霞石在玻化抛光砖中的应用
2010-04-20 10:43:44 作者：邓建国 来源： 浏览次数：0
在陶瓷和玻璃工业生产中，由于都大量使用长石作为助熔剂原料，而长石的矿源有限，霞石相对于长石具有独特的低温熔融性。因此，霞石矿物作为陶瓷原料，国外早已进行了卓有成效的研究，并广泛应用于生产，在加拿大、前苏联、巴西、挪威、美国等普遍引入霞石矿物作为陶瓷的熔剂原料。天然霞石是以不规则的颗粒状或晶体存在于岩石里，成矿条件各不相同，化学成分含量各有差异因此开采出来的霞石矿床富矿较少。为使加工处理的霞石矿物能够更加合理的应用，笔者就霞石的特性及其在陶瓷中的作用机理和在玻化抛光砖中的应用进行分析研究。
１、霞石矿物的物化性能及产状
霞石（Na,K）[AlSiO4]，Al2O3含量为23%左右，SiO2含量为40%～72%，K2O＋Na2O含量为14%～20%，远远高于长石类，还伴有Fe2O3、CaO、P2O5、TiO2、MgO、MnO2等氧化物。
霞石属六方晶系，Ｌ６对称型。晶体少见，呈小柱状或厚板状，并呈貌似单晶的双晶出现，这由晶面蚀象和条纹得到证明，通常成粒状或致密块状。霞石的外观是无色，灰白色或灰色微带浅黄、浅褐、浅红等色调。晶面显玻璃光泽，断口呈油脂光泽。Ｎｍ＝1.523～1.547；Ｎｐ＝1.529～1.542；Ｎｇ＝1.526～1.543；Ｎｇ－Ｎｐ＝0.003～0.006，硬度５～６，比重2.6，为浅色不透明的块体，且具有显著油脂光泽的称为脂光石。霞石的集合体通常为粒状和致密块状，在1060℃开始烧结，随着碱金属氧化物含量的变化，在1150～1200℃内熔融，其结晶构造有它的独特性。构成中２/３铝离子与其余１/３铝离子处于不同位置上，在自然条件下当其分解时，２/３的铝形成钠沸石，而１/３的铝形成高岭石。
1.2霞石在我国的分布
我国霞石矿资源从已探明的矿床来看，储量丰富，分布广泛。除四川南江地区的霞石外，云南个旧、河南安阳、皖西、湖北随州、吉林永胜等地区都有霞石正长岩矿。另外，还有产于山西临县霞石正长岩、霞石正长斑岩，以及产于苏皖交界的铜井镇娘娘山响岩等。
２ 霞石在陶瓷中的作用机理
用霞石作陶瓷原料，显示出独特的性质。霞石与钾长石、钠长石相似的化学作用，甚至比钠长石、钾长石的熔融性能都要强。就相对用量而言，钠长石中Ｎａ２Ｏ含量为11.8%，钾长石中Ｋ２Ｏ含量为16.9%。而霞石中Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ含量为19%左右，ＭｇＯ＋ＣａＯ含量一般为１％～５％，１份霞石中含有的助熔剂量相当于１．２份钾长石、1.7份钠长石，因此呈现较强的熔剂效应。此外，霞石中不含或很少含游离石英，而且高温下能熔解石英使熔液粘度提高，因而制得的产品不易变形、热稳定性好。再者，霞石正长岩中Ａｌ２Ｏ３的含量比正长石高，一般在23%左右，故成瓷的机械强度有所提高，使坯体烧成时间不易坍塌。
３ 应用
由于霞石所具有显著的独特性，我们选用四川南江霞石用于试制大规格玻化抛光砖，一次成功，取得了显著的经济效益。同时，为陶瓷新原料开发和利用探索出了一条道路。其试制过程如下：
3.1矿物原料及其化学组成
配方用矿物原料化学组成（见表１），坯体配方组成（见表２）。
表１ 矿物原料化学组成
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 烧失
膨润土 59.48 19.33 2.18 0.03 3.81 5.18 0.23 0.08 10.74
