环保低锆超白抛光砖的研究

潘炳宇 汪庆刚 赵勇

摘 要：本文主要针对在超白抛光砖的生产过程中，使用大量的硅酸锆原料，使得硅酸锆资源日益短缺。因此，本文提出了以多种生产工艺相结合，减少硅酸锆在超白抛光砖中用量的方法，以期促进超白抛光砖生产技术的进一步成熟。

关键词：超白抛光砖；硅酸锆；原料预处理；二次布料工艺

1 引言

近年来，国内的陶瓷工业发展迅猛，且规模迅速扩大。尽管国家对楼市的调控政策对陶瓷墙地砖的生产销售造成了一定的影响，但基于人们对洁白明亮的居室环境的需求，经典高档的超白抛光砖依然存在着巨大的市场空间。当然，生产高白抛光砖，离不开硅酸锆的使用。由于陶瓷原料一般白度不高，要生产出超白的抛光砖，一般都会添加一定量的硅酸锆作为坯用增白剂。但一方面，硅酸锆资源已日益短缺，价格昂贵；另一方面，硅酸锆具有较高的放射性（一般内、外照射均为10以上）。因此，如何生产出环保低锆的超白抛光砖产品，成为了行业内一个共同的研究课题。

2 硅酸锆的应用现状

在陶瓷墙地砖行业中，硅酸锆是一种重要的原材料，其主要用于陶瓷釉料、坯料，起乳浊增白的作用，且是普锆黄、钒锆兰等陶瓷色料中的主晶相（稳定相），使用量非常大。我国每年锆英砂的开采量大约为6万吨，其中约60%～70%用来加工成硅酸锆。国产锆英砂远远不能满足我国传统陶瓷产业发展的需求，只能从世界各地（澳大利亞、印度尼西亚、越南、南非等国）进口，每年进口量高达47.5万吨。

随着锆英砂原料日趋紧缺，各国都在重视资源的保护利用。2010年，我国已经把锆列入十大稀有金属元素之一，作为战略储备和控制，使得锆英砂价格上涨。以澳大利亚锆英砂为例，1993年，澳大利亚锆英砂为200美元/t，目前已是2600美元/t，18年间，价格提升了13倍。硅酸锆的价格也由1997年的2000多元/t，上涨到高峰时期的21000元/t左右。

3 生产超白抛光砖的方法

3.1 提高陶瓷原料的白度

一般来说，生产超白抛光砖首选高白、高质的陶瓷原料，但陶瓷墙地砖行业经过了多年的发展以及开采，高白、高质的陶瓷原料已经日益短缺，且价格昂贵。以佛山地区为例，一般白度为70左右的中温砂原料的价格，已经达到了250元/t（含税），而在当今竞争激烈的市场环境下，一般600mm规格的超白抛光砖产品的价格仅为40元/m2。受限于生产成本的控制，大量的使用高白、高价原料生产超白抛光砖已经成为不可能。如何对中低品质的陶瓷原料进行优质化的处理，则是低锆超白抛光砖生产过程中的关键。

原料预处理，目的就是除去原料中铁、钛等有害杂质，提高原料的白度。受限于成本以及场地等因素的影响，高温氯化法与有机酸处理法在工业化生产中难以实现，一般可采用人工拣选结合水洗磁选的处理方法。

陶瓷原料一般分为硬质与软质原料两种，对于硬质原料（如：长石、石英等），需经过水洗、锤选，除去含铁、锰多的杂质原料；对于软质原料，一般先进行人工拣选，把含铁质多的块状和外观特征差异较大的原料，以及树枝、草根等杂物拣出，并进行翻料，使原料混合均匀。再将原料粉碎后，使用磁铁棒干法除铁两次。最后将粉碎后的原料置入搅拌池中淘洗。此时，粗颗粒原料和比重较大的含铁质矿物经过一定时间的流动，会沉积于搅拌池底。把悬浮液过筛，过滤掉木屑、杂草等杂质，然后再经磁棒除铁槽，除铁后晾干成为陶瓷水磨原料。经过预处理后的原料，根据原料的杂质含量的不同，白度可提高8～15度左右。

3.2 配方的优化

在配方设计中，首先需要合理的选择含氧化铁、二氧化钛低的陶瓷原料；长石类可选用经过精选水洗的原料。另外，适当的引入少量的滑石（3MgO4·SiO2·H2O），可有效地提高坯体的白度。因为滑石中的Mg2+不但具有乳浊增白的作用，还能与Fe2+和TiO2反应，可减弱铁、钛对产品发色的不良影响。由于坯体中粘土类原料占了20%左右，而氧化铁在粘土类原料中一般含量为1.2%～1.8%，所以超白砖坯体中的氧化铁一般由粘土类原料带入的。要提高产品的白度，必须严格控制粘土中氧化铁含量，并选用精加工的粘土。而检验粘土的白度时，不能单看粘土的烧成白度，更要看模拟产品的烧成白度，一般在70%的坯用钠长石中加入30%的粘土，混合球磨后打饼，并在窑炉中烧成，检测其白度。

