镁质粘土解胶实验研究＊

胡 飞 熊 伟

（1 国家日用及建筑陶瓷工程技术研究中心 江西 景德镇 333403）

（2 景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院 江西 景德镇 333403）

（3 景德镇陶瓷学院工商管理学院 江西 景德镇 333403）

前言

含镁粘土是一种天然矿物原料，因其MgO质量分数高达20%左右，又具有良好的粘结性、可塑性、吸附性等粘土特性［1～2］，又称之为镁质粘土、白土［3］。滑石是一种含水层状硅酸镁矿物，属单斜晶系，呈片状或粒状。化学式为3MgO·4SiO2·H2O。理论化学组成（质量%）为 MgO 31.9、SiO263.4、H2O 4.7。常与透闪石（2CaO·8SiO2·5MgO·H2O）、绿泥石（9MgO·3Al2O3·5SiO2·8H2O）、蛇纹石（3MgO·2SiO2·2H2O）、白云石等矿物共生。江西境内含镁粘土资源丰富，由滑石粘土烧制的釉面砖技术成熟，用滑石粘土和一定量的高岭土及其他原料制作釉面砖，能较好地和一般乳浊釉相匹配，坯体具有较宽的烧成范围，制品白度高、强度好、耐急冷急热性能优良，具有较好的外观和质量。

滑石原料具有以下优点：①硬度低，极易粉碎，加工效率高，坯体干燥及烧成后的收缩率接近于零；②成形性能好，厚度可以减薄，质量较轻，有利于高层建筑使用；③烧成温度低，烧成周期短，节能效果明显［4］。但是镁质泥在球磨过程中难以解胶，从而增加了泥浆含水率，建筑陶瓷行业中80%以上的能耗来自于干燥和烧成［5］。因此，泥浆中的水分含量在满足工艺要求的前提下越少越好。陶瓷工业中通常使用陶瓷减水剂，能在泥浆釉料含水率低的同时具有良好流动性和稳定性［6］。笔者通过实验加入无机减水剂、有机减水剂、聚合减水剂以及复合减水剂对镁质粘土进行解胶，并讨论减水剂的作用机理。

1 实验

称量200g物料，加入一定量的水和减水剂，球磨5～10min。选用无机减水剂（如偏硅酸钠、三聚磷酸钠）、有机减水剂（如腐植酸钠）、聚合减水剂（如pc－67、TH908、TH904、GYNL、PAAS）等。减水效果的表示方法为：

1）泥浆的流速（相对粘度）B的计算公式为：

式中：C——100ml的浆液完全从涂－4杯中流出来所用的时间；

W——100ml的水完全从涂－4杯中流出来所用的时间。

2）泥浆的触变性是以稠化度与厚化度表示，它等于泥浆在涂－4杯中静置30min后完全流出的时间与静置30s后流出的时间的比值。

3）含水率的测定。称取一定量泥浆 W1，放入烘箱中干燥，烘箱温度为105℃左右，烘干至恒重，将干燥后的泥料称重W2，其含水量的计算公式为：

4）筛余量的测定。称取一定量泥浆 W4，放入250目筛中，加水使细颗粒过筛，留在筛中的颗粒干燥后称重W5，筛余量S的计算公式为：

2 结果与讨论

2.1 黑滑石的解胶

表1为无机减水剂对黑滑石的解胶作用。从表1可以看出，没有加入减水剂的黑滑石，其流动性非常差，含水率为60%。加入三聚磷酸钠和腐植酸钠对黑滑石的解胶作用很小，偏硅酸钠可以增加黑滑石的流动性。当加入0.75g九水偏硅酸钠时，含水率达42.8%，流速为27s；当加入0.75g七水偏硅酸钠时，含水率不变，流速降至21s；当加入0.75g五水偏硅酸钠时，含水率降为33.3%，，流速为15.27s，说明五水偏硅酸钠对黑滑石有较好的解胶作用。

表1 无机减水剂对黑滑石的解胶作用

2.2 镁质泥的解胶

实验中采用建山镁质泥进行研究，建山镁质泥的成分如表2所示。其中MgO含量为22.25%，Al2O3含量较少。

针对此种泥料解胶，考察无机减水剂的解胶效果，无机减水剂的添加量是建筑陶瓷行业常规加入量，解胶结果如表3所示。

研究结果表明，加入三聚磷酸钠得到的泥浆有1／2滞留，泥浆筛余量为7.9%。偏硅酸钠对镁质泥的解胶作用较好，其解胶效果为：五水偏硅酸钠＞七水偏硅酸钠＞九水偏硅酸钠。五水偏硅酸钠的添加可以使泥浆开始流动；随着五水偏硅酸钠的加入量的逐渐增加，泥浆的流动性越好；球磨时间越长，其流动性越差。这说明镁质泥具有粘土的特性，而镁质泥的粉碎性较好，因此可以根据厂家筛余量的要求适当减少球磨时间。无机减水剂对于建山镁质泥的最佳选择是使用0.5g五水偏硅酸钠，球磨7min。