威远土 61.16 13.14 2.04 0.19 3.51 5.53 9.05 4.54
黑 土 44.91 38.18 1.42 0.14 1.10 0.50 13.80
叙永土 38.93 37.12 1.26 0.12 0.99 1.10 18.86
瓷 石 72.96 16.56 0.32 0.08 0.28 0.40 5.10 1.28 2.85
霞 石 40.02 29.72 0.25 4.08 0.62 5.14 14.72 3.72
钾长石 64.28 19.14 0.16 0.04 0.12 0.10 12.93 2.30 0.71
滑 石 58.16 0.72 1.12 1.74 32.46 6.50
白 砂 90.08 4.69 0.32 0.56 1.15 1.00 2.30
表２ 坯体配方组成（质量％）
瓷石 膨润土 威远土 黑 土 霞 石 叙永土 白 砂 钾长石 滑石
36.5 3.0 3.0 4.0 13.0 8.0 25.5 4.5 2.5
其坯式为：0.062 CaO 0.083 MgO 0.972 Al2O3 3.539 SiO3 0.199 K2O 0.028 Fe2O3 0.006 TiO2 0.138 Na2O
3.2生产工艺流程
硬质原料＋软质原料→喂料机（称量）→球磨机→过筛除铁→坯料→浆池→过筛除铁→高位浆池→喷雾干燥塔→粉料过筛→料仓→压制成形→干燥→烧成→抛光线→分选→包装入库
3.3生产工艺参数
料：球：水＝１:1.55:0.55；泥浆含水率：33.5%～34.5%；瘠性料入磨＜5mm；泥浆细度：3.5～4.0%(325目筛余)；泥浆粘度：0.5～0.7Ｐａ·ｓ；粘土类原料风化期不少于３个月；喷雾干燥机尾温度：63～680℃；喷雾干燥塔顶温度450～500℃；喷雾干燥柱塞泵压力：1.6～2.0ＭＰａ；粉料水分：６％～７％；粉料容重：１±0.03g/ｃｍ３；粉料陈腐：不少于48h；压砖机额定压力：3000t；成形压力35～42ＭＰａ；生坯抗折强度：＞0.75ＭＰａ；干燥辊道窑长：14m；干燥周期：12～14min；干燥温度：200℃；窑坯体水分：＜２％；干燥残余水分：＜１％；烧成气氛：氧化气氛；烧成温度：1180℃；烧成周期：95m，单层辊道窑60min左右。
3.4产品性能测试结果
烧成收缩率：9.5%～10%；吸水率：＜0.2%；抗折强度：40ＭＰａ；耐急冷急热性：10次循环无裂纹；耐酸碱性：Ａ级；表而莫氏硬度：≥６级；耐污性：≥２级；产品合格率：＞90%。
3.5结果分析
使用霞石的这组配方投入生产一年多来，其生产出的500×500mm、600×600mm大规格玻化抛光砖，产品合格率始终保持在90%以上，产品质量优良，所有理化性能指标全部达到或超过国家超标准。在该配方中引入霞石替代长石具有显著的优点：①由于霞石中含有大量的碱金属和碱土金属氧化物助熔剂，使其熔融性能明显高于钠长石，降低了烧成温度，缩短了烧成周期；②霞石在高温状态下具有防坍塌的优点，提高了产品的防变形能力；③由于霞石中ＳｉＯ２含量为40.02%，无游离石英存在，ＳｉＯ２处于不饱和状态，在高温条件下２ＡｌＳｉＯ４＋４ＳｉＯ２→２ＮａＡｌＳｉ３Ｏ８，提高了熔液粘度，也提高了产品的热稳定性；④由于霞石的良好助熔性及ＳｉＯ２含量低（仅４０％左右）的特性，因此，在配方中大量引入白砂（25.5%）其提供的ＳｉＯ２。白砂的价格低廉，原料储量丰富，可大大降低配方成本（260元/ｔ，未使用霞石的配方成本300元/ｔ）。
