科學利用地方原料生產高品質陶瓷＊

廖詠康

（四川白塔新聯興陶瓷集團有限責任公司 四川 威遠 642450）

前言

作為對資源高度依賴、高能耗、高排放的建筑陶瓷行業，必須要踐行科學發展觀，轉變行業的發展方式，最大限度地減少對天然不可再生資源的依賴，降低單位產品能耗，減少污染物的排放量，在新的形勢下建筑陶瓷行業才有可持續發展的機會。

隨著我國的改革開放的不斷深入，從20世紀90年代開始建筑陶瓷磚產量多年來一直位居世界第一，遠高于世界其他國家的產量；到2012年產量達到90億m2以上。另外，我國陶瓷工業的能源利用率與發達國家相比差距較大，發達國家的能源利用率一般達50%以上，美國高達57%，而我國僅為28%～35%。我國“十二·五”規劃綱要提出，到2020年，單位國內生產總值能耗降低40%。陶瓷行業要實現這一目標，既要采用提升產業技術水平和資源循環利用的加法法則，也要充分利用減法法則，限制和減少那些低附加值，低質量，低價格，高能耗，高污染的產品，做好陶瓷行業的減法。陶瓷行業要可持續發展，我們每個陶瓷人必須把踐行科學發展觀作為責任和使命。

隨著社會的發展和進步，需要大量陶瓷磚作為裝飾材料，隨著陶瓷磚的生產規模的擴大，對各種礦物資源開采的速度越來越快、開采難度越來越大。陶瓷生產所需的礦物原料多屬于不可再生資源，總有一天會枯竭?，F在絕大部分的陶瓷磚，無論是有釉還是無釉陶瓷磚都使用白色坯體，特別是有釉陶瓷磚，需要表面釉面層的裝飾效果，但坯體只是一個載體，只要能滿足產品需要的強度和平整度，以及熱穩定性，對坯體的顏色或原材料，沒有特殊要求或標準限定。因此，有釉裝飾磚一定要使用白色坯體嗎？白色坯體，眾所周知，一定要使用較高品位的天然鉀、鈉長石、高嶺土、鐵質含量很低的石英、粘土等天然礦物資源。優質的鉀鈉長石、高嶺土、粘土等天然資源，隨著這些年陶瓷業的快速擴張，無序開采，其儲量在急劇減少，開采難度越來越大。開采原料對生態環境的破壞，已成為制約陶瓷行業發展的關鍵因素之一。

原料的色澤、白度越好的其儲量也越少，價格也自然越高；原料在不同的溫度和氣氛下所呈現的顏色大不相同。陶瓷原料燒成溫度越高色澤越白，根據不同的窯爐，不同的產品，白色坯體的燒成溫度一般應在1180～1230℃。白色坯體的陶瓷磚不僅浪費了大量的不可再生資源和能源，并且加大了污染物的排放量。陶瓷磚原本是作為建筑物裝飾品出現的，因為要各種自然條件所以必須要有一定的強度以及熱穩定性能，我們能否在保證磚強度、熱穩定性等物理和化學性能的基礎上，采用其它原料來制作陶瓷磚坯體呢？

基于以上的思想和觀念，為了更好地貫徹落實國家宏觀經濟發展政策，促進陶瓷行業可持續發展，本公司于2008年12月正式成立紫砂陶瓷技術研究項目組，展開了紫砂陶瓷生產技術的研究與開發。首先對原來紅坯磚生產的資料和數據進行收據整理、研究了大量文獻資料，特別是意大利、西班牙紅坯磚的測試和分析，通過大量的小試、中試，經歷無數次的失敗，克服了地方原料變化大、有機物含量多，極易鼓包的缺陷，終于在2012年6月試制成功。一次燒成仿古磚和劈開外墻磚工藝技術，于2012年8月正式應用于工業化大生產，成功生產了規格為600mm×600mm高檔紫砂仿古磚，其產品強度優于其它同類產品，破壞強度（S）達到1721.5N（國標1100），斷裂模數（R）到達34.9MPa（國標30）。規格為45mm×145mm，45mm×195mm的劈開外墻磚，厚度為4.5～5.0mm，其產品強度優于其它同類產品，破壞強度達到546N，斷裂模數到達50.5MPa，吸水率小于3%，產品其它各項物理、化學性能優于或符合GB／T 4100－2006的標準要求，放射性符合國家標準《GB 6566－2010建筑裝飾材料》A類的要求，是健康環保裝飾材料。產品批量投放市場后，贏得消費者的認可，取得很好的經濟效益和社會效益。我公司利用地方原料生產紫砂陶質磚工藝技術的研究概況如下：

