陶瓷薄板优质粉料制备工艺
王银川
摘 要：本文概述了陶瓷薄板用优质粉料的工艺性能、制备优质粉料的工艺条件、原料球磨、料浆处理，以及制备优质粉料的设备-喷雾干燥塔的控制等工艺技术，从而获得生产陶瓷薄板使用的优质粉料。
关键字：陶瓷薄板；粉料；制备
1 前言
目前，陶瓷薄板生产线正在各陶瓷产区悄然兴起。生产管理控制中，优质粉料的制备对陶瓷薄板的成型、烧成具有关键性的意义。日常管理中，生产管理者往往忽视了对粉料优良性能的要求，而只着重于窑炉和压机方面的调试。
2 陶瓷薄板优质粉料的工艺性能
2.1 颗粒级配
颗粒级配及颗粒的大小，通常用其线性尺寸-粒径来描述。如果颗粒尺寸较大，虽然流动性较好，但压制成型的坯体比较粗糙；颗粒尺寸小的粉料压制成型的产品砖坯表面细腻、质感好，但较小的细微粉料容易填塞排气通道，造成排气困难，极易产生压制裂纹等缺陷。同时，由颗粒堆积紧密性原理可知，利用同一规格尺寸的颗粒紧密堆积时，其孔隙率高达45%；而利用50%的粗颗粒，10%的中颗粒，40%的细颗粒紧密堆积时，其孔隙率可降至22%以下，可见，利用颗粒粒度更多的颗粒级配堆积时，其孔隙率更低，砖坯的致密度更高，坯体的机械强度更好，烧制后砖坯表面光洁度更高。显然，微粉抛光砖的生产面料配比一般在30～35%，良好地体现了粉料多级配的颗粒紧密堆积的基本原理。
2.2粉料的含水率
陶瓷粉料的含水率在很大程度上影响了颗粒的结合强度及压机模具的粘模等。粉料含水率较低时，有利于延缓粘模时间，但水分较低时颗粒的结合强度较差，这就需要在浆料中加入适量的结合剂来提高粉料的结合能力。
2.3粉料的容重
粉料的容重是指粉料在重力作用下填满单位体积容积时所具有的质量，它主要取决于泥浆的含水率、黏度、配方及泥浆的雾化压力等参数。粉料容重越大，其颗粒堆积的越紧密，坯体机械强度越高；反之，粉料容重低时，颗粒堆积不紧密，坯体机械强度低。
2.4粉料的流动性
粉料的流动性的检测，通常是让一定量的粉料通过标准漏斗（出料口内径一般为5 mm），粉料经过漏斗出料口的时间，即可确定粉料的流动性。
2.5粉料的颗粒硬度和压缩比
粉料具有一定的硬度有利于粉料的输送和填料，硬度较差的粉料易碎，影响颗粒级配。粉料的压缩比是填料模腔体积与所得坯体的体积之比，当前粉料的压缩比通常为2～2.5。
3 优质粉料的制备工艺条件
3.1稳定的瓷质砖坯体配方结构
3.1.1陶瓷的主要构成原料、作用及化学成分
陶瓷是由天然矿物，如粘土、瘠性原料（如：石英）、溶剂原料（如：长石），以及少量的化工料按适当的比例，经粉碎、成型、并在高温烧成的情况下，经一系列的物理化学反应，所形成的坚硬制品。粘土作为可塑原料，起粘结成型作用；石英作为瘠性原料，起骨架的作用；长石作为熔剂原料，起助熔作用。主要化学成分：氧化钾（K2O）、氧化钠（Na2O）、氧化钙（CaO）、氧化镁（MgO）、氧化硅（SiO2）、氧化铝（AL2O3）、氧化铁（Fe2O3）、氧化钛（Ti2O）等。跟地球的表层结构成分相似。地壳的八大主要成分：O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg ，这8种元素占地壳总量的97.7%。
3.1.2石英
石英（SiO2）是陶瓷坯釉中的主要化学成分之一，石英是一中瘠性物料（类似河沙）。石英的作用有：（1）在坯体种降低干燥收缩；（2）一部分石英溶解在长石玻璃中，而未熔的残留石英颗粒，则构成瓷坯骨架，防止软化变形；（3）石英在高温下的晶型转化产生膨胀可以部分的抵消坯体收缩产生的负面影响；（4）在釉料中为生成玻璃的主要成分。
石英的理化性质如下：（1）成分：主要为SiO2，含极少量的杂质如：Fe2O3、CaO、MgO、 Al2O3等；（2）外观：呈乳白色、白色、灰色、半透明、断面玻璃光泽或脂肪光泽，莫氏硬度7；（3）多种结晶形态和玻璃态，加热过程中的多晶转化特性。573℃时，在转化过程中有0.82%的体积变形，属高低温型快速转化，虽转化体积变化小，但速度快，升温或冷却控制不当将导致产品开裂，所以要引起高度重视。