霞石主要生成于碱性岩及其伟晶岩中。随着钾长石、钠长石的逐年巨量开采，在陶瓷生产中用霞石作为长石代用品，不失为一种开发新原料、使用新原料的好举措。理论分析和生产实践证明，在玻化抛光砖中用霞石矿物作为陶瓷助熔剂原料，能显著降低产品烧成温度，大降低生产成本，提高产品质量，实现产品低慢快速烧成。
１、霞石矿物的物化性能及产状
霞石（Na,K）[AlSiO4]，Al2O3含量为23%左右，SiO2含量为40%～72%，K2O＋Na2O含量为14%～20%，远远高于长石类，还伴有Fe2O3、CaO、P2O5、TiO2、MgO、MnO2等氧化物。
霞石属六方晶系，Ｌ６对称型。晶体少见，呈小柱状或厚板状，并呈貌似单晶的双晶出现，这由晶面蚀象和条纹得到证明，通常成粒状或致密块状。霞石的外观是无色，灰白色或灰色微带浅黄、浅褐、浅红等色调。晶面显玻璃光泽，断口呈油脂光泽。Ｎｍ＝1.523～1.547；Ｎｐ＝1.529～1.542；Ｎｇ＝1.526～1.543；Ｎｇ－Ｎｐ＝0.003～0.006，硬度５～６，比重2.6，为浅色不透明的块体，且具有显著油脂光泽的称为脂光石。霞石的集合体通常为粒状和致密块状，在1060℃开始烧结，随着碱金属氧化物含量的变化，在1150～1200℃内熔融，其结晶构造有它的独特性。构成中２/３铝离子与其余１/３铝离子处于不同位置上，在自然条件下当其分解时，２/３的铝形成钠沸石，而１/３的铝形成高岭石。
1.2霞石在我国的分布
我国霞石矿资源从已探明的矿床来看，储量丰富，分布广泛。除四川南江地区的霞石外，云南个旧、河南安阳、皖西、湖北随州、吉林永胜等地区都有霞石正长岩矿。另外，还有产于山西临县霞石正长岩、霞石正长斑岩，以及产于苏皖交界的铜井镇娘娘山响岩等。
２ 霞石在陶瓷中的作用机理
用霞石作陶瓷原料，显示出独特的性质。霞石与钾长石、钠长石相似的化学作用，甚至比钠长石、钾长石的熔融性能都要强。就相对用量而言，钠长石中Ｎａ２Ｏ含量为11.8%，钾长石中Ｋ２Ｏ含量为16.9%。而霞石中Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ含量为19%左右，ＭｇＯ＋ＣａＯ含量一般为１％～５％，１份霞石中含有的助熔剂量相当于１．２份钾长石、1.7份钠长石，因此呈现较强的熔剂效应。此外，霞石中不含或很少含游离石英，而且高温下能熔解石英使熔液粘度提高，因而制得的产品不易变形、热稳定性好。再者，霞石正长岩中Ａｌ２Ｏ３的含量比正长石高，一般在23%左右，故成瓷的机械强度有所提高，使坯体烧成时间不易坍塌。
３ 应用
由于霞石所具有显著的独特性，我们选用四川南江霞石用于试制大规格玻化抛光砖，一次成功，取得了显著的经济效益。同时，为陶瓷新原料开发和利用探索出了一条道路。其试制过程如下：
3.1矿物原料及其化学组成
配方用矿物原料化学组成（见表１），坯体配方组成（见表２）。
表１ 矿物原料化学组成
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 烧失
膨润土 59.48 19.33 2.18 0.03 3.81 5.18 0.23 0.08 10.74
威远土 61.16 13.14 2.04 0.19 3.51 5.53 9.05 4.54
黑 土 44.91 38.18 1.42 0.14 1.10 0.50 13.80
叙永土 38.93 37.12 1.26 0.12 0.99 1.10 18.86
