硅酸锆在传统陶瓷中的应用现状及发展前景
时间：2021-01-07 04:02:17 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要:本文简略概述了硅酸锆在传统陶瓷中的应用状况、应用机理及其作用,分析了硅酸锆在传统陶瓷中的应用前景,提出了发展过程中需解决的一些主要问题。
关键词:硅酸锆;传统陶瓷;应用现状;前景
1引 言
在传统陶瓷产业中,硅酸锆及锆英粉是一种重要的原材料,其主要用于陶瓷釉料、坯料及色料,起乳浊增白的作用,且是镨锆黄、钒锆蓝等陶瓷色料中的主晶相(稳定相)。随着我国建筑卫生陶瓷、日用陶瓷产量的进一步提高,硅酸锆的用量呈现出不断增长的趋势。
2传统陶瓷对硅酸锆的要求
2.1 硅酸锆的生产加工
硅酸锆的生产加工是一种物理加工过程,其加工方法有两种——干法和湿法。干法加工由于能耗、噪音、环境污染等问题,已经基本淘汰;湿法加工最早是应用酸洗和煅烧工艺,但由于成本高、环境污染严重,现在也已基本上全部改造,主要采用大吨位的球磨机加工,相对于酸洗和煅烧工艺,更加环保与节能。
在我国,硅酸锆的湿法加工方式已基本趋于规范化,并逐渐实现了专业化、规模化与集约化,产品稳定性不断提高,产量也不断增大。我国硅酸锆加工企业主要集中在陶瓷墙地砖产区和经济较发达地区,如广东、福建、江苏、山东、辽宁等地,有阿科玛(广州)化学有限公司、广东潮州安泰锆业有限公司、潮州东方锆业有限公司、广东三水大鸿制釉有限公司、上海大鸿制釉有限公司、江苏脒诺甫纳米材料有限公司、江苏苏州化联高新陶瓷原料有限公司、辽宁营口阿斯创化工有限公司、福建三祥冶金有限公司、浙江升华拜克生物股份有限公司锆谷分公司、河南焦作化工厂、安徽中创、郑州振中电熔锆业有限公司、江苏宜兴拜富、江苏宜兴耀光、江苏常州东澳、江苏安达科釉料有限公司、山东金澳科技新材料有限公司、山东淄博北辰锆业有限公司等。
2.2 硅酸锆在传统陶瓷中的作用机理
硅酸锆在传统陶瓷中的主要作用有两个,一是增白(乳浊剂),二是稳定剂(色料的主晶相);另外,ZrO2可使色料在高温下呈色强、稳定性好。
硅酸锆的增白机理是在陶瓷坯釉烧成后形成斜锆石,从而对入射光波形成散射,这种散射一般称之为大粒子散射或米氏散射。
影响硅酸锆在釉料中乳浊效果的因素主要有:硅酸锆的加工细度、ZrO2的有效含量、硅酸锆的用量、硅酸锆的化学成分及杂质含量、硅酸锆在介质中的分散性。
2.3 传统陶瓷对硅酸锆的要求
传统陶瓷对硅酸锆的要求主要体现在以下几点:化学组成、颗粒粒径及分布状况、杂质相含量、放射性指标、烧失量及水份、品质的稳定性、供应量及价格。
2.3.1化学组成
硅酸锆的化学通式为ZrSiO4,理论化学组成为:ZrO2 67.2wt%、SiO2 32.8wt%。锆英砂因为杂质含量的不同而显红、黄、浅灰、棕色等不同颜色,表1列出了国内外不同产地的锆英砂的化学组成。
锆英砂研磨加工成硅酸锆后一般呈白色或浅灰色,容重大约为4.7g/cm3,粉体的堆积密度为1.0g/cm3左右。用作乳浊剂的硅酸锆,其 ZrO2 含量较为重要,直接影响其增白效果,随着ZrO2含量的增加,釉面白度值呈现增大的趋势,如表2所示。一般要求硅酸锆中ZrO2的含量大于64%,硅酸锆因ZrO2含量的不同而价格不同,ZrO2含量越高,价格越高,反之则低。
2.3.2颗粒粒径及分布状态
从实际生产中可以发现,随着硅酸锆颗粒度的增大,其乳浊增白的效果下降(但不呈线性关系),硅酸锆的颗粒分布与其增白效果的关系见表3。
