低溫快燒陶瓷原料的研究

低溫快燒陶瓷原料的研究

目前，利用科技快速燃燒陶瓷的原料包括葉蠟石、硅灰石、透輝石、透閃石、霞石正長巖和慈惠石。他們具有低溫快燒原料的獨(dú)特性能,即干燥收縮和燒成收縮小;熱膨脹系數(shù)小,隨溫度變化呈直線關(guān)系;導(dǎo)熱性能好,燒成時能迅速進(jìn)行物理、化學(xué)變化;在燒成中易引起體積變化的游離石英等礦物含量少;有害雜質(zhì)含量少,灼減量少;熔融性能強(qiáng),高溫粘度低,但又不大幅度降低燒成范圍。下面簡單介紹一下這幾種原料的性能。1坯體及石英葉蠟石是一種生產(chǎn)瓷質(zhì)磚的優(yōu)質(zhì)原料,它的特點是:坯體強(qiáng)度高、白度高;坯體尺寸收縮變化小,在較寬的燒成范圍內(nèi)依然保持原來的坯體尺寸;燒失量小,燒成過程中坯體產(chǎn)生開裂的可能性小;坯體中微細(xì)莫來石晶體多,無定形石英含量少,方石英大量存在,提高坯體耐高溫荷重能力,擴(kuò)大燒成范圍;濕膨脹小,熱穩(wěn)定性好。葉蠟石的化學(xué)式:Al2O3·SiO2·H2O,理論組成為Al2O328.3%,SiO266.7%,H2O5%。生產(chǎn)上使用的葉蠟石都不是純?nèi)~蠟石,而是由幾種礦物組成的結(jié)合體。葉蠟石礦物一般分為4類:高嶺石-葉蠟石,水鋁石-葉蠟石,石英-葉蠟石,葉蠟石質(zhì)蠟石。各種蠟石的性能如表1所示。我國的葉蠟石資源主要分布在東南沿海的火山巖發(fā)育地區(qū),尤以浙江省、福建省礦點最多。如浙江溫州藤橋渡、平陽縣南雁蕩山、青田縣山口、上虞市梁岙等;福建的壽山、峨媚,福清縣東仔、閩清縣白中、莆田縣的廣宮等。目前生產(chǎn)廠家使用最多的青田葉蠟石。2硅灰石的生產(chǎn)硅灰石的化學(xué)式為:CaSiO3,理論組成為CaO48.25%,SiO251.75%。硅灰石外觀呈灰白色,有玻璃光澤,單晶呈板狀或片狀,但其集合體則為纖維狀或束狀,密度為2.8～2.9g/cm3,莫氏硬度4.5～5.0,熔點1540℃。硅灰石礦物有3種晶型,其中兩種為低溫型態(tài),即β-硅灰石(三斜晶系)和副硅灰石(單斜晶系,較少見);另一種為高溫型態(tài),即α-硅灰石。低溫硅灰石在1120℃左右可轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷匦凸杌沂?但轉(zhuǎn)變非常緩慢,陶瓷生產(chǎn)上使用的硅灰石原料都是β-硅灰石晶型。我國有豐富的硅灰石資源,具有工業(yè)價值的硅灰石礦床主要有接觸變質(zhì)矽卡巖型和大理巖型硅灰石礦床。主要產(chǎn)地有:吉林梨樹大頂山、四平、盤石,遼寧鐵法,河北武安、遷西,湖北大冶小箕鋪,湖南長寧,福建漳州、南平,江西上高、月光山,安徽銅陵,浙江長興,江蘇江寧、漂陽,新疆哈密,青海都蘭,內(nèi)蒙古巴林旗,云南藤沖,黑龍江密山、龍江等。在所有探明的儲量中,吉林硅灰石占全國總量的44.7%,主要分布于梨樹、盤石一帶。硅灰石坯體的特點:硅灰石針狀晶體提供了水分排除的快速通道,可加速干燥速度;干燥收縮小,燒成過程中不產(chǎn)生氣體,對改進(jìn)素坯結(jié)構(gòu)、提高釉面質(zhì)量有利,適合一次燒成;堿金屬含量少,坯體吸濕膨脹小,不易龜裂;坯體受熱膨脹(其膨脹系數(shù)為6.7×10-6/℃)與溫度呈直線關(guān)系,適合快燒;硅灰石礦物含有少量的石榴石和透輝石,在燒成過程中可起礦化劑作用促進(jìn)化學(xué)反應(yīng),形成低粘度的玻璃相,并促進(jìn)坯釉中間層的發(fā)育;燒成收縮小,燒成過程不易變形。硅灰石的膨脹曲線、差熱分析曲線分別見圖1、圖2。3常用透輝石透輝石的化學(xué)式為CaMgSi2O6,理論化學(xué)組成為CaO25.9%,MgO18.5%,SiO255.6%,是同時含鈣、鎂的硅酸鹽礦物,屬鏈狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽,硬度5.5～6,密度3.27～3.48g/cm3。透輝石無晶型轉(zhuǎn)變,純透輝石熔融溫度為1391℃。