低溫燒成的陶瓷產(chǎn)品其關(guān)鍵在于開發(fā)與利用低溫陶瓷原料,以保證低溫快燒生產(chǎn)工藝。目前我國陶瓷研究機構(gòu)已成功篩選出許多種低溫陶瓷原料及低溫熔劑原料,應(yīng)該說正是低溫快燒工藝的研究促進了陶瓷節(jié)能工作的進展,國內(nèi)低溫陶瓷原料的儲藏與開發(fā)利用現(xiàn)狀也取得了喜人的成果。
通過幾十年的勘探與陶瓷原料普查,證明我國低溫陶瓷原料儲藏非常豐富。一是種類多,二是儲藏量大。如硅灰石礦分布在湖北大冶、遼寧鐵嶺、吉林延邊與盤石等地,儲量都比較大,此外福建省、江西省、安徽省及湖南、河北等地都有發(fā)現(xiàn),有的已經(jīng)開采利用多年。透輝石礦主要分布在東北地區(qū)的吉林省及黑龍江省,其礦產(chǎn)儲量都在400萬噸~500萬噸以上。至于珍珠巖礦資源,更為豐富,全國各地均有發(fā)現(xiàn),早已開采利用多年。如遼寧法庫、建平縣、內(nèi)蒙古包頭、山西靈邱縣、吉林九臺縣、黑龍江穆棱縣及河南信陽等地區(qū),有的儲量高達數(shù)億噸,這些豐富的儲存都為推廣低溫快燒陶瓷工藝,提供了物質(zhì)條件�？梢杂米鞯蜏責膳黧w原料以及釉料的陶瓷礦物原料,有硅灰石、透輝石、透閃石、絹云母粘土、葉蠟石、珍珠巖等,它們大多數(shù)已廣泛應(yīng)用于建筑衛(wèi)生陶瓷的坯料及釉料中,取得了良好的節(jié)能效果。
1、硅灰石原料。硅灰石屬于硅酸鈣礦物。自然界中的硅灰石主要存在于不純的石灰?guī)r與酸性巖漿巖的接觸變質(zhì)帶內(nèi)。在火成巖的富鈣片巖中亦可見到。與硅灰石原料伴生的礦物還有透輝石、石榴子石、方解石及石英等,均屬陶瓷工業(yè)可以采用的原料種類。硅灰石理論化學成分為SiO2 50.70%,CaO 48.30%。20世紀70年代中期,我國湖北省大冶及陽新地區(qū)最先發(fā)現(xiàn)硅灰石礦,其實際化學成分為:SiO2 50.23%,CaO 44.9%,Fe2O3 0.29-1.23%,化學成分與美國、日本等國礦物的成分基本相同。硅灰石具有良好的熱膨脹特性,它的熱膨脹系數(shù)隨溫度增加,呈現(xiàn)直線性上升,因此非常有利于快速燒成的工藝要求。此外,硅灰石熔點溫度比較低,為1540℃,尤其在硅灰石與瓷坯中的堿-堿土成分結(jié)合時能進行較低溫燒成,這一特點也是后來引起陶瓷界,尤其建陶工業(yè)非常重視的主要緣故。一般在坯料中摻入10%~20%的硅灰石取代長石、石英時,可將陶瓷制品的燒成溫度下降80℃~120℃。
硅灰石還具有獨特的工藝性能,如使用硅灰石原料后,可以有效的減少坯體收縮率,而且能夠降低坯體的吸濕膨脹,防止陶瓷坯體的后期干裂等。含硅灰石的坯體還具有較高的機械強度和較低的介電損失。引入硅灰石的坯體,在燒結(jié)過程中成熟速度加快,可以在十幾分鐘至幾十分鐘內(nèi)使坯體成熟,大大降低了單位制品的熱損耗,其燒成周期也從過去的90小時下降為僅僅50分鐘。硅灰石最先引入到釉面磚坯料配方中,使面磚的燒成熱能損耗由3600大卡/公斤,下降為1850大卡/公斤制品。除釉面磚外,硅灰石原料近年來已擴大了其應(yīng)用范圍,其節(jié)能降耗的效果,已為陶瓷業(yè)界人士所有目共睹。
