伊利石型粘土在卫生陶瓷坯料配方中的应用*

岳邦仁　陈维尧　崔占东　张向卫　叶春南　李良滨

(1 福建科福材料有限公司　福建 永春　362600)(2福建良格厨卫有限公司　福建 永春　362600)



伊利石型粘土在卫生陶瓷坯料配方中的应用*

岳邦仁1陈维尧1崔占东2张向卫1叶春南1李良滨2

(1 福建科福材料有限公司福建 永春362600)(2福建良格厨卫有限公司福建 永春362600)

描述了介福瓷土和水洗瓷土的矿物种类、含量，物理性能和化学成分，与高岭土(水洗)各方面的情况对比。通过实验确定，以介福水洗瓷土为主，其它当地原料为辅的卫生陶瓷坯料配方的相关内容及其配方的特点。介绍了此配方在卫生陶瓷生产线投入使用的情况，尤其是新建生产线投产后在较短的时间内，各项合格率能够达到较好的水平的实例。笔者得出结论并提出建设性意见。

介福水洗瓷土伊利石粘土卫生陶瓷坯料配方

前言

自2013年7月开始，福建科福材料有限公司以介福瓷土为原料加工生产标准化原料——介福水洗瓷土(以下简称水洗瓷土)，目前已应用于十余家大型知名卫生陶瓷生产企业。2015年7月，位于福建省永春县介福乡的福建良格厨卫有限公司(以下简称良格公司)卫生陶瓷生产线建成，该生产线距离福建科福材料有限公司的水洗瓷土加工生产线仅3 km，由于运费十分低廉，因此该公司的卫生陶瓷坯料配方可以大量地使用水洗瓷土。我们经过近半年的的实验研究工作，确定了该公司坯料配方中水洗瓷土的合理用量，制定了以水洗瓷土为主，其它当地原料为辅的卫生陶瓷坯料配方。此配方在良格公司的卫生陶瓷生产线投产时投入使用，在生产全包连体坐便器时，注浆合格率、半成品合格率和烧成合格率在相当短的时间内达到了较高的水平，充分体现出配方的优越性。

1　介福瓷土和水洗瓷土的矿物结构

2015年，笔者对介福瓷土和水洗瓷土矿物结构进行了测定，所含矿物种类及含量结果如表1所示。

表1　介福瓷土和水洗瓷土的矿物种类及含量(质量%)

注：测定单位为国家建材地质工程研究院测试中心。

从表1可以看出，介福瓷土和水洗瓷土是含有伊利石、石英、高岭土和极少长石的混合型矿物。介福瓷土中含有三分之一的伊利石粘土，远高于高岭土的含量，可以称之为伊利石型瓷土；水洗瓷土中含有近一半的伊利石粘土，远高于高岭土的含量，可以称之为伊利石型粘土。

伊利石的化学式为：K0.75(Al1.75R)[Si3.5Al0.5O10](OH)2。

计算化学成分(质量%)为：SiO2：42.40～45.27，Al2O3：35.94～38.38，K2O、Na2O：11.08～11.83；H2O：4.52～10.58。

2　水洗瓷土

2.1产地及产品性能

产地：福建永春县介福乡。

运距：3 km。

粒度：D504.0～5.5 μm；<10 μm 的颗粒占71%～80%。

原料入厂水分含量：<26% 。

产品外观: 压滤后呈土块状，块径<100 mm，呈土黄色。

2.2化学成分

水洗瓷土的化学成分见表2。

表2　水洗瓷土化学成分(质量%)

从表2可以看出，水洗瓷土的化学成分与通常使用的卫生陶瓷坯料配方的化学成分几乎相同。

2.3物理性能

水洗瓷土物理性能见表3；水洗瓷土粒度(部分)分布图见图1。

表3　水洗瓷土物理性能

注：釉面砖针孔数是指该单料所制成的方砖(规格160 mm×160 mm)单面施生产用釉浆，再放入生产窑炉中烧成后，方砖釉面出现针孔的数量。

粒径(μm)微分(%)累积(%)粒径(μm)微分(%)累积(%)粒径(μm)微分(%)累积(%)0.202.896.5131.3641.840100.000.24003.506.5337.8945.000100.000.29004.2410.4248.3150.640100.000.35005.009.3357.6361.280100.000.43006.2110.5168.1574.170100.000.52007.515.8874.0389.760100.000.630.210.219.092.3876.41100.000100.000.760.770.9810.001.1677.57108.630100.00