1 技術方案

1.1 總體思路

由于地方原料的諸多特性，作為陶瓷坯用原料，其坯體主要呈紅色。陶瓷行業在20世紀90年代和21世紀初生產有大量紅坯陶瓷產品，后來由于有陶瓷行業部分企業宣傳紅坯陶瓷磚是陶而不是瓷的觀念，一提起紅坯陶瓷，給人的印象就是低檔陶瓷，這些觀念逐步在廣大消費中形成認同，紅坯陶瓷逐步失去市場。利用地方原料生產紫砂陶瓷關鍵是要改變行業以前對生產紅坯磚的誤解。要創新思維模式，絕不能沿用以前的工藝技術和思維模式。

西班牙、意大利的紅坯陶瓷為什么會得到我國和世界很多國家認同，其產品在市場上的售價比我們國內同類產品價格高幾倍或十幾倍呢？我們為什么不能做出世界一流的不是白坯的陶瓷呢？我們在原紅坯陶瓷的基礎上進行顛覆性的創新，引入釩鈦工業廢渣和高嶺砂，將坯體的色澤和強度進行改良和優化，使之具有比白色坯體更優異的物理性能，破壞強度更高；燒成溫度控制在1150℃以下，燒成周期不超出40min，產品的吸水率控制在3%以內。

1.2 具體技術方案

坯體顏色的構成取決于坯體原料中鐵、鈦等氧化物的含量，其在原料中的含量越高，焙燒后坯體呈現的顏色就越深。

根據中國建筑材料科學研究院曾經對國內紅土的研究、實驗結果表明：以紫砂、紅粘土為主要原料配制的坯體，在氧化氣氛下900℃、1150℃、1200℃溫度階段，通過X射線衍射圖說明，氧化鐵并沒有參與反應，沒有生成新物質，而是作為晶體物質起著骨架和著色劑的作用。也就是說在氧化氣氛下，該溫度范圍內燒成，原料含氧化鐵的多少與燒成溫度無關，它僅表現為燒成的呈色狀況。但在還原氣氛下燒成情況就不同了，三價氧化鐵在還原氣氛下1000～1100℃時就能被還原成二價氧化亞鐵，而氧化亞鐵的助熔作用與氧化鎂是幾乎等同的，會明顯降低燒成溫度。

我國只有紫砂陶器有國家標準，2008版的（GB／T 10816－2008）《紫砂陶器》就有關于什么是紫砂陶器的權威定義：“質地細膩、含鐵量較高的特種粘土制成的，呈色以赤褐為主，質地較堅硬而透氣性能好”，但對紫砂磚沒有特別定義。

按通常的分類，一般將紫砂列入陶瓷類，但確切地說來，紫砂既不屬于瓷也不屬于陶，無論是其物理性能還是材質的特點以及燒成溫度，它都有別于陶瓷，應該屬于炻瓷類，吸水率在0.5%～3.0%。

紫砂的定義應該是：用含鐵粘土質粉砂巖為主要原料制成的制品內外一般不施釉色，素心素面，胎質堅實細膩，呈現沙土特有的色澤及紋理，經高溫燒制后尚具有一定的氣孔率和吸水率（在0.5%～3.0%）。質地堅細、色澤沉靜、制作精美，根據調配方及燒成溫度氣氛的變化，制品可以呈天青、栗色、暗肝、梨皮、米黃、朱砂紫、海棠紅、青灰、墨綠等色。

主要利用本地企業川威鋼鐵公司的釩鈦工業廢渣和本地一種含鐵量較高的高嶺砂、白泥、拋光回收料等為主要原料。為了解決在生產過程中不鼓包、且燒成溫度不高于1150℃、坯體吸水率控制在0.5%～3.0%、坯體最終呈色為朱砂紫顏色等問題，在坯體配方設計上就必須要使坯體配方中的鋁含量和鐵含量、燒失量控制在一定范圍內，才能解決產品經高溫燒成后產品的強度和平整度問題，坯體色澤以燒制成朱砂紫色為最佳。

紫砂陶瓷生產工藝流程：原料入廠驗收→均化→配料→制漿→制粉→壓制成形（外墻劈開）→干燥→底釉（淋釉外墻用噴釉）→面釉（淋釉外墻用噴釉）→印花（外墻磚無）→干燥→燒成→切邊（外墻磚無）→檢選→包裝。

