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          珍珠巖在陶瓷中的應用
          2019-05-18
          珍珠巖是一種酸性火山玻璃質熔巖,在我國分布比較廣泛,黑龍江、吉林、遼寧、內蒙古、山西、河南等20多個省份均發現有珍珠巖礦。地質調查顯示:儲藏量達數十億噸,對其開發利用具有重大現實意義。

          前蘇聯曾于上世紀70年代中期,對陶瓷坯料中引入珍珠巖進行了系統研究,并投入了正式生產。我國陶瓷行業也于80年代進行了珍珠巖在建筑陶瓷和日用陶瓷領域的應用研究,取得了豐碩成果,已普及推廣使用。珍珠巖中含有大量玻璃相,在陶瓷坯體中熔融性強,既有利于莫來石晶體的較早形成、降低燒成溫度,也有利于燒結過程的展開、改進燒成質量。用珍珠巖代替高嶺土和長石等原料,不僅可以大大降低燒成溫度,減少生產成本,而且制品性能不受影響,這對推廣低溫快燒陶瓷工藝、節約能源具有重要意義,應用前景廣闊。

          一、珍珠巖的礦物組成及工藝特性

          珍珠巖屬于酸性火山巖漿噴發的玻璃質熔巖,因含有不同的色素離子,而且有黃白、灰白、淺綠、暗綠及褐、黑等顏色。礦石新斷口呈玻璃光澤,風化后呈油脂光澤。硬度為4~5(莫氏硬度)。耐火度1280~1360℃。

          珍珠巖常含有透長石,石英斑晶及各種形態的雛晶及穩晶礦物,如葉蠟石、黑云母、角閃石剛等。它的化學組成與花崗巖很相似,含有大量玻璃質,CaO、K2O、Na2O含量多。其化學組成范圍為:SiO2 68~75% ,Al2O3 9~14%,Fe2O3 0.9~4%,CaO 1~2%,MgO 0.4~1%,K2O 1.5~4.5%,Na2O 2.5~5%,H2O 3~6.5%。

          珍珠巖不含有結晶水,差熱曲線無明顯吸收、放熱峰。從珍珠巖熱失重曲線來看,珍珠巖吸附水分在80℃開始有少量蒸發,150~350℃曲線上升,脫水加劇。600~700℃時曲線趨平坦,說明水分蒸發已基本完畢。這與陶瓷坯體在燒成過程中水分蒸發時溫度變化基本一致。

          珍珠巖的始收縮溫度為1025℃;軟化溫度1175℃,軟化范圍150℃;其熔融溫度是1520℃,熔化范圍345℃。

          含珍珠巖的陶瓷坯體與石英?長石?粘土三元系統配方具有相同的工藝特性,但其燒成溫度大大降低,而且具有優良的熱穩定性和抗折強度。

          二、珍珠巖在陶瓷坯料中的應用

          1、珍珠巖中95%是玻璃相,其中72~78%為無定形石英。珍珠巖在細磨時,約2%的二氧化硅轉變為膠凝狀態,因而提高了坯泥的粘結性能,塑性大大提高,有利于成型工藝。

          2、在制作裝飾面磚的坯料中引入珍珠巖,允許在較大范圍內波動,對半成品的強度沒有影響,也不會導致坯體燒成變形,這主要是由于珍珠巖坯料具有較強的粘結能力和表面張力的緣故。增加珍珠巖的用量,在較低的燒成溫度下,就能促使坯體致密化,其胎體結構與含高嶺土的陶瓷制品相類似。

          3、應用配方:粘土27,珍珠巖33,熟料14, 石英砂9, 廢瓷面磚13, 膨潤土4,進行生產,生產出來的薄壁陶瓷面磚,半成品強度高,燒成溫度低,收縮小,膨脹系數低,坯體適合于快速燒成。通過對其相結構研究表明,在960℃溫度下燒成的該瓷磚,具有晶體的結構組成,莫來石以片狀形式存在,燒結程度高,制品呈貝殼狀。

          4、用珍珠巖配制的日用陶瓷坯料,在燒成后,胎質細膩,半透明度高,熱穩定性好。這是由于珍珠巖含有大量的玻璃相,在高溫中加速熔解坯體中的石英顆粒,加快莫來石的發育成長,促使瓷胎致密及坯釉結合牢固。提高了制品的機械強度,半透明度,化學穩定性和熱穩定性。

          5、在日用陶瓷生產中引入珍珠巖,配方中隨珍珠巖含量的增加,應相應增加高鋁原料的含量。在瓷器配方中,一般以α?Al2O3加入,γ-Al2O3不適合。因γ?Al2O3在溫度超過了1150~1200℃時,轉變為α?Al2O3,同時伴隨較大的體積收縮,從而使坯體結構疏松,機械強度降低。由于珍珠巖的存在,降低了燒成溫度,使陶瓷制品能夠在1150℃溫度下燒結,使加入γ?Al2O3成為可能。另外,γ-Al2O3有親水性,增加了坯泥的可塑性,改善了泥漿的流動性。微觀結構顯示,燒成制品的相的比例數量與一般瓷器相同,但莫來石量有所降低,由于其存在有氧化鋁和石英顆粒及高硅玻璃相,制品同樣具有較高的機械強度。

          6、有研究資料指出,在日用陶瓷配方中,珍珠巖用量一般不超過50%,如超過50%,坯體干燥強度降低,修坯、施釉及裝坯操作中破損嚴重。同時,制品在高溫下易變形,這主要是因為坯體中玻璃相太多之故。另外,日用陶瓷配方中引入珍珠巖量太大,制品白度降低,這是由于珍珠巖含有較多的氧化鐵所致。

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