陶瓷坯釉料制备技术指南

1.高岭土尾砂

高岭土尾砂是精选高岭土后留下的副产物，主要成分为SiO2、Al2O3.CaO、MgO、Na2O、K2O、Fe2O3等，这些成分可以作为墙地砖生产原料使用，而个别高岭土矿场开采的高岭土尾砂甚至高达80％，这就要求我们去研究利用这些尾砂。如江西抚州高岭土矿尾砂，主要成分为白云母、石英、长石、高岭石等。目前有研究发现可以使用加入到细瓷坯料和釉料中使用，江西抚州高岭土矿尾砂的化学组成如表1-8所示。

表1-8　抚州高龄尾砂的化学组成（％）

研究结果表明：

（1）通过科学合理的设计配方，并采用相应的工艺技术，高岭土尾砂在陶瓷生产中的使用量可以达到45％之多；

（2）高岭土尾砂经脱泥后，符合细瓷和釉料的使用要求。

2.瓷石尾砂

瓷石尾砂是瓷石矿石在生产精矿后排放的尾砂，数量可高达原矿的30％。如江西贵溪瓷石尾砂，主要矿物组成为石英，其次为绢云母及长石，微量高岭土、褐铁矿、黄铁矿等。有研究表明：制造一次烧成硅灰石外墙砖，在坯体中贵溪瓷石尾砂用量可达（45～55）％，釉料中尾砂用量可达（20～30）％，某地瓷石尾砂的化学组成如表1-9所示。

表1-9　贵溪瓷石尾砂的化学组成（％）

3.煤矸石

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物。其主要成分是Al2O3.SiO2，另外还含有数量不等的 Fe2O3.CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴），其矿物组成主要为高岭石、伊利石和石英，同时含少量黄铁矿、云母。

从20世纪50年代起，世界各国就开始研究开发煤矸石在建材工业中的应用。到七十年代，掺用部分煤矸石制作墙地砖也获得成效。其中个别的如1982年苏联专利SU947133陶瓷壁砖配方中煤矸石的利用率达（65～85）％，而我国江西省在1985年利用95％的煤矸石生产墙地砖工艺也通过省级中试技术鉴定，产品合格率在85％以上，釉烧合格率在90％以上。成品的各项技术指标达到[[釉面砖]]GB4100—83国家标准，并已投入批量生产，并被列入国家科委“星火计划”。

目前使用煤矸石存在一些问题，主要体现在：

（1）煤矸石因含炭质及有机质较多，故烧失量大。在大量使用煤矸石进行配料时，应注意合理设计烧失量，以保证最终产品的尺寸要求。

（2）煤矸石中一般含有较多带色杂质，生产过程中注意除铁，当生产白色制品时，煤矸石不宜引入到原料中。

（3）实际生产中，一般要求将煤矸石球磨至过筛250目以上，以保证坯料的可塑性指标。

（4）煤矸石的成分波动较大，不同产地甚至同一矿脉不同深度出产的煤矸石成分会不一致。故在使用过程中应注意调整配方，以保证产品性能的稳定。

目前，历年已积存煤矸石约1000Mt，并且每年仍继续排放约100Mt，不仅堆积占地，而且还将污染空气或引起火灾，目前虽有多种途径可以消化煤矸石，如制造水泥、作为路基材料、发电等，但我国依然每年有大量的煤矸石被直接排放到自然环境中，煤矸石已成为一个严重的环境卫生安全问题。在陶瓷砖的生产中，应尽快研究相应工艺技术，将煤矸石引入到陶瓷砖生产中，以期节约原料成本和改善环保。

4.粉煤灰

我国1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2010年将达到2亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。我国是一个人均占有资源储量有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所面临解决的任务之一。经过开发，粉煤灰在建工、建材、水利等各部门得到广泛的应用。

