华宁县陶瓷原料的成分分析

李琛，杨猛，伍贤学，李锐扬，张全，张济祥，胡栋宝，曾艳萍

摘 要：本文对华宁县陶瓷生产使用的部分陶土、陶坯和釉料的化学成分进行分析，并与省内外的同类原料进行对比，通过红外光谱谱图对比初步实现对原料的区分，同时采用超景深显微镜对陶土和陶坯原料进行形貌表征和分析，期望为其他陶瓷材料的分析提供一定的理论依据。

关键词：陶土；陶坯；釉料；红外光谱；形貌表征

1引言

云南玉溪市华宁县地处滇中，有“陶乡”的盛名美誉，华宁陶又称“宁州陶”，享有华夏古陶“活化石”的美称。传统云南华宁陶造型粗犷、纹饰简朴生动，开片精美，器质细腻，釉色斑斓、质地饱满。因其悠久的历史起源、独特的艺术魅力，越来越受到人们的关注和喜爱[1]。

陶瓷产业的物质基础是陶土原料，其性质主要取决于地质分布，岩石类型一般为粉砂质-砂质泥岩，成矿类型是沉积型。陶土原料中，原矿料外观主要由Fe2O3、TiO2等着色成分及有机质的含量高低决定，一般呈灰白、土灰、浅黄、土黄、红色等色调[2]，如图1所示。值得注意的是，陶土原料具有非均质特性，即使在同一陶土矿体中，往往储藏着多种具有不同外观特征和组成的陶土原料。

2 华宁陶土化学成分分析

华宁县有丰富的陶土资源，目前探明储量7000万吨，分布于碗窑村之南，县城之北的山腰上。华宁陶土主要有白浆土和泥浆土两种，陶土刚挖出来时为深灰色泥块，颇富胶性，干透后成青白色（图2）。

由表1可以看出，华宁陶土的主要成分為SiO2和Al2O3，与其他陶土原料相同。但是，华宁陶土的Fe2O3、MgO和K2O的含量要明显高于其他陶土。TiO2是陶土中较为珍贵的成分，该成分越多，则陶土的性能越好[3]。三种华宁陶土的TiO2含量高于江西陶土和建水泥，表明华宁县拥有优质的陶土资源。华宁陶土具备生坯强度高、干燥收缩小、可塑性能强、透气性能好等工艺优点。在烧成过程中，不论是正常烧成温度的上限或下限，陶器表皮层都能烧结，且制品内壁能形成气孔但不渗漏。

3 华宁陶土的红外光谱

目前华宁县在册制陶企业共74户，实现年产值200万以上的仅有30户，无规上企业，多以家庭小作坊和家族产业形式存在，由于受生产规模和成本的限制，配料过程主要是凭借经验，导致不确定性，甚至同款产品都存在较大差异，品质无法保证，因此发展一种经济、高效的陶土原料品质鉴别方法对推动华宁县陶瓷产业的发展具有重要的现实意义。

相较于其他大型检测仪器，红外光谱具有直接、快速、无损、操作简单等优点，性价比高。因此，如果能利用红外光谱实现陶土原料的定性、定量分析，将极大降低陶土化学成分的检测成本。为了验证方法的可行性，本文对华宁陶土、陶坯及釉料的红外光谱进行了初步探讨。

3.1 华宁陶土、陶坯及釉料的外观

2022年11月初，从华宁沁心陶艺和古月陶艺共采集陶土原料2份（古月2）、陶坯原料3份（沁心2古月1）及釉料2份（沁心2），外观如图3所示，晾干、粉碎后取原样测试ATR-FTIR谱，对谱图进行标准化处理并分析。

3.2 华宁陶土、陶坯及釉料的红外光谱分析

3.2.1 华宁陶土的红外光谱分析

两份华宁陶土样品的红外光谱如图4所示。可以看出，二者光谱整体相似度较高，在3698、3622、1164、1025、999、911、796、778、693、527cm-1等处具有共同的特征峰。主要差异为：2号粗陶土在3698、3622、911、527cm-1等处特征峰相对较强，其余峰相对较弱。由此推测出两种陶土原料的化学组成相似，但是各组成成分的比例稍有不同。若能进一步研究揭示各特征峰的组分归属，则有望通过红外光谱快速评估陶土原料的化学组成特点，为泥坯的调配提供指导。