2、透輝石原料。透輝石屬于硅酸鎂-硅酸鈣鐵類質(zhì)同象系列中的礦物。它常與磁鐵礦及其它含鐵礦物共生,礦物特性為淺綠色短柱狀晶體。透輝石的化學組成為鈣、鎂、硅的氧化物組成,其化學分子式為CaO·MgO·2SiO2。透輝石的理論化學組成為:氧化鈣25.8%,氧化鎂18.5%,二氧化硅55.7%。其實例有我國吉林省透輝石礦主要化學成分為:二氧化硅51.6%~45.71%,氧化鋁3.52%~7.29%,氧化鐵2.69%~0.27%,二氧化鈦0.13%~0.1%,氧化鈣23.78%~19.98%,氧化鉀和氧化鈉0.96%~0.63%。
透輝石的熱膨脹系數(shù)與硅灰石大體相同,也是非常適合低溫快燒工藝的優(yōu)質(zhì)陶瓷原料。透輝石具有的熔劑性質(zhì)也很獨特,如其開始變化溫度為1170℃,軟化溫度為1280℃,熔融溫度為1290℃,軟化溫度范圍為110℃,熔融溫度范圍則為10℃。鑒于此,透輝石與硅灰石同樣可以有效的減少陶瓷制品坯體的收縮率。引入有透輝石原料的面磚產(chǎn)品,其坯體的總收縮(包括干燥收縮與燒成收縮)僅為0.2%~0.4%。配入透輝石的瓷磚坯體同樣可以降低坯體的吸濕膨脹,杜絕釉面磚使用的后期龜裂缺陷,保證使用質(zhì)量。
作為優(yōu)秀的低溫快燒原料,引入透輝石的建筑陶瓷制品,其燒成溫度極低,僅為980℃~1020℃左右,較之硅灰石坯體的燒成溫度還要降低100℃左右。因此,擴大透輝石原料的使用范圍,將具有更大的節(jié)能降耗效果,產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益。
3、珍珠巖原料。珍珠巖屬于一種酸性火山巖漿噴發(fā)的玻璃質(zhì)熔巖。在珍珠巖內(nèi)常含有一些透長石、石英的斑晶微晶及各種形態(tài)的雛晶及穩(wěn)晶礦物等,如角閃石剛、葉臘石、黑云母等等。珍珠巖的化學組成范圍一般為二氧化硅68~75%,氧化鋁9~14%,氧化鐵0.5~4%,二氧化鈦0.13~0.2%,氧化鎂0.4~1%,氧化鈣1~2%,氧化鈉2.5~5%,氧化鉀1.5~4.5%,水3~6%。珍珠巖的氧化與熔融溫度為:開始收縮溫度為1025℃,軟化溫度為1175℃,熔融溫度大于1500℃,軟化溫度范圍為150℃,熔化溫度范圍為325℃。
從上述數(shù)據(jù)來看,珍珠巖開始收縮的溫度比長石低120℃,軟化溫度低75℃,軟化范圍加寬95℃。由于這些特性,珍珠巖在陶瓷制品燒成中可以大大降低燒成溫度,改進燒結(jié)的質(zhì)量。通過進一步深入研究,珍珠巖還有一種特性,即含有珍珠巖的陶瓷坯體中,莫來石晶體形成較早,從而有利于燒結(jié)過程的展開。這樣一來,含珍珠巖坯體除具有與長石-石英-黏土(高嶺礦物)三元系坯體配方相同的工藝特性之外,還能降低燒成溫度(從原來的1280℃降低為1180℃~1160℃),并且具有良好的熱穩(wěn)定性。
目前,我國陶瓷行業(yè)在采用低溫陶瓷原料,節(jié)約能耗與縮短燒成周期方面,取得許多成果,但仍然有許多不盡人意之處。如國內(nèi)陶瓷企業(yè)產(chǎn)品燒成溫度仍然普遍高于國外先進企業(yè),能耗及產(chǎn)品成本也高于國外同行。有許多實踐證明了的成熟的工藝技術(shù),目前尚未大規(guī)模普及與推廣,這些問題均需加強解決。隨著陶瓷科技的進步與向前發(fā)展,近年來又相繼開發(fā)與研制成功更多種類的低溫陶瓷原料,如透閃滑石、鋰云母、鈣長石、透閃巖,高云母量葉臘石等,更需要普及與推廣。隨著低溫快燒工藝水平的普及與提升,我國陶瓷工業(yè)的整體素質(zhì)與效益將有較大改觀,產(chǎn)品的競爭力也會大大加強。