我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、MgO、K2O、Na2O、SO3、MnO等，此外还有P2O5等。其中氧化硅、氧化钛来自黏土、岩页；氧化铁主要来自黄铁矿；氧化镁和氧化钙来自与其相应的碳酸盐和硫酸盐。粉煤灰的元素组成（质量分数）如表1-10所示。

表1-10　粉煤灰的元素组成（质量分数）

粉煤灰是以颗粒形态存在的，且这些颗粒的矿物组成、粒径大小、形态各不相同。人们通常将其形状分为珠状颗粒和渣状颗粒两大类。根据北京科技大学宋存义等用扫描式电子显微镜的观察表明，粉煤灰由多种粒子构成，其中珠状颗粒包括空心玻珠（漂珠）、厚壁及实心微珠（沉珠）、铁珠（磁珠）、炭粒、不规则玻璃体和多孔玻璃体等五大品种。(www.xing528.com)

表1-11　粉煤灰的基本物理特性

目前，这类原料主要运用在生产免烧砖和釉面砖方面。已有企业成功用粉煤灰来生产合格的陶瓷砖产品。例如新疆某公司投资4000多万元人民币从德国引进的高科技全自动陶瓷砖生产线，每年可消耗当地电厂60％的粉煤灰。

有研究发现粉煤灰代替陶瓷砖中的黏土，经烧制成的一种无釉墙地砖，具有较高的强度，较低的吸水率和良好的热稳定性。

利用粉煤灰生产陶瓷砖的经验参数为：

配方：粉煤灰（55～75）％，黏土（10～25）％，熔剂（10～20）％，着色剂（0～1.5）％。

工艺流程：粉煤灰、黏土、熔剂、着色剂粉碎→磨细→配料→混料→加水→陈腐→造粒→成型→干燥→烧成→成品。

生产工艺过程：按上述配方比例加入各种物料，按上述工艺流程操作制得坯体，然后进行烧成，先可快速升温至300℃左右，然后缓慢升温并适当保温（1.5～2）h，最后经自然次序冷却即得成品。

5.高炉矿渣

高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣。在高炉冶炼生铁时，从高炉加入的原料，除了铁矿石和燃料（焦炭）外，还要加入助熔剂。当炉温达到（1400～1600）℃时，助熔剂与铁矿石发生高温反应生成生铁和矿渣。高炉矿渣是由脉石、灰分、助熔剂和其他不能进入生铁中的杂质组成的，是一种易熔混合物。从化学成分来看，高炉矿渣是属于硅酸盐质材料。

高炉矿渣的主要成分是二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、氧化锰、氧化铁等。此外，某些矿渣中还含有微量的氧化钛、氧化钒、氧化钠、氧化钡、氧化磷、三氧化二镉等。通常高炉矿渣中含氧化钙、二氧化硅、氧化铝高达90％以上。我国高炉矿渣的化学成分如表1-12所示。

表1-12　我国高炉渣的化学成分（％）

不同的高炉矿渣中，由于不含游离氧化钙，很适于用作瓷砖坯料。矿渣化学成分比较稳定，来源丰富，原料成本低，很适于配制陶瓷面砖坯料。

6.磷矿渣

属于磷矿开发、选矿后废弃的工业废料。此外，用磷矿石生产黄磷的工艺过程中亦形成比较多的磷矿渣。 他们的化学成分为：44.08％SiO2，0.47％Al2O3，0.49％Fe2O3，43.66％CaO，0.68％MgO，0.96％K2O，0.32％Na2O，0.96％P2O5，0.08％SO2，烧失量为 1.25％。 有关专家从其化学成分分析，认为磷矿渣属于经1100℃煅烧的非晶制假硅灰石。