配方中可单独加石英，也可不加，因为其它原料中含大量的石英成分，此次配方中未单独加入石英。
3.1.3 长石
长石是一种溶剂原料，主要引入碱金属氧化物，如：K2O 、Na2O。
长石的作用有：（1）有助于降低烧成温度和加快成瓷反应的进行，使坯体逐渐致密。因坯体中石英、粘土都有很高的熔点，而长石在1100～1200℃熔融形成长石熔体。在高温下能溶解部分高岭石分解物和石英颗粒，加快成瓷；（2）有助于莫来石晶体的发育和改善瓷坯的机械性能（抗折度）；（3）高温下长石具有一定的粘度（特别是钾长石）能防止高温变形；（4）熔体冷却后形成的玻璃相能提高制品的透光性；（5）在坯料中也是一种瘠化剂，可降低坯体干燥变形和缩短干燥时间。
长石的理化性质如下：（1）成分：长石的主要化学成分是：SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO，杂质含量少，其中以Fe2O3最为有害；（2）熔融性：作为溶剂，熔融特性最为重要。理论上：钾长石的熔融温度为1190℃、钠长石为1100℃，因含有CaO、MgO、Fe2O3和少量石英、云母等杂质，所以长石能在一定温度下软化，变成长石玻璃。钾长石在1150℃左右开始熔融，生产白榴子石（K2O·Al2O3·4SiO2）和硅酸玻璃，1530℃全部变成液相。可见熔融范围宽；钙长石在1550℃熔融范围窄，一般由于釉、玻璃；钡长石在1715℃熔融建陶不采用，钡长石一般用于玻璃、特种陶瓷。（3）长石熔体的粘度随温度的变化性：高温下钾长石融化慢，粘度较大。随着温度提高，粘度变化缓慢； 钠长石熔融物融化快，粘度小，随着温度提高粘度降低很快，同时钠长石熔体对粘土和石英颗粒的溶解作用比钾长石要大。
3.1.4粘土
粘土是一种含水铝硅酸盐矿物，是地壳中最广的成分之一，粘土已在陶瓷、造纸、橡胶工业中被广泛应用。
粘土的作用有：（1）有利于坯体成形。陶瓷坯料一般采用粘土、石英和长石等基本原料配制而成。其中石英、长石均是瘠性原料，本身缺乏可塑性，更无结合能力，因此必须依靠粘土原料特有的可塑性能、结合性能以及泥浆的悬浮稳定性能获取所需的成形性能，以便使陶瓷坯体得以成形；（2）使半成品具有一定干燥强度。成型后的半成品经干燥后，由于粘土原料的结合，使半成品具有一定的干燥强度，从而保证坯体在修粘、施釉、搬运及装钵各道工序中不致引起破损。（3）构成瓷坯骨架。在烧成过程中，粘土经过一系列物理化学反应将转化为莫来石晶相而成为瓷坯的主要骨架，莫来石晶体的骨架作用，不仅有效地增加了制品抵抗烧成变形能力，拓宽烧成范围，而且使烧成后的制品具有较高的机械强度与良好的热稳定性及化学稳定性。
粘土的性质及工艺性能：（1）粘土具有3种性质、即可塑性、灼烧后的固结性及微细的颗粒。粘土是各种颗粒微细的矿物组成的混合体，它在与水调和后，可塑成各种形状，干燥后保持塑成的形状，经煅烧至适当的温度仍不失厚状，且变得岩石般坚硬；（2）粘土的工艺性能：可塑性、结合性、收缩性、烧结性、耐火度、烧后色泽。
可塑性：是粘土原料的重要工艺性能，含适量水份的粘土团，在一定外力作用下产生形变而不开裂，除去外力仍保持其形变的性能称为可塑性。可塑性与粘土的类型、颗粒大小和形状，粘土胶粒吸附粒子、分散介子相关。
结合性：粘土的结合性是粘土粘结一定细度的瘠性物料形成可塑泥团，并有一定干燥强度的性能。通常粘土的可塑性愈强，结合性也愈好，在粘土能够形成可塑泥团的前提下，掺入标准的最高量来表示结合性的大小。
收缩性：粘土原料的收缩包括干燥收缩、烧成收缩和总收缩。干燥收缩是粘土干燥至恒重，由于气孔中和水化膜中的水分排除，空隙减小，颗粒间距离缩短而产生的长度或体积的缩小。烧成收缩是在高温下经烧成，由于结晶水排除，粘土中产生的液相填充空隙，颗粒由于表面张力的作用而靠拢，或形成新的结晶相所引起的长度或体积的缩小。总收缩则是试样干燥前至烧成后总的尺寸变化。
