铌钽矿尾砂在结晶釉中的应用研究

2011-02-06刘属兴邹国文余娆

陶瓷学报 2011年2期

刘属兴邹国文余娆

(1.景德镇陶瓷学院，江西省先进陶瓷材料重点实验室，江西景德镇333001；2.佛山鹰牌股份有限公司，广东佛山528031；3.景德镇一中分校，江西景德镇333001)

0 前言

铌钽矿尾砂是开采稀有金属铌钽产生的尾矿（尾砂），因其主要矿物成分之一为锂云母，因此常称为锂云母尾砂。如江西宜春铌钽矿，开采40多年来，已累积铌钽矿尾砂达数千万吨，这些所谓的铌钽矿尾砂堵塞河流、污染环境、破坏生态平衡，每年需耗费一定经费处理尾砂，给企业的发展带来巨大的压力。近年来，各级政府和企业对各种工业、矿业固体废物加大投入进行综合治理，因此，综合利用工业、矿业固体废物成为当前环境保护的一个重大课题。基于此并受企业委托，作者开展了铌钽矿尾砂在结晶釉中的应用研究，并成功地研制出结晶效果较佳的硅酸锌结晶釉。

1 试验

1.1 铌钽矿尾砂的研究

1.1.1 铌钽矿尾砂的化学组成

通过化学分析，铌钽矿尾砂的、化学组成见表1。

1.1.2 铌钽矿尾砂的粒度分析

铌钽矿尾砂的粒度分析见表2。

表1 铌钽矿尾砂的化学组成（w t%）Tab.1 Chemical composition of niobium-tantalum mine tailings(wt%)

表2 铌钽矿尾砂的粒度分析（%）Tab.2 Particle size analysis of niobium-tantalum mine tailings(wt%)

表3 铌钽矿尾砂的矿物组成Tab.3 Mineral composition of niobium-tantalum mine tailings(wt%)

表4 釉用原料化学组成（%）Tab.4 Chemical composition of raw materials for glaze

表5 釉料配方组成Tab.5 Glaze fomula

1.1.3 铌钽矿尾砂的矿物组成

通过透射电镜，光学体视（双目）显微镜分析，。铌钽矿尾砂矿物定量分析见表3。

1.2 釉料研制

1.2.1 釉料设计

釉用原料化学成分见表4，釉料配方组成见表5。

釉式:

1.2.2 工艺流程图

釉用原料→配料→球磨→过筛→除铁→陈腐备用

2 结果与讨论

2.1 研制结果

产品在马沸炉中烧成,烧成气氛为氧化焰,烧成温度1220～1230℃,保温30min，冷却到1130℃保温100min，再自然冷却，晶花大小为0.5～2cm。结晶釉研制结果见图1(a)和图1(b)。

2.2 讨论

（1）铌钽矿尾砂中的SiO2、Al2O3、Li2O、K2O、Na2O是主体成分，SiO2的含量为70.20%，说明含有游离石英，可作硅质原料引入到釉料配方中，这对提高制品的机械强度，化学稳定性及热稳定性有利。Al2O3的含量为16.20%，主要是以高岭石矿物形式存在，引入到结晶釉配方中，可降低配方中高岭土的用量。K2O的含量为2.10%，Na2O的含量为4.60%。主要是以钾长石、钠长石矿物形式存在，可起着良好的助熔作用。Li2O的含量为1.35%，主要以锂云母矿物形式存在。

（2）Li+的活动性比K+、Na+强，分子量比K+、Na+小，锂云母的助熔能力比钾长石、钠长石强的多。

（3）锂云母有优良的热稳定性，极小的热膨胀系数，可作为主要原料之一引入到陶瓷产品中。

图1 结晶釉研制结果Fig.1 Resultant crystal glazes

（4）锂云母在高温时熔解石英的能力比钾长石、钠长石强的多，使釉中残留石英颗粒更加细小，并促使莫来石晶体的形成，因此更能促使坯釉中间层的形成，使坯釉结合性能更好。

（5）锂云母用于釉料中，增加了釉的高温流动性、降低了釉的表面张力，有利于坯体中的气体向釉层扩散，有利于釉中的挥发性气体排出，可减少釉面针孔，并提高产品的光泽度。

（6）釉层厚度0.5mm以下，釉面无晶粒析出；釉层厚度0.5～0.8mm,釉面出现一些细小的晶粒；釉层厚度0.8～1.2mm，釉面结晶效果最佳，析出晶花0.5～2.0cm。原因是釉层过薄，高温下釉融化后，可供晶体迁移发育的液相量不足，晶花难以发育完整；釉层过厚，晶花在立体方向发展，结果使釉面显得无比粗糙无光，甚至出现生烧现象。

（7）结晶釉的形成与保温时间有很重要的关系。因为晶体在熔体中的生成、迁移、长大都需要时间。如果保温时间过短，微晶体的迁移量不够，就会使晶体无法充分发育长大，析出的晶体较小，釉面会较粗糙且光泽不够，保温时间过长，晶体的生长时间充足，晶体容易过分生长，造成堆晶现象使釉面无光。

（8）铌钽矿尾砂是一种优质的陶瓷原料，开展铌钽矿尾砂的综合利用不仅有良好的环保意义，并且有较好的社会意义和经济价值。