紫砂陶瓷的制備方法，主要包括以下步驟：

1）稱取原料按（質量百分比%）：釩鈦工業廢渣10～19，本地高嶺砂24～29，本地粘土2～7，鋁礦1～5，本地白泥26～31，頁巖5～10，地磚回收泥4～9，拋光回收泥6～11，廢坯3～7。

2）按照A中的比例稱好原料，并按照料∶球∶水＝1∶2∶0.5的比例進行球磨混合原料，球磨到一定細度，過250目篩，篩余量為2.0%～2.5%。

3）將B所制成的泥漿在噴霧干燥塔中噴成一定顆粒級配的粉料。

4）將C所制成粉料經過一定時間的陳腐在一定壓力下壓制成磚坯。

5）按干燥溫度曲線進行干燥。

6）按工業要求施釉。

7）根據市場需求選擇花型印花等。

8）按燒成溫度曲線進行燒成。

9）切邊加工。

10）檢選包裝入庫。

工藝過程主要技術參數：

底釉容重：1.74～1.78g／cm3，其施釉量為180～200g；

面釉容重：1.74～1.78g／cm3，其施釉量為210～230g；

干燥溫度：200℃，干燥后坯體含水量控制在0.5%～1.0%；

國家標準溫度：65～70℃；

磚坯經施釉后入窯水分控制在1.5%以下；

燒成溫度：1120～1150℃；

燒成周期：35～45min左右，氧化氣氛燒制。

紫砂陶瓷坯體配方化學組成如表1所示。

表1 紫砂陶瓷坯體配方的化學組成（質量%）

1.3 研制過程

規格為600mm×600mm仿古磚小試對比情況見表2。

表2 不同配方的仿古磚試驗結果

通過小試我們可以看出，配方6沒有鼓包現象且平整度是最好的，破壞強度也良好。配方6的全分析如表3所示。

表3 配方6的全分析（質量%）

1.4 紫砂陶瓷與白坯陶瓷物理檢測數據（見表4、表5）

表4 紫砂陶瓷與白坯陶瓷物理檢測結果（規格600mm×600mm）

表5 紫砂陶瓷與白坯陶瓷物理檢測結果 規格45mm×145mm

1.5 實際生產過程中產品單位能耗對比

產品規格為600mm×600mm，厚度為9.5～10.0mm；產品規格為45mm×145mm，厚度為4.5～5.0mm（見表6）

表62 種規格產品的單位能耗比較

從表6可以看出，生產相同吸水率、厚度、規格的紫砂陶瓷磚坯比白坯磚綜合能耗下降幅度為24%～26%。

2 對社會和行業可持續發展的推動作用

由于生產紫砂陶瓷可以節約大量的不可再生資源（鉀、鈉長石、優質黑泥等），產品單位能耗與白坯陶瓷相比可下降24%～26%，有助于各種資源的可持續利用。紫砂陶瓷的原材料主要以工業廢渣和本地儲量豐富的高嶺砂、粘土為主，其球磨時間，燒結溫度和燒成周期都有一定程度的降低和縮短，可使污水排放，廢氣排放，能源和原料消耗，人力資源等都得到極大的節約。全國許多地方生產紫砂陶制磚的原料基本可以本土化，單位產品的能耗可大幅度降低，給國家和企業帶來更多的經濟利益和稅收，所以紫砂陶質磚的推廣，將有助于陶瓷行業可持續發展，隨著其推廣應用的擴大，將會給企業帶來可觀的經濟效益，同時節約大量的資源、能源，降低排放等社會效益也能充分體現出來。

3 形成共識大量推廣

從我們公司近3年來利用地方原料生產富貴紫砂陶瓷磚的情況表明，在有釉磚的生產上，紫砂陶瓷磚無論從產品物理性能還是化學性能，都不比白坯陶瓷遜色，富貴紫砂陶瓷產品市場上的銷售單價在原來白坯磚的基礎上提高了40%以上，但是目前對紫砂陶瓷的認識還不夠。

為了陶瓷行業的可持續發展，希望陶瓷行業的同仁、消費者一起正面宣傳，正確引導消費者理性消費。盡早、盡快大面積利用地方原料生產陶瓷磚，從外觀設計、釉面處理、品牌文化上提升產品檔次，從技術創新和企業精細管理上展開正面有序地競爭。促進陶瓷行業可持續健康發展，提高經濟效益，增強國際競爭力。