收缩率计算公式： S=（L1-L2）∕L1×100﹪
S—收缩率
L1—干燥前或烧前的尺寸
L2—干燥后或烧后的尺寸
烧结性：粘土是由多种矿物组成，它没有固定的熔点。而是在相当大的范围内逐渐软化。
粘土被加热到一定稳定（800℃）阶段，便开始剧烈收缩，随着温度升高，气孔率不断下降，密度不断提高，收缩逐步加剧，当温度升高到一定温度时，气孔率下降至最低值，密度和收缩率达到最大值，呈现烧结状态，该状态称为烧结。当温度继续升高至一定值时，由于液相增加，气孔率又增加，密度下降。烧结性包括烧结温度和烧结范围，这两项参数取决于原料的化学组成和矿物组成。
烧后色泽：作为建陶产品对粘土的烧后颜色要求是要白度高，白度与矿物成分、铁质等因素有很大关系。
3.1.5 其它原料
滑石：是一种层状结构的硅酸盐，与蒙脱石、叶腊石结构类似。滑石是一种含水硅酸镁，化学式为3MgO·4SiO2·2H2O，理论上含MgO：31.7%，通常为29%左右。
滑石没有粘土的特性，比较柔软，具有细腻感。我们常用的滑石为黑滑石和烧滑石。滑石对增加坯釉白度、增宽烧成范围、降低坯体温度起到很好的作用。
3.1.6陶瓷添加剂
减水剂：也叫稀释剂或解胶剂，实际上是一种电解质。电解质之所以能产生稀释作用，在于它能该边泥浆中粘土粒子胶团的双电层厚度和∈电位。
（1）稀释剂中的电解质
a具有水化能力大的一价阳离子，如Na+。
b能直接离解或水解而提供足够的OH-，使分散系统呈碱性。
c它的阴离子能与粘土中有害离子形成难溶的盐类或稳定的络合物。
（2）常用稀释剂分为无机电解质类和有机盐类
a无极电解质类主要有：水玻璃、碳酸钠（Na2CO3）、磷酸钠（NaPO3）、氢氧化钠（NaOH）等。
b有机盐类如：腐植酸钠（RCOO-Na）
（3）检测减水剂主要检测它的解胶性能，通过对比试验检测
增强剂：增加坯体的干燥强度，是一种临时粘合剂。增强剂实质也是一种聚合电解质。
4 稳定的浆料性能要求
4.1配料的准确性
上料地磅（10～30 T）应精确到±20 ㎏，皮带称精确到 ±0.1 ㎏，加水用表精确到0.1 m3，添加剂精确到±0.25 ㎏；
上料程序：看似小事，实际上关系到配方的准确性和工艺操作的可行性。基本顺序：先上部份砂质料，有利于皮带运输，量少的料或易扬尘的料夹在中间。
4.2球磨
坯体的细度对产品的烧成有很大影响，如果细度波动大，就会导致产品烧成时收缩不等，同一批产品有不同的尺寸及平整度，为稳定坯料细度，必须严格控制球磨机中未充填空间高度、球磨机转速、球磨时间，及时补充球磨介质。
领取球磨入料单后球磨工应掌握各种原料及化工料的用途对生产工艺标准要求有很大帮助；入料前，首先要检查各种机器设备是否是正常运转，如有异常，应及时修理；在入料过程中，大块的泥团必须切细，发现有杂物，及时清除。加球石时，一定要把球石清洗干净，球磨机的球石级配和添加，对配方的影响很大。因此，每入完一球料后，必须把散落在地的泥沙及时清回该球，避免影响浆料质量；原料全部入球后，要停止送料，进行摆球使料落入球内，摆球时，要注意安全；坯料的细度对产品的烧成有很大的影响，如果细度波动大，就会导致产品烧成收缩不等，同一批产品有不同的尺寸，为稳定坯料细度，必须控制球磨机的未填空间高度，球磨机的转速，球磨时间，及时补充球磨介质，所以，当所用原料硬度变化时，必须调整球磨时间；要按照配方单的要求准确放入辅料，放化工料时，一定要准确过磅，必须严格要求，加水时，要按照水池规定的刻度衡量加水重量，要按工艺参数控制好浆料的比重及流速；加球石时，60 T球磨机空球的高度不能超2.2～2.3 m以防造成加磨球磨效率低，球磨时间长。一般情况下，陶瓷薄板浆料球磨时间为11～15 h，不能少于11 h，有的企业为降低生产成本，将球磨时间降到10 h以内的做法是错误的，该浆料对后期烧成波动影响很大。