图1水洗瓷土粒度(部分)分布图

3　坯体配方中的其他原料

按照在质量合格前提下就近取材的原则，经过筛选，确定了以下坯体配方中使用的的其他原料。

3.1原料、产地及性能(见表4)

表4　其他原料产地、运距(到所述使用地点)及性能等参数

3.2化学成分(见表5)

表5　其他原料的化学成分(质量%)

3.3物理性能(见表6)

表6　其他原料的物理性能

4　水洗瓷土与高岭土(水洗)的对比

水洗瓷土与高岭土(水洗)的对比情况见表7。

表7　水洗瓷土与高岭土(水洗)的对比情况

从表7可以看出，水洗瓷土与高岭土(水洗)相比，具有以下优点：

1)粒度小；

2)干燥抗折强度高；

3)易解胶，尤其是水洗瓷土的矿物成分中不含蒙脱石，这就为其在配方中的大量使用创造了条件；

4)出裂时间长，可塑性好，在注浆、修整工序不易开裂；

5)干燥收缩小，这在粘土类原料中是很突出的，可使坯体干燥阶段不易开裂；

6)烧失小，烧成收缩小，在烧成阶段不易开裂和发生变形；

7) 含有一定量的氧化钾，在配方中可以少加入一部分钾长石。

水洗瓷土与高岭土(水洗)相比，其缺点为：

1)吃浆厚度小于高岭土(水洗)，只达到一般水平；

2)氧化铁含量较高;

3)氧化铝含量不如高岭土(水洗),相当或略高于通常的坯料配方中氧化铝的含量。

5　坯料配方

5.1水洗瓷土用量的确定

在坯料配方实验中，水洗瓷土的用量从10%开始，以依次5%的幅度增加，增加其用量，直至加入量达到85%，测定配方的各项指标。经确定，水洗瓷土的用量在40%～50%时，配方的各项指标最佳。

在此范围内，进一步以更小的变化幅度调整其用量，同时调整其他原料的用量。若要调整配方中氧化铝的含量，应提高泥浆的悬浮性能；若要调整泥浆的吃浆性能，需加入一定量的高岭土(水洗)；若要提高坯体的干燥抗折强度时，要加入一定量的球土；若要调整配方中氧化钾的含量，应加入一定量的钾长石，一定量的叶腊石和绢云母使得它们在配方中发挥各自的长处；若要调整配方的烧成温度，应加入少量的白云石。通过反复的实验与调整，最终确定了此坯料配方。

5.2配方的化学成分(见表8)

表8　坯料配方的化学成分(质量%)

5.3泥浆性状

表9　泥浆性状

用此配方磨制成的泥浆其性状见表9。

5.4配方特点

1)按此配方中水洗瓷土的加入量和水洗瓷土中伊利石的含量计算，配方中的伊利石约占20%，它是以微细颗粒状态存在的，其在泥浆成形、坯体干燥、烧成过程中表现出其优良特性。

2)由于水洗瓷土具有出裂时间长、可塑性好、干燥收缩小、干燥抗折强度较高的特性，在注浆、修整工序，坯体干燥阶段不易开裂。

3)配方中水洗瓷土加入量约占一半，水洗瓷土的化学成分尤其是SiO2、Al2O3、K2O和烧失量与坯料配方中的几乎一样，这就增加了产品在烧成阶段的稳定性，减少了烧成缺陷的产生。

4)由于配方中加入大量水洗瓷土，可以大幅减少其他粘土(如水洗高岭土、子木节、球土)的加入量，这些粘土烧失量大，烧成收缩大。因此降低了产品在烧成阶段的烧失量和烧成收缩，同时也增加了产品在烧成阶段的稳定性，减少了烧成缺陷的产生。

5)一般配方中主要依靠加入钾长石来提供配方中K2O的需要量。由于水洗瓷土含有相当数量的K2O，配方中有近一半的K2O来自于水洗瓷土，这样可显著减少钾长石的加入量。由于水洗瓷土的粒度要小于经过球磨机磨制的钾长石的粒度，前者在烧成阶段的熔剂效果要强于后者，因此烧成性能更加稳定，还可降低烧成温度。

