陶瓷检测中样品前处理的原则及方法

2015-12-22章鸣张世达

佛山陶瓷 2015年7期

章鸣，张世达

（佛山市陶瓷研究所检测有限公司，佛山 528031）

1 前言

随着人们生活水平的不断提高和科学技术的不断发展，陶瓷产品的种类越来越多，其性能和用途也越来越广，陶瓷科研工作者对陶瓷检测也越来越重视。陶瓷检测使人们深入了解各种组分的性能，同时也提高了产品的生产效率及陶瓷资源的利用率。目前很多实验室配备了现代化仪器，因此，也对陶瓷产品性能的检测越来越快速和准确。但是，作为检测中的重要环节——样品的前处理，同样也需要引起大家的重视。

本文主要从地矿类样品、产品类样品两个方面详细地阐述陶瓷检测中样品前处理的原则及方法，并分析了处理方法对测试结果的影响，以期引起广大陶瓷检测工作者的重视。

2 陶瓷检测中样品处理原则及方法

陶瓷检测的种类大概包含两类：地矿类、产品类。本文就这两类样品详谈其处理方式。

2.1 地矿类样品的处理原则及方法

地矿类样品，其在陶瓷原料中占的比重比较大，组分也不均匀，因此，实验室必须将样品破碎、缩分制成具有代表性的分析试样。制备的试样必须符合各项检测所要求的粒度，保证各项组分及含量和原始样品一致。不同的矿物，不同的测试要求，应采取不同的制样方法。

样品的缩分应遵循切乔特经验公式，即Q=KD2，其中，Q 为样品最低可靠质量（kg）；D 为样品直径（mm）；K为根据岩矿特性确定的缩分系数。元素的品位变化愈大、分布愈不均匀、分析要求精度愈高，K值愈大。对于硅酸盐类地矿样品K值在0.1～0.2之间。根据上述公式对样品进行破碎缩分制备分析试样。制备过程大致分为三个阶段：粗碎、中碎和细碎。每个阶段又包括破碎、过筛、混匀和缩分四道工序。粗碎阶段，将样品全部破碎到4 mm（过5目筛），混匀、缩分后进行中碎，此阶段样品全部破碎到1 mm（18目筛），混匀、缩分后细碎制备分析试样。破碎中使用的破碎、研磨工具，原则上要避免污染样品。考虑到实际生产，可以进行调整。

陶瓷行业一般采用高铝球磨对长石类、泥沙类样品进行研磨，这样测定化学成份时，造成氧化铝含量一般都会偏高。为了避免高铝球磨引起化学成份较大的偏离，样品处理人员要严格按照规则破碎缩分样品，对球磨过程的料球水比例、时间等细节要把握好。对于石英、锆英砂、萤石等样品，则不能采用高铝研磨，应在中碎至1 mm、混匀缩分后，采用玛瑙介质研磨。对于粉末类的样品，则需要采取各种手段比如混匀机使其充分混匀。笔者曾经做过实验，球磨后未经混匀的钠长石粉，测定氧化铝含量偏差达到了1%。

对于高铝快速球磨和非铝质研磨在测试氧化铝含量方面的差异，笔者也进行了相关实验，研磨细度为200目以下，其结果参见表1。

表1 采用高铝快速球磨和非铝质研磨后原料中氧化铝含量的对比

从表1可知，氧化锆球磨工具的材质基本上只含有氧化锆和氧化钇，其研磨出的试样化学成份中会含有微量的锆和钇；然后通过高铝球磨出的试样进行化学分析排除了试样中含有锆和钇，这样通过不同研磨手段的分析和佐证，便能准确地分析样品中的化学成份。由此可以看出，不同材质的研磨手段可以较好的辅助化学分析。

需要注意的是，陶瓷原料通常要进行烧白度测试，研磨的粗细程度往往影响白度结果，例如：某球土过150目筛时，白度为63；过325目筛时，白度为70；长石类样品过325目筛的试样比过200目筛试样的玻化程度要明显。因此，如果对样品白度及细度有要求的测试，都要根据测试需求来进行研磨。

2.2 产品类样品的处理原则及方法

产品类样品大致可分为成品和半成品，其中，半成品包括釉料、坯料等。坯料类样品一般都已球磨，只要混匀即可测试。对于釉料类样品，由于其组分中含有的物质比重差别比较大，因此，在处理过程中应特别注意其均匀程度，如果样品为釉浆，为避免釉浆沉淀造成组分偏差，应将釉浆放在容器中充分搅匀取样；如果样品为釉粉，首先要了解是否经过了研磨，一般没有研磨的釉粉，外观上都不均匀，比如粉末中有的地方白色，有的地方灰色，而且粒度比较粗，可能影响化学检测，所以要通过研磨使其细化匀化；如果釉料检测熔融温度和热膨胀系数，则研磨的细度还要符合工艺生产要求。熔块类样品，首先要注意熔块中是否有外来杂质；如有的熔块会包含熔块炉的耐火材料，或者铁质杂质。符合要求的熔块要破碎到6.7 mm（3目）以下，然后混匀缩分出100 g样品，继续破碎到0.5 mm（32目）以下，混匀缩分用玛瑙研磨至0.09 mm（170目）以下做为分析试样。陶瓷成品类样品，如：瓷砖，做放射性测试时，可以用铁质工具研磨至100目以下，这样研磨会比较节约时间。

陶瓷生产中需要用到球石、耐火砖等辅助性产品。这些产品的质量水平影响着陶瓷产品的质量和企业的生产成本。球石由于硬度高、耐磨性好，可以先将球石烧到一定温度，如：1000℃；然后放入冷水骤冷，让其变脆，然后进行粉碎研磨。

耐火砖的制样原则是在耐火制品质量的薄弱部分或者使用的关键部分制取试样，制取部分要能反映出样品的性能，取样时要避开熔洞、裂纹的缺陷部分。对于标砖来讲，致密定形的耐火制品的显气孔率、耐压强度、加热永久性变化、荷重软化及压蠕变需要在制品的角上取样。轻质标砖的重烧线变化取样的尺寸为：100 mm×114 mm×64 mm或者100 mm×114 mm×76 mm，其中100 mm应在制品长度上切取；114 mm和64 mm或76 mm分别在制品宽度和厚度上切取，试样100 mm间距的两相对面必须平面切相互平行。

耐火制品测量化学分析、耐火度、真密度等需要制取粉末试样时，应在每块制品上均匀地制取相同数量的小块，去除表皮后再粉碎研磨至规定的粒度。对于已经使用过的耐火制品，例如：熔块炉中锆刚玉耐火砖，在长期使用中，熔块高温形成的玻璃液不断侵蚀耐火砖，如果采用这样的耐火砖做检测，结果会存在比较多的不确定因素。因此，制样时应和送检单位协调好，以确定样品处理方法。

陶瓷检测中有时也会遇到玻璃类样品，玻璃类的样品在测试膨胀系数时，应在试验前退火:首先将样品加热到比转变温度高30℃；然后以2℃/min的速率将样品冷却至比转变温度低大约150℃的条件下；最后将在无通风的条件下将样品进一步冷却至室温。熔块类样品最好能按照成品工艺要求进行熔制试样，比如：熔块粉可以随瓷砖一起在窑炉中烧制试样，而熔块炉中取的熔块玻璃液由于发生急冷效果，膨胀系数可能会有影响。