建筑陶瓷厂某配方土的解胶实验研究
时间：2020-12-28 12:04:36 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：针对某建筑陶瓷厂的配方土进行解胶实验，加入市售减水剂九水偏硅酸钠，三聚磷酸钠，水玻璃，腐植酸钠以及自制聚丙烯酸钠，并对所述减水剂进行复配。通过对泥浆的含水率，流速，触变性以及ζ电位的测定，评价各减水剂及其复配对配方土的解胶作用。研究表明：只有水玻璃对此泥浆解胶效果最好，当泥浆含水率31.03%时，加入水玻璃1 g，流速达77.27 s，触变性1.04。
关健词：建筑陶瓷；减水剂；配方土；泥浆性能
1前言
近几十年来，随着中国建筑陶瓷产品需求的增加和工业的发展，产业高能耗一直是一个比较严重的问题。建陶产业的高能耗主要体现在干燥和烧成过程[1]。因此，泥浆中的水分应在满足生产要求的前提下越少越好。泥浆中水分含量越低，干燥和烧成所需的时间越少，消耗能量越少[2] ，陶瓷产品生产的成本越低。
为达到这个目的，企业一般在陶瓷泥浆中加入解凝剂，亦称减水剂、分散剂或解胶剂。解凝剂通过综合作用，能使泥浆含水量低的同时具有良好流动性、操作性和稳定性[3] 。然而国内建陶行业地区跨度较大，不同地区的坯料配方都会有差别[5]，所制备的泥浆性能也都不一样，加入的减水剂也需要根据泥浆的性能做出相应的变化。本文就某建筑陶瓷厂的配方土泥浆进行解胶，确定最佳减水剂的种类及其用量。
2实验
2.1实验原料
本实验所使用的配方土，由高安某建陶厂提供，其化学组成见表1。由图1所示的XRD结果可知，该配方土的主要矿物成分为石英，白云母，高岭石。
2.2实验试剂
本实验所用试剂包括如下工业级化工原料：三聚磷酸钠，九水偏硅酸钠，水玻璃，腐植酸钠，聚丙烯酸钠（本课题组自制）。
2.3 实验过程
2.3.1 泥浆的制备
实验前取配方土放入烘箱中于105℃烘至恒重，然后放入颚式破碎机中进行粗碎备用。每组实验均用电子称称量200 g配方土装入球磨罐中，加入350 g氧化铝球磨子，并加入一定量的水和减水剂，球磨5 ～ 10分钟。
2.3.2 流动性和触变性的测试
在室温下，取100 ml配方土泥浆倒入涂式杯中，分别测量泥浆静置30 s、5 min后从涂式杯流出所用的时间（s）。用t30s表示泥浆的流动性，测量其流速，触变性=t5min/t30s；其中t30s和t5min分别表示泥浆静置30 s和5 min从涂式杯流出所用的时间。
2.3.3 泥浆ζ电位测试
取2 g球磨好的配方土泥浆，用50 ml自来水稀释，搅拌均匀后采用宏观电泳仪测量其ζ电位[4]。同一样品测量5次，取平均值。
2.3.4 泥浆含水率测试
称量部分泥浆W1，放入烘箱中烘干至恒重，并称量烘干后重量W2，计算其含水率=（W1-W2）/W1×100%。
3实验结果及讨论
3.1 不加减水剂时泥浆——水系统性能
表2为没有加减水剂时，泥浆-水系统性能测试结果。从表2中可以看出此配方土的流动性较差，加入160～180 g水时，泥浆没有流动性。只有当含水率到48.72%时，泥浆才流动，但此时泥浆的含水率过高，大幅提高了喷雾干燥的能耗，达不到建陶厂的生产要求。
3.2 九水偏硅酸钠对泥浆性能的影响
泥浆中加入的九水偏硅酸钠含量从0.5 ～ 1.5 g，水含量110 ～ 90 g，测量的流速，触变，含水率及ζ电位的结果如表3所示。
图2为泥浆流速与ζ电位比较图，ζ电位与流速的变化趋势无相关性。这表明九水偏硅酸钠对于泥浆的解胶作用不全是因为静电效应。当往泥浆中加入0.5 g九水偏硅酸钠，水含量为110 g时，泥浆流速为32.06 s。保持九水偏硅酸钠的量不变，减少水含量至100 g，流速下降，为62.28 s，并且触变值较大。继续增加九水偏硅酸钠的量和减少含水量，泥浆流速急剧下降到163.62 s。对比图2可以看出，泥浆的ζ电位开始是降低的，流速是减小的。这有可能是由于泥浆中引入的Na+过多，压缩扩散层[6]，双电层厚度变小导致胶粒之间斥力减小，流动性降低。之后在含水率31.03%不变的情况下，继续添加九水偏硅酸钠，减水效果都不好。这表明对于此泥浆而言，单一的九水偏硅酸钠有一定的解胶效果，但泥浆触变性较大。
3.3 三聚磷酸钠对泥浆性能的影响
泥浆中加入的三聚磷酸钠从0.5 ～ 1 g，水含量從100 ～ 90 g，测量的流速，触变，含水率及ζ电位的结果如表4所示。
从表4中可以看到，除泥浆中加入0.5 g三聚磷酸钠，含水率33.33%时，泥浆流速为23.53 s，其他情况下泥浆均不流动。这表明对于此泥浆而言，单一的三聚磷酸钠的解胶范围太窄，适用性不行。
3.4 腐植酸钠对泥浆性能的影响
泥浆中无论是改变加入的腐植酸钠的量（0.5 ～ 1 g），还是改变水含量（100 ～ 140 g），泥浆均不流动（见表5），这表明单一的腐植酸钠对此泥浆无明显解胶效果。
3.5 水玻璃对泥浆性能的影响
泥浆中加入的水玻璃含量从0.5 ～ 1 g，水含量从100 ～ 90 g，测量的流速，触变，含水率及ζ电位的结果如表6所示。
从表6中可以看出，当加入0.5 g的水玻璃，含水率为33.33%时，泥浆流动性良好，流速为40.62 s。当含水率降至32.20%，水玻璃量不变时，流速下降为67.05 s，继续减少含水量，泥浆流速急剧下降到112.47 s，流动性变差。
对比图3可知，这三组实验中泥浆的ζ电位反而增加了。这可能是由于泥浆的含水率下降，Na+的浓度上升，导致ζ电位增加，但自由水含量少了，泥浆流动性还是变差。为了使泥浆在低含水率下性能良好，继续增加水玻璃的加入量，当其加入量为1 g时，流速达77.27 s。水玻璃作为一种无机减水剂，其解胶机理主要在于利用胶粒间的静电效应。然而从图3可以看到，所测ζ电位与泥浆流速并无相关性，这与九水偏硅酸钠的结果一致，但水玻璃的解胶效果却比九水偏硅酸钠好，可能是因为在解胶过程中硅酸根离子起到了重要作用。研究表明，硅酸根离子可与泥浆中的Ca2+、Mg2+形成难溶物[7]，促进了Na+的交换作用，使泥浆的粘度减小，流动性增加。本实验所用水玻璃中的Si：Na的比例比九水偏硅酸钠中的高，当往泥浆中引入同等量的Na+的情况下，水玻璃含硅酸根离子更多，解胶作用更强。