6)由于配方中水洗瓷土用量的比例大，因此在生产中要注意保持水洗瓷土质量、性能的稳定。

7)由于水洗瓷土的细度已经达到了通常泥浆的细度要求，可以考虑水洗瓷土二次入磨或不再入磨的泥浆制备工艺。

6　生产应用

实验所用釉为通常的白色(硅酸锆)乳浊釉。经上述实验确定的坯料配方，在良格公司的卫生陶瓷生产线建成投产时投入使用。

6.1产品特征

生产的产品为全包连体坐便器(见图2)。坯体干燥质量：40.8 kg；成品质量：38.5 kg；成品尺寸：690 mm×395 mm×730 mm。

6.2生产工艺

1)泥浆加工。按照传统球磨加工工艺：先将原料按比例称取，装入10 t球磨机球磨，球磨后，再放浆，经过筛2次，除铁2次，陈腐，调整好泥浆性能，送至成形工序使用。

图2　全包连体坐便器

2)成形方法。成形工艺采用立交线一次成形设备。每天工作一班，每班工作8 h，注浆1次。

3)坯体干燥。半成品干燥采用天燃气热风干燥室干燥，智能自动控制，干燥最高温度为83 ℃，干燥周期为20 h。

4)施釉。采用流水线施釉，人工喷釉。

5)烧成。采用隧道窑烧成，烧成温度为1 171～1 175 ℃(热电偶温度)，测温环温度为1 220～1 227 ℃。烧成时间为20 h。

6)质量检验标准。按照国家标准《卫生陶瓷》GB 6952-2005进行检验。

隧道窑烧成曲线见图3。

6.3合格率情况

良格公司的卫生陶瓷新建生产线使用了此坯料配方生产全包连体坐便器，生产产品情况如下：

1)投产1个月后，注浆合格率为93%，半成品合格率为95%，烧成合格率为84%；

图3　隧道窑烧成曲线

2)投产2个月后，注浆合格率为95%，半成品合格率为96%，烧成合格率为89%；

3)投产3个月后，注浆合格率为96%，半成品合格率为96%，烧成合格率为91%。

投产3个月后的主要半成品缺陷发生率见表10；主要烧成品缺陷发生率见表11。

表10　主要半成品缺陷率(%)

表11　主要烧成品缺陷率(%)

新建生产线在投产后较短的时间内，合格率能够达到这么高的水平应该说此配方起到了很大的作用，今后的合格率还会向更高的水平攀升。

6.4生产现场评价

此配方在使用中，来自生产现场的评价：

1)此配方的泥浆流动性能好，浆料放磨、精制时，易操作。

2)泥浆性能稳定，成形使用不易出裂。

3)半成品强度高，搬运时不易发生破损。

4)烧成所需温度较低，能达到节能降耗的效果；烧成过程中，产品开裂少，变形小，没有风惊缺陷产生。

7　结论

1)介福水洗瓷土中含约50%的伊利石粘土，因此可称为伊利石型粘土。在卫生陶瓷坯料配方中使用此水洗瓷土主要是利用其所含的伊利石粘土的性能。

2)当水洗瓷土在卫生陶瓷坯料配方中的加入量在40%～50%时，配方的各项指标最佳，在生产全包连体坐便器时，其注浆合格率、半成品合格率、烧成合格率可以达到较高的水平。同时，要注意保证水洗瓷土质量、性能的稳定性。

3)配方的水洗瓷土的加入量在10%～20%时，可以明显改善其性能。

4)在介福水洗瓷土的生产地点，如果以水洗瓷土为配方的主要原料，配方中的其他原料选用当地原料，经球磨机磨制，两者均匀混合后再压滤脱水，这样的成品泥在质量、加工成本等方面将具有一定的竞争力。

5)鉴于伊利石粘土在卫生陶瓷坯料配方中表现出的优良特性，应当重视含有伊利石粘土的原料(矿物)的应用，随着应用的扩大和深入，将会进一步加深对其认识；应当重视对伊利石型粘土的原料(矿物)的开发与加工，为扩大和深入地应用创造条件；应当更加重视寻找和发现含有伊利石粘土的矿物资源，以利于行业的长远发展。

岳邦仁(1945-)，本科，教授；主要从事卫生陶瓷技术的研究管理工作。

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1002-2872(2016)02-0034-06