硅酸锆的颗粒分布要求尽量保证窄分布,典型的硅酸锆颗粒分布如下:
D100:<10μm
D90:3～5μm
D50:1.2～2.0μm(一般要求D50≤1.5μm)
企业应尽量按以上粒径加工生产,才能使产品达到最佳的白度。
2.3.3 杂质相及含量
对硅酸锆乳浊作用不利的组成有Fe2O3、TiO2、Al2O3等,所以加工企业应尽量在选矿及加工过程中减少以上三种成分的含量,一般要求:Al2O3<1.0%,Fe2O3<0.1%,TiO2<0.1%。以上三个指标偏高时,硅酸锆的价格也会随之下降。
一般可采用强力除铁或酸洗工艺将Fe2O3的含量减少;含TiO2的金红石与锆英砂混在一起,选矿时可通过电选和磁选方法,降低金红石的含量;Al2O3一般是由研磨介质引入的,所以加工过程中应尽量采用磨耗小的Al2O3瓷球,或采用锆球石。
2.3.4 放射性
硅酸锆本身没有放射性,放射性的来源主要是锆英砂伴生的独居石(La、Ca、Th、U、Ra的磷酸盐)和磷钇石(Y、Th、U等的磷酸盐),由于世界各地地矿结构不同,所产锆石中放射性元素的含量也各不相同。表4和表5列
出了几种锆英砂的放射性及实验测定值。
从表4、5可以看出,澳大利亚锆英砂放射性相对较低;南非锆英砂的放射性相对稳定,略高于澳大利亚砂;印尼锆英砂的放射性相对较低,接近于澳大利亚砂;越南锆英砂放射性较高;海南锆英砂矿区不同放射性也不同,但总体偏高。
目前陶瓷墙地砖的放射性检测执行国标GB6566-2001,测定比活度限量。放射性有害于人体健康,无论是从市场准入,还是从环保与健康角度,都应尽量减少陶瓷砖的放射性,控制其放射性指标。
2.3.5用于色料中的锆英砂
高温镨锆黄(Pr-Zr)和钒锆蓝(V-Zr)要求锆原料中ZrO2的含量大于99.5%,以粉体颗粒活性大、晶形规则、分散性好为宜;普通型的镨锆黄(Pr-Zr)则要求ZrO2的 纯度大于98%。
3硅酸锆在传统陶瓷中的应用现状分析
我国锆英砂的主要产地是海南省以及广东湛江等地,每年锆英砂的开采量大约为6万吨,其中约60%～70%用来加工成硅酸锆。国产锆英砂远远不能满足我国传统陶瓷产业发展的需求,近年来从世界各地(澳大利亚、印度尼西亚、越南、南非等国)进口锆英砂的数量逐年增长。
从表6我们初步看到,我国锆英砂年消费量以3～4万吨的速度增长,预计到2010年我国锆英砂的消费量将达到56～57万吨。按65%锆英砂加工成硅酸锆分析,我国近几年传统陶瓷工业所消费的硅酸锆的数量(估算值)见表7。
在陶瓷墙地砖行业发展初期(1985～1995年),我国进口了大量的意大利公司的硅酸锆,尤其是质量较好的意大利红A、红B硅酸锆,但随着国产硅酸锆品质及产量的提高,进口量在大幅减小,目前我国陶瓷砖生产所采用的硅酸锆基本上为国产,传统陶瓷产业中硅酸锆的应用状况见表8。
硅酸锆在传统陶瓷釉料中的作用是作稳定剂,并可增加釉面的硬度、提高釉面的耐磨性。生产实践表明,釉料中硅酸锆的加入量小于4%时,增白不明显,而用量大于14%则浪费。生料釉中一般使用硅酸锆而少用或不用锆英粉,因为锆英粉较粗,增白效果欠佳。
釉面陶质内墙砖使用锆白熔块的量近几年明显增加,熔块加工企业生产状况良好,但是配方中一般使用锆英粉(325～800目),而不用硅酸锆。化妆土一般使用硅酸锆,一是使化妆土的白度增加,二是用来调整化妆土的膨胀系数和稳定性。随着“不透水化妆土(TiO2熔块)”的推广,对硅酸锆在化妆土中的应用有一定影响。
