利用铬铁渣制备坯用黑色色料的研究

章文义

摘 要：以铬铁渣为主要原料，引入不同矿化剂，采用固相烧结法制备陶瓷坯用黑色色料。研究表明：铬铁渣可用于制备陶瓷坯用黑色色料，使用铬铁渣原料生产陶瓷坯用黑色色料，其控制重点是控制钾盐、偏钒和氧化锑的量。采用本实验的铬铁渣为原料，其最佳配方为：60份铁红、40份铬铁渣、0.2 份KNO3、0.2份NH4VO3、1.5份Sb2O3、0.1份NaF、0.7份MnCO3。采用鉻铁渣为主要原料制备成本可降低30%左右。铬铁渣属尾渣废料，资源化利用铬铁渣有利于改善铬铁渣对环境的污染。

关键词：铬铁渣;黑色色料;陶瓷坯体

1 前 言

随着人民生活水平提高和审美观的不断变化，以黑白为主调的简约风和黑色为主的工业风流行，使得黑色色料在瓷砖生产中用量较大。传统坯用黑色色料主要利用铁、镍、铬等金属的氧化物作为呈色剂，这些氧化物需要专门生产，普遍成本高昂，导致黑色色料成本居高不下[1-5]。铬铁渣是火法冶炼含铬铁合金时所产生的含铬废渣，主要是矿热炉法冶炼高碳铬铁时产生[6]。根据行业使用规范JC417-91，铬铁渣可适量用作水泥原料，但水泥附加值不高，因此，铬铁渣产生的经济效益有限。针对铬铁渣内含有一定量的铁、铬等成分，可用于制备陶瓷坯体用黑色色料。据调研，某厂有大量的铬铁渣库存，库存压力大，且大量的铬铁渣堆放存在污染环境的风险。针对这种情况，以该铬铁渣为原料，并辅以其它原料，通过固相反应法制备坯用黑色色料，并对色料的呈色性能进行研究。

2 实验

2.1 原料与试剂

实验所用原料和试剂如表1所示。

2.2 设备与仪器

实验所用设备和仪器如表2所示。

2.3 实验方法

以铁红和铬铁渣为主要原料，通过引入不同的矿化剂制备黑色色料样品。同时将黑色色料试样按2%的量引入陶瓷坯体中，经过1220℃电炉烧成，检测坯体的颜色值，通过与标准版对比评分的方式，选择最佳配方。

3 结果与讨论

3.1 铬铁渣成分分析

表3所示为实验用铬铁渣的化学组成。由表可知，铬铁渣的主要成分为氧化铁和氧化铬，同时含有少量的其它有色金属元素。铁、铬元素也是黑色色料主要的化学成分，因此铬铁渣是一种潜在的黑色色料原材料。

3.2 配方设计与呈色性能

根据现有生产配方，查阅相关资料文献，选取主要影响因素。实验配方的因素和水平如表4所示。按表2配制实验配方18个（见表5），按照生产同样的升温曲线在电炉制得色料样品，以正常生产使用的标准样品对比，按照色料2%加入量引入陶瓷坯体中，1220℃电炉烧成。

采用CR-10型色差仪测试试样的Lab值。表6为试样色度值表。Lab参数中，L代表明度，正a代表红色，负a代表绿色，正b代表黄色，负b代表蓝色。由表可知，所有实验试样具有正的a值和负的b值，且标准试样的Lab值分别为35.75、0.18和-1.47。同时，根据各试样与标准样的色差值并根据客户的需求情况进行评分（分值范围0 ～ 5）。从实验结果看，16#样品颜色最深（33.09、0.56、-1.66）;其次是13#样品（33.76、0.23、-1.57）、7#样品（微红，33.66、0.61、-1.46）和6#样品（34.35、0.10、-1.83）。1#样品最红，a值为1.39;8#样品最浅，a值为0.07。3#、12#、18#样品与标准版试样数值接近，其次是4#、17#、14#、15#、10#和11#样品，其中10#和11#样品的色度值接近。而 2#、5#和9#样品a值偏大，与标准试样相比微偏红。

表7为实验数据的极差分析结果。根据极差（R值）情况分析，R值越大，表明影响因素越大，R值越小，影响因素越小。由表可知，K盐加入量极差值为11最大，其影响因素最大。综合分析，根据因素水平分析（表8）确定最佳配方为：60份铁红、40份铬铁渣、0.2份KNO3、0.2份NH4VO3、1.5份Sb2O3、0.2份NaF和0.5份MnCO3。

综合考虑，矿化剂价格较高，本实验固定了铁红、铬铁渣及KNO3的量（60份铁红、40份铬铁渣和 0.2份KNO3），将矿化剂（NH4VO3、Sb2O3、NaF和MnCO3）进行进一步的定量实验。表8为实验配方的因素和水平表。按表8配制实验配方9个，如表9所示，按照生产同样的升温曲线在电炉制得色料样品，与正常生产使用的标准样品对比，按照色料2%加入量引入陶瓷坯体中，1220℃电炉烧成。

表10为试样色度值。由表可知，1#样品（34.94，0.59，-1.65）与标准样的发色程度最接近。表11为实验数据的极差分析结果。综合实验结果，根据因素水平分析（表11）确定最佳配方为：60份铁红、40份铬铁渣、0.2 份KNO3、0.2份NH4VO3、1.5份Sb2O3、0.1份NaF、0.7份MnCO3。

表12为不同原材料制备的坯用黑色色料的成本对比。由表可知，普通原料制备成本约为13300元/T，而采用铬铁渣为主要原料制备成本约为9200元/T，可降低30%左右的生产成本。同时，铬铁渣属尾渣废料，资源化利用铬铁渣有利于改善铬铁渣对环境的污染。

4 结 论

（1）铬铁渣可用于制备陶瓷坯用黑色色料，使用铬铁渣原料生产陶瓷坯用黑色色料，其控制重点是控制钾盐、偏钒和氧化锑的量。

（2）经过试验研究表明，采用本实验的铬铁渣为原料，其最佳配方为：60份铁红、40份铬铁渣、0.2 份KNO3、0.2份NH4VO3、1.5份Sb2O3、0.1份NaF、0.7份MnCO3。

（3）普通原料制备成本约为13300元/T，而采用铬铁渣为主要原料制备成本约为9200元/T，可降低30%左右的生产成本。同时，铬铁渣属尾渣废料，资源化利用铬铁渣有利于改善铬铁渣对环境的污染。

参考文献

[1] 张超武，麦杰锋. 低温含钴黑色玻璃色料的研制[J]. 陕西科技大学学报， 2005， 6： 52-55.

[2] 何代英， 李春文. 黑色陶瓷色料的生产与应用[J]. 佛山陶瓷， 2002， 4： 4-5.

[3] 刘世明， 曾令可， 税安泽， 王慧， 程小苏， 刘平安. 论黑色陶瓷色料的制备[J]. 陶瓷， 2007， 5： 32-35.

[4] 刘华锋， 王慧， 曾令可. 黑色陶瓷色料的研究现状与展望[J]. 中国陶瓷工业， 2013， 6： 32-34.

[5] 李家科， 李艳艳， 刘欣， 赵学国， 王艳香. 溶液燃烧法合成Cu-Fe-Cr系超细无钴黑色陶瓷色料[J]. 中国陶瓷， 2016， 3： 70-73.

[6] 陈宗玲， 顾幸勇， 胡克艳. 用铬铁矿制备低成本Cr-Fe-Ni-Cu系无钴黑色色料的研究[J].陶瓷学报， 2010， 6： 591-595.