瓷 石 72.96 16.56 0.32 0.08 0.28 0.40 5.10 1.28 2.85
霞 石 40.02 29.72 0.25 4.08 0.62 5.14 14.72 3.72
钾长石 64.28 19.14 0.16 0.04 0.12 0.10 12.93 2.30 0.71
滑 石 58.16 0.72 1.12 1.74 32.46 6.50
白 砂 90.08 4.69 0.32 0.56 1.15 1.00 2.30
表２ 坯体配方组成（质量％）
瓷石 膨润土 威远土 黑 土 霞 石 叙永土 白 砂 钾长石 滑石
36.5 3.0 3.0 4.0 13.0 8.0 25.5 4.5 2.5
其坯式为：0.062 CaO 0.083 MgO 0.972 Al2O3 3.539 SiO3 0.199 K2O 0.028 Fe2O3 0.006 TiO2 0.138 Na2O
3.2生产工艺流程
硬质原料＋软质原料→喂料机（称量）→球磨机→过筛除铁→坯料→浆池→过筛除铁→高位浆池→喷雾干燥塔→粉料过筛→料仓→压制成形→干燥→烧成→抛光线→分选→包装入库
3.3生产工艺参数
料：球：水＝１:1.55:0.55；泥浆含水率：33.5%～34.5%；瘠性料入磨＜5mm；泥浆细度：3.5～4.0%(325目筛余)；泥浆粘度：0.5～0.7Ｐａ·ｓ；粘土类原料风化期不少于３个月；喷雾干燥机尾温度：63～680℃；喷雾干燥塔顶温度450～500℃；喷雾干燥柱塞泵压力：1.6～2.0ＭＰａ；粉料水分：６％～７％；粉料容重：１±0.03g/ｃｍ３；粉料陈腐：不少于48h；压砖机额定压力：3000t；成形压力35～42ＭＰａ；生坯抗折强度：＞0.75ＭＰａ；干燥辊道窑长：14m；干燥周期：12～14min；干燥温度：200℃；窑坯体水分：＜２％；干燥残余水分：＜１％；烧成气氛：氧化气氛；烧成温度：1180℃；烧成周期：95m，单层辊道窑60min左右。
3.4产品性能测试结果
烧成收缩率：9.5%～10%；吸水率：＜0.2%；抗折强度：40ＭＰａ；耐急冷急热性：10次循环无裂纹；耐酸碱性：Ａ级；表而莫氏硬度：≥６级；耐污性：≥２级；产品合格率：＞90%。
3.5结果分析
使用霞石的这组配方投入生产一年多来，其生产出的500×500mm、600×600mm大规格玻化抛光砖，产品合格率始终保持在90%以上，产品质量优良，所有理化性能指标全部达到或超过国家超标准。在该配方中引入霞石替代长石具有显著的优点：①由于霞石中含有大量的碱金属和碱土金属氧化物助熔剂，使其熔融性能明显高于钠长石，降低了烧成温度，缩短了烧成周期；②霞石在高温状态下具有防坍塌的优点，提高了产品的防变形能力；③由于霞石中ＳｉＯ２含量为40.02%，无游离石英存在，ＳｉＯ２处于不饱和状态，在高温条件下２ＡｌＳｉＯ４＋４ＳｉＯ２→２ＮａＡｌＳｉ３Ｏ８，提高了熔液粘度，也提高了产品的热稳定性；④由于霞石的良好助熔性及ＳｉＯ２含量低（仅４０％左右）的特性，因此，在配方中大量引入白砂（25.5%）其提供的ＳｉＯ２。白砂的价格低廉，原料储量丰富，可大大降低配方成本（260元/ｔ，未使用霞石的配方成本300元/ｔ）。
霞石主要生成于碱性岩及其伟晶岩中。随着钾长石、钠长石的逐年巨量开采，在陶瓷生产中用霞石作为长石代用品，不失为一种开发新原料、使用新原料的好举措。理论分析和生产实践证明，在玻化抛光砖中用霞石矿物作为陶瓷助熔剂原料，能显著降低产品烧成温度，大降低生产成本，提高产品质量，实现产品低慢快速烧成。