破碎石粒，因破碎過(guò)程中引入的鐵以及原料中亦含有伴生鐵等雜質(zhì)，易影響白度。所以對(duì)石粉進(jìn)行精細(xì)化加工也很重要，通過(guò)精細(xì)化加工，可以將普通石粉中的Fe2O3從0.3 ～ 0.8%下降到0.1%以內(nèi)，有效地提高原料白度。

從表4可以看出，當(dāng)石粉其它成份相當(dāng)時(shí)，F(xiàn)e2O3對(duì)石粉白度的影響比較明顯。

3.4 無(wú)鋯增白劑的使用

無(wú)鋯增白劑作為一種新型材料，在超白磚的研制中對(duì)提高白度起到了有益的補(bǔ)充。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，選擇了一種無(wú)鋯增白劑來(lái)引入配方使用。

為了考察新型無(wú)鋯增白劑對(duì)坯體配方白度的影響，我們選取傳統(tǒng)拋光磚K（Na）O-Al2O3- SiO2體系的成份結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)在基礎(chǔ)配方中外加增白劑的方式，直觀的考察白度的變化。

由此可以看出，該增白劑和硅酸鋯在等量引入的情況下，增白劑的增白效果雖然沒(méi)有硅酸鋯明顯，但從性價(jià)比和綜合性能看，其效果和效益是非常明顯的。

4 液相結(jié)構(gòu)對(duì)坯體白度的影響

傳統(tǒng)的拋光磚配方，為了快速燒成和原料來(lái)源的方便性，多采用K（Na）O-Al2O3-SiO2的配方結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)更趨近于玻璃的化學(xué)成分結(jié)構(gòu)，光折高，易產(chǎn)生鏡面反射。Na2O越高，光折越強(qiáng)，白度呈下降趨勢(shì)。因此，要對(duì)坯體液相結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，改變光的折射，提高白度。早期提高白度的主要辦法，主要采用超細(xì)鋯英石提高坯體白度，但“3C”強(qiáng)制認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行后，其在陶瓷中的使用量也受到了大量限制。

在減少或取消硅酸鋯的使用后，曾有學(xué)者對(duì)滑石增白做了大量研究。滑石作為一種天然礦物原料，在陶瓷中可以起到降溫和增白的作用。在日用瓷中，也有以滑石為主要原料的“鎂質(zhì)瓷”。但作為建筑瓷中的拋光磚配方體系，如果大量引入滑石作為主體原料，有一定的局限?；钠瑺罱Y(jié)構(gòu)不利于壓機(jī)快速成型，易產(chǎn)生分層等缺陷；MgO的始融溫度較高，不利于拋光磚的快速燒成；且偏硅酸鎂成分晶相種類較多，晶相轉(zhuǎn)變時(shí)易產(chǎn)生較大的體積變化，對(duì)燒成曲線要求非常嚴(yán)格，易產(chǎn)生一次變形和二次變形，不利于產(chǎn)品的后期質(zhì)量控制。

因此，我們選擇CaO-Al2O3-SiO2的晶相來(lái)調(diào)整坯體結(jié)構(gòu)，結(jié)合拋光磚的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，選用硅灰石作為原料引入坯體配方。試驗(yàn)所用某硅灰石的化學(xué)組成如表7所示。

硅灰石不含有機(jī)物和結(jié)構(gòu)水，其體積變化與溫度變化呈相對(duì)線性關(guān)系，干燥收縮和燒成收縮都比較小，適合于快速燒成，而且針狀的晶相結(jié)構(gòu)也使得產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度有所提高。但CaO作為一種堿土金屬氧化物，其始熔溫度較高，為適應(yīng)拋光磚的快速燒成工藝，配方中引入了適量Na2O，K2O，MgO作為混合熔劑，對(duì)于擴(kuò)大燒成范圍，提高產(chǎn)品的綜合性能，都是非常有利的。

5 超白配方實(shí)際對(duì)比試驗(yàn)

配方組成與坯體燒成后白度對(duì)比如表8所示。

生產(chǎn)過(guò)程的主要工藝參數(shù)如表9所示。

如圖，通過(guò)掃描電鏡分析，表8中4#配方未檢出硅酸鋯成份。相應(yīng)的粉體電鏡照片如圖1所示。

對(duì)該粉體做EDS能譜分析，結(jié)果如圖2所示。

根據(jù)國(guó)家權(quán)威檢測(cè)部門檢測(cè)，表8中4#配方放射性指數(shù)：內(nèi)照：（0.5）外照（0.8），滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于A類裝飾材料的放射性要求。

4#配方的坯式如下：

通過(guò)對(duì)表8中1#，4#，5#配方白度對(duì)比，4#無(wú)鋯配方其增白效果明顯，相當(dāng)于常規(guī)配方外加11%的硅酸鋯。通過(guò)對(duì)比，4#配方成本也有明顯優(yōu)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)效益也十分明顯。

6 結(jié)論

（1）坯體增白是一項(xiàng)細(xì)致的工作，可以從多方面著手，首先控制原料中的鐵鈦含量是要完成的第一步。原料的精細(xì)化也提高原料檔次的一項(xiàng)重要工作，可使原料使用更加規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化，也是環(huán)保節(jié)能的必然之路。

（2）液相結(jié)構(gòu)的形成，既要考慮到產(chǎn)品的最終檔次，也要考慮到生產(chǎn)工藝的可操作性：CaO-Na2O-K2O-MgO等熔劑原料的合理搭配使用，對(duì)于白度的提高和擴(kuò)大燒成范圍，實(shí)現(xiàn)快速燒成等，都是一種有益的探索。

（3）當(dāng)傳統(tǒng)增白劑因環(huán)保因素或價(jià)格因素受限時(shí)，新材料的開發(fā)和使用，將有著廣泛的市場(chǎng)，其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益都是值得試驗(yàn)和探索的。

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[3] 馬光華. 建筑陶瓷工藝[景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院講義].

Abstract： Preparation of a zirconium-free ceramic tile with ultra-high whiteness can improve the decoration level without consideration on radioactivity limit， possessing increasingly prospect on technology and huge economic performance. In this paper， we investigated the influence of selection and treatment of the raw materials on the final whiteness of the ceramic body， supplying a technical clue for preparation of a zirconium-free ceramic tile with ultra-high whiteness.

Keywords： Zirconium-free； Ultra-High Whiteness； Ceramic Tile