3.3 生产工序的控制处理

要生产好的低锆超白砖，除了原料以及配方的优化外，生产工序的控制也极为重要。首先，在配料阶段，需对铲车料斗、喂料机，以及输送带进行清理，尽量把白料安排到同一套配料系统中。然后，在球磨阶段，需要将球磨机、浆池清洗干净。其次，在浆料处理阶段，应需要充分净化、沉淀、过滤，有条件的可对水进行磁选除铁。浆料经球磨后，先要经过120目或180目的振动筛，除去铁、锰、有机物等粗颗粒，以免影响白度。浆料过筛后仍需经过3次以上的强磁除铁，此时，要求控制好浆料的比重和流速，使得在除铁的过程中，浆料能缓慢流过除铁设备。笔者建议使用新型的强磁场自动除铁机，以加强除铁效果。

3.4 二次布料工艺的使用

通过研究发现，可采用工艺路线改进的方式降低硅酸锆在超白抛光砖中的使用量。由于陶瓷墙地砖在铺贴后，只有面料层部分使用了硅酸锆，所以采用二次布料工艺，可降低底料部分的白度，如此，即可大大的减少硅酸锆的使用量。

但采用二次布料工艺需要解决以下问题：

（1） 面料层白度的问题；

（2） 面料层、底料层烧成温度的匹配性问题；

（3） 面料层、底料层膨胀系数的匹配性问题（变形问题）；

（4） 顾客心理接受度的问题。

面料层白度的问题较易解决，由于面料层仅占整砖的三分之一左右，在超白砖配方中加入一定量的硅酸锆，即可解决白度问题。同时，由于面料层较薄，硅酸锆的用量以及产品整体的成本和放射性将能得到有效的控制。二次布料的目的就是降低硅酸锆的使用量，所以底料层一般不建议加入硅酸锆，但由于面料层在加入硅酸锆后，烧结温度有所上升，因此，在设计底料配方时，应充分考虑到温度以及膨胀系数的差别，适当减少滑石的用量或提高高温砂的配比。要解决变形的问题，一方面在配方调整时，考虑到整体的匹配性；另一方面，窑炉要根据实际情况进行砖型的调整，以及每一批粉料在喷粉前，浆料需要充分的均混，且粉料之间不能随意混搭使用，以减少粉料的波动。由于使用二次布料方式生产的超白抛光砖，存在上、下层白度不一致的情况，导致消费者会有一些顾虑，如：瓷砖是否分层；质量是否下降；是否用久了会变色等。所以生产二次布料的超白砖，技术人员需要与销售人员进行充分的沟通，传达给消费者正确、合理的信息，传递二次布料的环保、低碳的概念。

除了上述的二次布料工艺外，使用湿法二次布料工艺将能进一步提升超白抛光砖的白度，可以更加充分地降低硅酸锆的使用量。由于湿法二次布料工艺的面料层无需考虑到成形时的可塑性问题，所以含有较多铁质等杂质可进一步的降低，有效提高坯体面料层的白度。同时，由于面料层进一步的减薄（仅为整砖的5%左右），硅酸锆的使用量将得到极大的减少。但湿法二次布料工艺对于配方设计、工序控制、烧成制度的制定有着更为严格的要求，所以现今只有极少数厂家具备生产湿法二次布料超白砖的能力。但可以预见的是，未来湿法二次布料工艺将会降低硅酸锆用量，将是提高白度的极佳的解决方案。

4 结语

本文通过一系列的原料处理、配方优化、工序控制、二次布料等措施，以望在生产超白抛光砖的过程中，节省硅酸锆使用量。实践证明，生产环保低锆超白抛光砖是一个整体系统的工程，需要从原料、配方、工艺等各方面互相配合，只有控制好每个环节，方能有效的提高产品的白度，减少生产过程中硅酸锆的使用量。

参考文献

[1] 马明川.硅酸锆应用、生产工艺技术的发展及趋势[J].现代技术

陶瓷，2012，（1）：51-52.

[2] 黄芯红，黄慧宁.硅酸锆在传统陶瓷中的应用现状及发展前景

[J].佛山陶瓷，2010，（1）：4-8.

[3] 严权坤，黄南兴.提高陶瓷原料白度的工艺措施[J].佛山陶瓷，

2011，（12）：14-15.