科学利用地方原料生产高品质陶瓷＊

廖咏康

（四川白塔新联兴陶瓷集团有限责任公司 四川 威远 642450）

前言

作为对资源高度依赖、高能耗、高排放的建筑陶瓷行业，必须要践行科学发展观，转变行业的发展方式，最大限度地减少对天然不可再生资源的依赖，降低单位产品能耗，减少污染物的排放量，在新的形势下建筑陶瓷行业才有可持续发展的机会。

随着我国的改革开放的不断深入，从20世纪90年代开始建筑陶瓷砖产量多年来一直位居世界第一，远高于世界其他国家的产量；到2012年产量达到90亿m2以上。另外，我国陶瓷工业的能源利用率与发达国家相比差距较大，发达国家的能源利用率一般达50%以上，美国高达57%，而我国仅为28%～35%。我国“十二·五”规划纲要提出，到2020年，单位国内生产总值能耗降低40%。陶瓷行业要实现这一目标，既要采用提升产业技术水平和资源循环利用的加法法则，也要充分利用减法法则，限制和减少那些低附加值，低质量，低价格，高能耗，高污染的产品，做好陶瓷行业的减法。陶瓷行业要可持续发展，我们每个陶瓷人必须把践行科学发展观作为责任和使命。

随着社会的发展和进步，需要大量陶瓷砖作为装饰材料，随着陶瓷砖的生产规模的扩大，对各种矿物资源开采的速度越来越快、开采难度越来越大。陶瓷生产所需的矿物原料多属于不可再生资源，总有一天会枯竭。现在绝大部分的陶瓷砖，无论是有釉还是无釉陶瓷砖都使用白色坯体，特别是有釉陶瓷砖，需要表面釉面层的装饰效果，但坯体只是一个载体，只要能满足产品需要的强度和平整度，以及热稳定性，对坯体的颜色或原材料，没有特殊要求或标准限定。因此，有釉装饰砖一定要使用白色坯体吗？白色坯体，众所周知，一定要使用较高品位的天然钾、钠长石、高岭土、铁质含量很低的石英、粘土等天然矿物资源。优质的钾钠长石、高岭土、粘土等天然资源，随着这些年陶瓷业的快速扩张，无序开采，其储量在急剧减少，开采难度越来越大。开采原料对生态环境的破坏，已成为制约陶瓷行业发展的关键因素之一。

原料的色泽、白度越好的其储量也越少，价格也自然越高；原料在不同的温度和气氛下所呈现的颜色大不相同。陶瓷原料烧成温度越高色泽越白，根据不同的窑炉，不同的产品，白色坯体的烧成温度一般应在1180～1230℃。白色坯体的陶瓷砖不仅浪费了大量的不可再生资源和能源，并且加大了污染物的排放量。陶瓷砖原本是作为建筑物装饰品出现的，因为要各种自然条件所以必须要有一定的强度以及热稳定性能，我们能否在保证砖强度、热稳定性等物理和化学性能的基础上，采用其它原料来制作陶瓷砖坯体呢？

基于以上的思想和观念，为了更好地贯彻落实国家宏观经济发展政策，促进陶瓷行业可持续发展，本公司于2008年12月正式成立紫砂陶瓷技术研究项目组，展开了紫砂陶瓷生产技术的研究与开发。首先对原来红坯砖生产的资料和数据进行收据整理、研究了大量文献资料，特别是意大利、西班牙红坯砖的测试和分析，通过大量的小试、中试，经历无数次的失败，克服了地方原料变化大、有机物含量多，极易鼓包的缺陷，终于在2012年6月试制成功。一次烧成仿古砖和劈开外墙砖工艺技术，于2012年8月正式应用于工业化大生产，成功生产了规格为600mm×600mm高档紫砂仿古砖，其产品强度优于其它同类产品，破坏强度（S）达到1721.5N（国标1100），断裂模数（R）到达34.9MPa（国标30）。规格为45mm×145mm，45mm×195mm的劈开外墙砖，厚度为4.5～5.0mm，其产品强度优于其它同类产品，破坏强度达到546N，断裂模数到达50.5MPa，吸水率小于3%，产品其它各项物理、化学性能优于或符合GB／T 4100－2006的标准要求，放射性符合国家标准《GB 6566－2010建筑装饰材料》A类的要求，是健康环保装饰材料。产品批量投放市场后，赢得消费者的认可，取得很好的经济效益和社会效益。我公司利用地方原料生产紫砂陶质砖工艺技术的研究概况如下：