表2 建山镁质泥的成分（质量%）

表3 无机减水剂对于建山镁质泥的解胶结果

无机减水剂的解胶作用机理主要是通过钠离子对高价镁离子的置换，使离子的水化膜减少，释放多余的水分子，并且通过静电斥力效应达到减水效果。无机减水剂的离子络合作用不如有机减水剂的效果明显。因此，无机减水剂对于层间片状结构且含大量高价阳离子的镁质泥的解胶效果并不突出，实验中采用有机减水剂、聚合减水剂以及表面活性剂进行解胶实验，结果如表4所示。

从表4可以看出，腐植酸钠对于镁质泥几乎没有解胶作用；表面活性剂十二烷基磺酸钠对镁质泥没有解胶效果，反而产生大量泡沫，不利于解胶。水处理用表面活性剂TH－908对泥浆的解胶有效果，但是解胶效果差于TH－904的，当表面活性剂TH－904添加量为0.75%时，其解胶效果接近pc－67的结果。PAAS和GYLA对镁质泥的解胶效果都不佳。pc－67对镁质泥解胶效果比无机减水剂好，能够使泥浆流速达到90s，泥浆筛余量为1.8%，泥浆的含水率达39.25%。

相比较，有机减水剂的解胶效果比无机减水剂的效果要好，这是由于镁质泥中含有较多的 Mg2＋。但是电解质对Mg2＋对镁质泥的交换量还不够，而聚合有机物可以通过空间位阻效应隔离泥土胶粒，其表面活性作用还有助于泥土胶粒表面降低能量，并与Mg2＋离子络合，可增加胶粒之间流动性。因此，对于镁质粘土的解胶，需要无机减水剂和有机减水剂配合使用。

表4 有机及聚合减水剂对镁质泥的解胶作用

续表4

复合减水剂对于镁质泥的解胶作用如表5所示。从表5可以看出，五水偏硅酸钠与腐植酸钠的复配效果较差；五水偏硅酸钠与三聚磷酸钠的复配效果较好，流速可以降至36.72s；五水偏硅酸钠与pc－67的复配效果较好，流速可以降低至26.85s；五水偏硅酸钠与TH904的复配也可以使流速降低至31.52s；而五水偏硅酸钠与GYLN的复配效果最好，可以达到19.97s。这说明，无机减水剂和聚合减水剂复配，可以同时利用无机减水剂的静电斥力作用和聚合减水剂的空间位阻和表面活性作用，以提高减水效率。但是减水剂的复配作用相当复杂，有待于进一步地了解粘土－水系统以及减水剂－胶体系统之间的作用。

表5 复合减水剂对镁质泥的解胶作用

3 结语

通过对镁质粘土进行解胶实验，对无机减水剂、有机减水剂、聚合减水剂以及复合减水剂对镁质粘土的解胶作用，了解不同减水剂对镁质粘土的解胶作用。我们发现，无机减水剂不能很好地对镁质粘土进行解胶，五水偏硅酸钠的作用较为明显；有机及聚合减水剂的解胶效果比无机减水剂要强，其中表面活性剂TH－904和聚合减水剂pc－67作用相似，可以使镁质粘土含水率减少至40%以下；复合减水剂特别是无机加聚合减水剂的复合配方效果明显，其中以0.75g五水偏硅酸钠和0.75g GYLN的复合配方最好，流速可以达到19.97s。

1 余志伟，周卸妹，王霞，等.含镁黏土抗菌材料研究.非金属矿，2003，26（2）：28～30

2 章人骏.含镁粘土在耐火材料工业应用的初步探索.地球学报，1998，19（1）：77～83

3 方邺森，顾炳伟.江西、湖南两省滑石黏土的性能及其在陶瓷工业中的应用.硅酸盐通报，1991，12（1）：33～39

4 高怀义.滑石白云母片岩和白云母斜长石片岩用做建筑陶瓷的可行性研究.建材地质，1991（3）：31～34

5 计红果，蒋冰艳.陶瓷减水剂的研究进展.广州化学，2009，3（4）：51～54

6 俞康泰.陶瓷添加剂应用技术.北京：化学工业出版社，2006