磷矿渣中往往混有碳物质及水融碱。为了保证坯体烧制均匀，应先在1100℃以上温度煅烧后再使用。磷矿渣与硅灰石同样为瓷砖坯料提供氧化钙，且不含挥发成分，因此成为快速烧成面砖的理想原料。引入磷矿渣的面砖坯料，烧后有时略呈灰色，但以乳白釉遮盖即可。除用于坯料外，磷矿渣也被用于生产低温釉的熔块原料。另外，磷酸盐尾矿由于含有石英85％，磷酸钙6％，黏土6％等的矿物，亦被用于生产陶瓷砖的原料之一。我国早在20世纪70年代即开始采用磷矿渣、萤石矿渣等用于生产陶瓷砖。他们常含有较多的低熔点成分、烧失量少、收缩低，故很适合低温烧成生产工艺。

7.矾矿尾渣

我国是生产金属钒的产量大国，每年形成的矾矿尾渣数量大，为了用作瓷砖坯料已进行了多年的研究工作，将矾矿尾渣与其他陶瓷原料进行计算配比，经原料加工后再进行压制成形或挤压成形，支撑砖坯，经过高温烧成后，即为黑胎瓷砖产品。利用矾矿尾渣生产的瓷砖，烧结性能好，色泽纯正、质地坚硬耐磨，类似黑色天然花岗岩石料。

8.陶瓷业的废料

陶瓷砖企业在从事正常生产时，都会造成许多种类的工业废料。如用于淘洗原料及冲刷设备排出的废水，烧成后的瓷砖、西式瓦、卫生洁具经过产品检验后挑选出的废品，不可再用的匣钵与窑具等等。当前，对于陶瓷厂自身生产的工业废料的综合利用与回收利用的研究，已取得突破性进展，废弃的泥水经回收、拣去杂物、除铁外，又可以添加入陶瓷产品的配料中。对于废品、废匣与非窑具之类经过高温烧成的废料，则采用重新粉碎加工方法，将其磨碎成粒径在0.5mm以下，然后按3％的比例添加到陶瓷砖或西式瓦的配料中。近年来，国外的许多陶瓷砖企业都配备了带式回转磨机装置，专门对企业内部产生的废料进行再加工与回收利用，取得明显的经济效益与社会效益。让陶瓷企业真正形成无废料排放，实现良性循环的生产体制，已成为许多陶瓷砖企业追逐的目标。

9.城市垃圾

城市垃圾为人们日常生活中形成的废物、废渣、废料等，又分为有机垃圾和无机垃圾两类，其中无机垃圾包括废玻璃制品、垃圾尘土、废弃的装修材料、旧房拆迁物等非金属材料。经过化验分析发现，城市无机垃圾中含有二氧化硅、氧化铝等成分，经过处理后可作为陶瓷砖生产用坯料来使用。目前在美国和意大利已经开发出了城市垃圾的再生技术，可以使生活中的无机垃圾、废渣通过特殊的多功能焚化炉转化成生产陶瓷砖的原材料，生产出环保型陶瓷砖制品。据资料介绍，经过处理的废料在旋转式高温焚化炉中处理后，废料中的有机物被迅速气化蒸发，剩下的无机物废料在（1260～1538）℃高炉中熔融，形成玻璃状再生原材料，将再生原材料与可塑性原料经过混合、研磨，最后成型、烧成，能够生产出环保型陶瓷砖产品，其中再生原材料的添加量高达30％以上。

近年来，我国开发河底污泥生产陶瓷产品已取得突破性进展。报载由某陶瓷研究所与高校合作展开科技攻关，利用上海苏州河底污泥为原料烧制出陶瓷工艺制品。经过对河底污泥的分解、筛选及工艺配方，目前已生产出较洁白的陶瓷工艺品和陶瓷砖制品及陶粒制品，由此开拓出使城市河泥变废为宝、综合利用的新途径。我国现有数百座大中型城市，每年都有大量河底污泥有待清淤预处理，过去都作填埋处理，既占据了宝贵的良田耕地与城镇土地资源，又容易形成新的污染源。将城市垃圾用于烧制陶瓷制品，既缓解了环境污染，又降低了陶瓷产品的生产成本，可谓一举两得。更重要的是为绿色陶瓷砖的生产开辟了一条新途径。