1 技术方案

1.1 总体思路

由于地方原料的诸多特性，作为陶瓷坯用原料，其坯体主要呈红色。陶瓷行业在20世纪90年代和21世纪初生产有大量红坯陶瓷产品，后来由于有陶瓷行业部分企业宣传红坯陶瓷砖是陶而不是瓷的观念，一提起红坯陶瓷，给人的印象就是低档陶瓷，这些观念逐步在广大消费中形成认同，红坯陶瓷逐步失去市场。利用地方原料生产紫砂陶瓷关键是要改变行业以前对生产红坯砖的误解。要创新思维模式，绝不能沿用以前的工艺技术和思维模式。

西班牙、意大利的红坯陶瓷为什么会得到我国和世界很多国家认同，其产品在市场上的售价比我们国内同类产品价格高几倍或十几倍呢？我们为什么不能做出世界一流的不是白坯的陶瓷呢？我们在原红坯陶瓷的基础上进行颠覆性的创新，引入钒钛工业废渣和高岭砂，将坯体的色泽和强度进行改良和优化，使之具有比白色坯体更优异的物理性能，破坏强度更高；烧成温度控制在1150℃以下，烧成周期不超出40min，产品的吸水率控制在3%以内。

1.2 具体技术方案

坯体颜色的构成取决于坯体原料中铁、钛等氧化物的含量，其在原料中的含量越高，焙烧后坯体呈现的颜色就越深。

根据中国建筑材料科学研究院曾经对国内红土的研究、实验结果表明：以紫砂、红粘土为主要原料配制的坯体，在氧化气氛下900℃、1150℃、1200℃温度阶段，通过X射线衍射图说明，氧化铁并没有参与反应，没有生成新物质，而是作为晶体物质起着骨架和着色剂的作用。也就是说在氧化气氛下，该温度范围内烧成，原料含氧化铁的多少与烧成温度无关，它仅表现为烧成的呈色状况。但在还原气氛下烧成情况就不同了，三价氧化铁在还原气氛下1000～1100℃时就能被还原成二价氧化亚铁，而氧化亚铁的助熔作用与氧化镁是几乎等同的，会明显降低烧成温度。

我国只有紫砂陶器有国家标准，2008版的（GB／T 10816－2008）《紫砂陶器》就有关于什么是紫砂陶器的权威定义：“质地细腻、含铁量较高的特种粘土制成的，呈色以赤褐为主，质地较坚硬而透气性能好”，但对紫砂砖没有特别定义。

按通常的分类，一般将紫砂列入陶瓷类，但确切地说来，紫砂既不属于瓷也不属于陶，无论是其物理性能还是材质的特点以及烧成温度，它都有别于陶瓷，应该属于炻瓷类，吸水率在0.5%～3.0%。

紫砂的定义应该是：用含铁粘土质粉砂岩为主要原料制成的制品内外一般不施釉色，素心素面，胎质坚实细腻，呈现沙土特有的色泽及纹理，经高温烧制后尚具有一定的气孔率和吸水率（在0.5%～3.0%）。质地坚细、色泽沉静、制作精美，根据调配方及烧成温度气氛的变化，制品可以呈天青、栗色、暗肝、梨皮、米黄、朱砂紫、海棠红、青灰、墨绿等色。

主要利用本地企业川威钢铁公司的钒钛工业废渣和本地一种含铁量较高的高岭砂、白泥、抛光回收料等为主要原料。为了解决在生产过程中不鼓包、且烧成温度不高于1150℃、坯体吸水率控制在0.5%～3.0%、坯体最终呈色为朱砂紫颜色等问题，在坯体配方设计上就必须要使坯体配方中的铝含量和铁含量、烧失量控制在一定范围内，才能解决产品经高温烧成后产品的强度和平整度问题，坯体色泽以烧制成朱砂紫色为最佳。

紫砂陶瓷生产工艺流程：原料入厂验收→均化→配料→制浆→制粉→压制成形（外墙劈开）→干燥→底釉（淋釉外墙用喷釉）→面釉（淋釉外墙用喷釉）→印花（外墙砖无）→干燥→烧成→切边（外墙砖无）→检选→包装。