3.2.2 华宁陶坯的红外光谱分析

如图5所示，三种华宁陶坯样品的红外光谱图也具有相似的光谱特征，在3697、3622、1164、995、910、796、778、692、524 cm-1等处具有共同的特征峰，与陶土相似，推测出陶坯和陶土的化学成分无明显差别。仔细对比可见，3号陶坯样品在3697、3622、910、524 cm-1等处的特征峰相对较强，其余峰相对较弱，而4号和7号的谱图特征非常接近。由此推测出，4号和7号样品可能源于同一陶土泥料采集点，而3号和4号样品存在一定的组分比例差异。综上所述，红外光谱技术可以用于陶坯原料的特征识别与配方调控。

3.2.3 华宁釉料的红外光谱分析

图6为华宁县两种釉料和一种陶土的红外光谱图。据图8可见，5号样品具有1443、648、583 cm-1等独有特征峰，同时3969、3619cm-1较弱，表明其具有不同于2号和6号样品的化学成分。数据库检索结果显示，5号样品与伊利石（一种硅酸盐矿物）的相似度超过80%，而6号样品则与蒙脱石（一种铝硅酸盐）匹配度更高。此外，6号釉料光谱特征与2号陶土相似度较高，推测6号釉料可能是在华宁陶土中加入适量着色成分简单调制。

3.2.4 华宁陶土、陶坯及釉料的红外光谱相似度评价

混合物红外光谱是其全部组成成分红外光谱的非线性组合，可以完整反映整个样品的化学组成信息。以3号陶坯样品为参照光谱，对其他陶土、陶坯及釉料进行了1800～600 cm-1范围的光谱相似度评价，可以评估陶土、陶坯及釉料之间的关联性，也可比较不同来源样品之间的异同，为快速评估不同样品之间的异同提供参考。相似度评价结果见表2。

4 华宁陶土的形貌表征和分析

通过超景深显微镜对华宁陶土和陶坯原料的形貌进行表征，结果如图7所示。可以看出，陶土和陶坯原料中存在大量的结晶态物质，其中掺杂着一些杂质。结晶态物质主要为高岭石类、蒙脱石类和伊利石类三种，晶体以两种基本构造单元为主，一种是硅氧四面体与硅氧四面体晶片，另一种是铝氧八面体与铝氧八面体晶片。还可以看出，不论是陶土还是陶坯原料，粗料相较于细料都含有更多的杂质；陶坯原料从粗料（4号）到细料（3号），其粘合致密程度也明显增加。

5 结论

由于成矿环境与条件的复杂性，不同矿源的陶土原料差异较大，在应用于陶瓷产品前，需要进行化学成分、矿物相组成、可塑性、结合性等检测，往往涉及一些高端、大型的仪器设备，检测成本较高，对于华宁县陶瓷产业中占绝大多数的无规上企业是难以承受的，因此结合一些常规仪器，寻找一种有效判别方法是解决这一难题的有效途径。

通过对源自两家企业的7个样品进行简单预处理后，进行红外光谱分析和超景深显微镜表征，结果表明这两种方法可能在华宁陶瓷产品生产质量控制、评价等方面中具有重要应用前景。将这些成果应用于生产实践中，对于充分利用本土资源，推动华宁陶瓷文化产业规模化、产业化、品牌化等协调发展具有重要意义。

参考文献

[1]单平.华宁陶文化产业研究[J]. 美与时代，城市版，2016，（01）：98-99.

[2]张留生，许小静，冯亚腾.陶土原料的特性分析与应用研究[J].江苏陶瓷，2022，32（07）：19-23.

[3]邓绍云.国内陶土物理化学基本性质的研究现状与展望[J].盐科学与化工，2019，48（02）：5-11.