什么是瘠性料?

什么是瘠性料?
什么是瘠性料?

什么是瘠性料?
在建筑陶瓷产品中,瘠性原料发挥着很重要的作用,它们的加入有助于降低坯体干燥收缩和变形,加快半成品干燥速度,减少制品开裂.对于优化与改良产品性能,提高制品内在质量乃至企业经济效益具有不可替代的用途.目前,国际市场新产品开发高潮涌动,对于建陶新产品工艺配方的研究工作也越来越加大力度.若是进行细心观察,可发现许多工作的重点放在对瘠性原料的研究与改进方面.本文拟就建陶产品中的瘠性原料作些讨论.
一、石英
多年来,石英一直作为传统的瘠性原料广泛用于各种陶瓷制品的配方中而令人关注.石英是自然界分布很广泛的矿物,其主要成分是SiO2.另有少量其它杂质,需要在使用中给以注意,尤其是用于高档陶瓷产品原料时.
（一）石英原料的分类
一般常用的石英原料,在自然界中的矿物有脉石英,石英岩,石英砂岩,硅砂等四种,地质储量非常丰富.自古以来一直是陶瓷原料中最主要的原料成分,人们在生产工艺中对石英的使用方法积累了许多宝贵经验.
（1）脉石英：脉石英是火成岩,含SiO2 98～99％以上,杂质很少,主要杂质含量范围Fe2O3 0.0～0.4％、CaO 0.1－0.7％.硬度很高,具有平坦或是鳞片状的断口.
（2）石英岩：是变质岩,是砂砾被硅氧胶结起来,经过地质变化形成的.含SiO2,常在95～99％的范围内.主要杂质含量范围Al2O3 1％左右,Fe2O3 0.2～2.0％,CaO 0.1～1.5％,是比较纯的硅质原料.
（3）石英砂岩：砂岩是水成岩它是颗粒大小不同的砂子,由碳化物,粘土或硅氧胶结在一起形成的,含SiO2 75～98％（含杂质低的一般为90～98％左右）.主要杂质Al2O3 0.5～17.0％,Fe2O3 0.1～2.0％,其余杂质视粘结物质种类而定,如胶结剂物是碳化物或粘土,则其成分比较复杂,如果是硅氧则成分就比较纯.
（4）硅砂：视产地不同可分为山砂、河砂、海砂、系由花岗岩、伟晶岩等酸性岩石风化而成.一般含SiO2 89～99％（含杂质低的一般在95％左右）,主要杂质有Al2O3 1～6％、Fe2O3 0.3～0.5％（有的更高）、CaO 0.0～0.4％,R2O 0～4％.
（二）石英原料的一般性质
（1）比重：不同结晶形态的石英有不同的比重,如：石英比重为2.533、鳞石英比重为2.242、方石英比重为2.28.
（2）耐火度：石英原料的耐火度往往由其杂质的含量而决定,如纯洁的脉石英其耐火度高达1750－1770℃熔化,但当杂质含量达到3～5％时在1690～1710℃即行熔化.当它们其中含有5.5％Al2O3时,其熔融温度则会降低至1545℃.
（3）石英的多晶转变：石英在煅烧过程中会发生多次晶型转变,其体积会发生很大的变化,因此生产上必须加以控制.
在形态转变的同时,体积发生变化.一般说来,温度升高时,二氧化硅比重变小,结构松散,体积膨胀；冷却时,它的比重增大,体积收缩.
晶型转化时的体积变化能形成相当大的应力,这种应力往往是陶瓷产品开裂的原因.再拟定陶瓷产品烧成制度时,往往在石英晶型转化的温度范围内采取慢速升温,以避免产品发生过大的体积变化以至开裂.
在原料加工过程中,有时也利用石英晶型转变时发生体积变化的特点将石英预烧,然后剧冷,使结构变松便于破碎.
制品烧成后冷却过程,由于坯体中残余的石英颗粒的晶型转化,在低温阶段要慢冷,否则易导致制品炸裂.对于厚的制品及高SiO2含量配方更应注意.
（三）石英在建陶产品中的作用
（1）石英在瓷砖中是重要的瘠性原料,它的引入可以减低制品坯体的干燥收缩率与变形缺陷有助于加速干燥过程,节约工艺流程时间.
（2）石英在高温时发生多晶型转化并产生体积膨胀,可以部分减少坯体烧成时产生的收缩,减弱由于烧成收缩过大而造成的应力,从而改善制品烧成性能.
（3）石英在烧成的过程中,一部分溶解于长石玻璃液中,可以提高玻璃液的粘度,多余的石英则构成坯体的骨架.这样不仅使坯体具有了在高温下抵抗变形的能力,而且能增加产品的实物强度.
二、作为瘠性原料的熟料
熟料系将部分天然矿物原料预先进行高温煅烧,使其减少收缩,增加强度,部分改变其物理化学性能,改善与提高工艺性能.如高岭土系列原料经过高温煅烧可以生成莫来石晶体、滑石类原料煅烧可形成堇青石晶体物质.部分粘土原料煅烧成熟料后由于过多的有机杂质在烧成过程中排除出大量气体,消除了隐患,从而有效保证了加快新型低温快烧烧成工艺的速率,对于提高产品质量与烧成高效率具有重要的意义.粘土原料加工成熟料后,其内部和含有的结晶水与有机物得到排除从而失去可塑性并发生了体积收缩,在进行配方计算时,其化学组成相当于从原始组成中除去灼烧减量.
现在许多建陶企业采取将烧成后的瓷砖废品磨碎后,再按一定的比例加入坯料内,同样可以取得瘠化作用.这种方法既不影响制品的化学组成,又是一种经济合理的方法.不过其添加量应以各企业工艺流程具体情况而定,必须考虑到废坯加入的比例及坯料对可塑性的要求.在生产彩釉瓷砖的企业废品上的釉料由于液相特殊的化学成分会导致坯体烧结性能不稳定,故需在配料时予以注意,目前瓷砖配料中素烧废坯引入量可控制在5％－15％之间的范围.总之,瘠性原料在瓷砖生产工艺中占有很重要的位置,不可不予重视.
三、国外熟料研究状况
目前欧洲及日本一些建陶企业出于环境保护及节约地球优质原料的目的,已经把地质劣质原料的充分开发利用及城市垃圾、建筑废弃物的综合利用纳入陶瓷制品生产领域,其中许多劣质原料与废弃物经过高温煅烧,将有机物与有害杂质排除后成为可以使用的熟料,再作为瘠料加入到坯料配方中.目前随着高温快速烧成工艺科技含量的不断提高,烧成温度大幅度降低,因之可选用的瘠性原料范围有扩大的趋势.发达国家正是在此背景下加快了新型瘠性原料的开发利用的步伐,并且取得较大的效果.这在许多方面为我们提供了可资参考的范例.