紫砂陶瓷的制备方法，主要包括以下步骤：

1）称取原料按（质量百分比%）：钒钛工业废渣10～19，本地高岭砂24～29，本地粘土2～7，铝矿1～5，本地白泥26～31，页岩5～10，地砖回收泥4～9，抛光回收泥6～11，废坯3～7。

2）按照A中的比例称好原料，并按照料∶球∶水＝1∶2∶0.5的比例进行球磨混合原料，球磨到一定细度，过250目筛，筛余量为2.0%～2.5%。

3）将B所制成的泥浆在喷雾干燥塔中喷成一定颗粒级配的粉料。

4）将C所制成粉料经过一定时间的陈腐在一定压力下压制成砖坯。

5）按干燥温度曲线进行干燥。

6）按工业要求施釉。

7）根据市场需求选择花型印花等。

8）按烧成温度曲线进行烧成。

9）切边加工。

10）检选包装入库。

工艺过程主要技术参数：

底釉容重：1.74～1.78g／cm3，其施釉量为180～200g；

面釉容重：1.74～1.78g／cm3，其施釉量为210～230g；

干燥温度：200℃，干燥后坯体含水量控制在0.5%～1.0%；

国家标准温度：65～70℃；

砖坯经施釉后入窑水分控制在1.5%以下；

烧成温度：1120～1150℃；

烧成周期：35～45min左右，氧化气氛烧制。

紫砂陶瓷坯体配方化学组成如表1所示。

表1 紫砂陶瓷坯体配方的化学组成（质量%）

1.3 研制过程

规格为600mm×600mm仿古砖小试对比情况见表2。

表2 不同配方的仿古砖试验结果

通过小试我们可以看出，配方6没有鼓包现象且平整度是最好的，破坏强度也良好。配方6的全分析如表3所示。

表3 配方6的全分析（质量%）

1.4 紫砂陶瓷与白坯陶瓷物理检测数据（见表4、表5）

表4 紫砂陶瓷与白坯陶瓷物理检测结果（规格600mm×600mm）

表5 紫砂陶瓷与白坯陶瓷物理检测结果 规格45mm×145mm

1.5 实际生产过程中产品单位能耗对比

产品规格为600mm×600mm，厚度为9.5～10.0mm；产品规格为45mm×145mm，厚度为4.5～5.0mm（见表6）

表62 种规格产品的单位能耗比较

从表6可以看出，生产相同吸水率、厚度、规格的紫砂陶瓷砖坯比白坯砖综合能耗下降幅度为24%～26%。

2 对社会和行业可持续发展的推动作用

由于生产紫砂陶瓷可以节约大量的不可再生资源（钾、钠长石、优质黑泥等），产品单位能耗与白坯陶瓷相比可下降24%～26%，有助于各种资源的可持续利用。紫砂陶瓷的原材料主要以工业废渣和本地储量丰富的高岭砂、粘土为主，其球磨时间，烧结温度和烧成周期都有一定程度的降低和缩短，可使污水排放，废气排放，能源和原料消耗，人力资源等都得到极大的节约。全国许多地方生产紫砂陶制砖的原料基本可以本土化，单位产品的能耗可大幅度降低，给国家和企业带来更多的经济利益和税收，所以紫砂陶质砖的推广，将有助于陶瓷行业可持续发展，随着其推广应用的扩大，将会给企业带来可观的经济效益，同时节约大量的资源、能源，降低排放等社会效益也能充分体现出来。

3 形成共识大量推广

从我们公司近3年来利用地方原料生产富贵紫砂陶瓷砖的情况表明，在有釉砖的生产上，紫砂陶瓷砖无论从产品物理性能还是化学性能，都不比白坯陶瓷逊色，富贵紫砂陶瓷产品市场上的销售单价在原来白坯砖的基础上提高了40%以上，但是目前对紫砂陶瓷的认识还不够。

为了陶瓷行业的可持续发展，希望陶瓷行业的同仁、消费者一起正面宣传，正确引导消费者理性消费。尽早、尽快大面积利用地方原料生产陶瓷砖，从外观设计、釉面处理、品牌文化上提升产品档次，从技术创新和企业精细管理上展开正面有序地竞争。促进陶瓷行业可持续健康发展，提高经济效益，增强国际竞争力。