透輝石常伴生有硅灰石、石榴石、鎂橄欖石、石英、透閃石、方解石、綠泥石等礦物,常含有鐵、錳等雜質(zhì)。由于礦藏成因不同,礦物組成略有不同,透輝石含量占90～94%。我國有豐富的透輝石資源,主要產(chǎn)地有:山東煙臺的福山和蓬萊,山東青島的平度和萊西,河北的遷西,湖北的宜昌,黑龍江的雞西和林口,江西的新余,福建的浦田,遼寧的遼陽和建平,湖南的冷水江等等。表2列出了幾種常用透輝石的化學(xué)組成。透輝石的特點:降低燒成溫度,在坯體中加入透輝石可降低燒成溫度150～200℃;有利于坯體快速干燥;可縮短燒成周期,進(jìn)行快速燒成和快速冷卻;減少燒成收縮;提高產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度;產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性好;熱膨脹系數(shù)小,250～800℃時為7.5×10-6/℃。透輝石的差熱分析曲線、熱膨脹曲線分別見圖3、圖4。4礦物共生,聚合物燒失量高透閃石的化學(xué)式為2CaO·5MgO·8SiO2·H2O。理論化學(xué)組成為:CaO13.8%,MgO24.6%,SiO258.8%,H2O2.8%。透閃石屬于接觸變質(zhì)礦物,常與石灰石、滑石、白云石等礦物共生,礦物燒失量較高。透閃石屬單斜晶系,晶體呈長柱狀、針狀,有時呈毛發(fā)狀,集合體常呈柱狀、放射狀或纖維狀,透閃石外觀呈灰白或白色,硬度5.0～6.0,密度3.0g/cm3左右。表3列出了常見透閃石的化學(xué)組成。透閃石的產(chǎn)地主要有:江西的萍鄉(xiāng)、遼寧的蚰巖,吉林的江源等。透閃石屬于雙鏈硅酸鹽結(jié)構(gòu),具有與硅灰石相似的纖維狀、放射狀結(jié)晶集合體。作坯料使用,坯體的強(qiáng)度高,干燥性能好,燒成收縮小,熱膨脹系數(shù)小(5.82×10-6/℃),且質(zhì)地輕,比重小。由于透閃石原礦與滑石共生,還夾雜白云石,導(dǎo)致坯體燒成范圍窄小,形成分層缺陷的可能性增加,用透閃石作坯料時,要限制透閃石在配方中的比例。5化學(xué)組分及含量霞石正長巖的礦物主要是長石類(正長石、微斜長石、鈉長石)和霞石(Na,K)AlSiO4的固溶體。霞石以不規(guī)則的粒狀或晶體存在于巖石里,外觀呈淺灰綠色或淺褐色,有脂肪光澤。氧化鉀和氧化鈉的含量約14～19%,氧化鋁的含量也高于長石。它在1060℃左右開始熔融,在1150～1200℃范圍內(nèi)完全熔融。它幾乎不含游離石英,在高溫下能溶解石英,故其熔融后的粘度較高。用霞石正長巖作熔劑生產(chǎn)的瓷質(zhì)磚,高溫?zé)蓵r不易變形,熱穩(wěn)定性好,機(jī)械強(qiáng)度高。將霞石正長巖與適量其它熔劑如珍珠巖、滑石等混合使用,不但能擴(kuò)大其燒結(jié)范圍,而且能達(dá)到理想的熔融及降低溫度的效果。在國外,前蘇聯(lián)和美國采用霞石正長巖作為陶瓷坯體的原料。霞石正長巖的化學(xué)成分見表4。我國有豐富的霞石正長巖資源,霞石正長巖很少單獨(dú)產(chǎn)出,多與其它堿性雜巖一起構(gòu)成堿性雜巖體。主要產(chǎn)地有:吉林的樺甸,遼寧的鳳城,河南的安陽,四川的寧南、會理、南江,云南的個舊、永平,安徽的六安,河北的陽原,湖北的隨州,山西的臨縣等等。6鋰輝石在瓷質(zhì)磚中的應(yīng)用鋰輝石的化學(xué)式為LiAl(SiO3)2,鋰輝石晶體粗大,常呈長柱狀,集合體常呈板柱狀和致密塊狀,顏色為淺灰白色,常帶淺綠和黃綠等色調(diào),硬度6.5～7.0,密度3.13～3.2g/cm3。鋰輝石是一種性能超群的熔劑,其溶解石英的能力比含鉀鈉礦物強(qiáng)很多,還可以抑制石英的晶型轉(zhuǎn)變,有助于在更低的溫度下生成莫來石,從而提高坯體強(qiáng)度。用鋰輝石和鉀長石(或鈉長石)制成的坯料比只用長石的坯料吸水率低,燒成溫度降低而強(qiáng)度提高。據(jù)試驗,在坯料中加入2%的鋰輝石可降低燒成溫度30～40℃,加入鋰輝石后,瓷質(zhì)磚的熱膨脹系數(shù)降低,提高了瓷質(zhì)磚的熱穩(wěn)定性,同時增加了坯體的抗變形能力