4.3 浆料的处理
球磨的出浆到浆池陈腐，必须进行过筛，除铁，滤去粗料和杂质，使浆料含铁量低于0.3%。原则上必须先过筛，除去浆料中的粗大颗粒，树根、腐植物及其它杂质等，再进行浆料除铁，增强度良好的效果。浆料过筛除铁必须经过三级以上控制工艺，即球磨机至放浆池为第一级，放浆至储浆池为二级，储浆池至喷雾塔中转缸为三级过筛除铁。
过筛工艺控制：放浆12～20目筛网；过筛除铁：80～100目筛网；中转缸，面料100目。
浆池的体积应可存放一天以上的产量，浆池体积越大，越能达到均化的目的，但要保证搅拌均匀，泥浆除了在搅拌叶的作用下旋转外，还必须上下回流交换，撞击，以避免泥浆分层开成搅拌不到的死角而总成沉淀，引起不均匀分布。一般泥浆储存时间不宜太久，以不超过3日为宜，时间过久造成色差。
陶瓷薄板优质浆料工艺性能：浆料细度（250目筛余）0.8～1.2 g；浆料流速：28～45 s；浆料水分：32.5～35.5%；浆料比重：1.690～1.730；浆料浓度：58～63波美度；悬浮性：存浆3日无沉淀、无分层、无触变。
5 优质粉料制备的主要设备-喷雾干燥塔
5.1喷雾干燥塔工作原理
采用中压泵将泥浆压送至供浆管路，供浆管路的过滤装置过滤掉泥浆里的杂质，然后经过过滤的泥浆通过供浆管到达塔内喷枪装置，通过安装在塔内喷枪装置里的喷嘴将泥浆雾化，经雾化的泥浆变为具有较大表面积雾滴；同时排风机吸入的空气经热风炉加温成热空气，产生的热空气经塔顶的热空气分配器均匀排入塔内，泥浆雾滴在很短的时间内，经塔内热风干燥成近似球形的颗粒，颗粒落在干燥塔底部，经粉料放料阀放出。带有微粉的废气通过布袋除尘器分离出来，废气除尘的废气净化后，通过烟囱排入大气。本系统利用热空气对泥浆喷干造粒，由于是连续工作过程，生产的粉料含水率稳定，流动性好，特别适宜以陶瓷薄板的粉料制备，工作原理见图1。
5.2 喷雾干燥控制参数
已制备好的浆料需经喷雾干燥塔烧制成含一定水份的颗粒状粉料，以供压砖机压制成坯。喷雾干燥主要控制以下几个参数，泥浆浓度，进热风温度，排风温度，塔内负压，坯粉含水量。
（1）泥浆浓度，对坯粉的容重量和颗粒度有很大影响。泥浆浓度提高，坯粉的容重也更大，同时泥浆粘度增大，雾化效果下降，雾滴变粗，颗粒增大，在其它条件不变的情况下，泥浆浓度提高单位重量的坯粉能耗下降。
（2）排风温度是一个主要参数，在其它条件不变时，排风温度能反映粉料的干湿度，热风温度的下降与上升影响粉料水份的增加与减少，热风炉温度过高或过低，其坯粉就过干或过湿。一般通过调节混浆流量或燃油供给量来保持热风温度不变，使坯粉含水率恒定。
（3）塔内负压在操作中应控制得当，开大排风闸板及关小配风闸板可升高塔内负压，塔内负压小时出现出现供热风不足，干燥塔水蒸气排不走，粉料较湿，易出现粘壁，并造成过筛困难，产量也低；塔内负压过高，热风炉火焰断火，炉温不易保持稳定。
（4）喷雾干燥塔的喷枪数量根据所要求的产量、坯粉含率、颗粒级配来定，在喷枪的喷嘴中，泥浆高速旋形成雾滴，均匀地以锥体状散开，决定喷嘴雾化的主要因素是旋片结构，喷嘴孔的磨损程度，泥浆的浓度和粘度，增加泥浆粘度或浓度，喷雾锥角变小，粒度变粗，喷嘴孔径变大也会使粒度变粗；增加泥浆粘度或浓度，喷雾锥角变小，粒度变粗，喷嘴孔径变大也会使粒度变粗；增加泥浆压力，喷雾锥角变大，粒度变细。
6 结论
（1）在浆料中加入适量的结合剂可提高粉料的结合能力。
（2）当所用原料硬度变化时，必须调整球磨时间，一般情况下，陶瓷薄板浆料球磨时间为11～15 h，不能少于11 h。
（3）陶瓷薄板优质浆料的要求为：浆料细度（250目筛余）0.8～1.2 g；浆料流速：28～45 s；浆料水分：32.5～35.5%；浆料比重：1.690～1.730；浆料浓度：58～63波美度；悬浮性：存浆3日无沉淀、无分层、无触变。
（4）喷雾干燥主要控制以下几个参数：泥浆浓度，进热风温度，排风温度，塔内负压，坯粉含水量。
