江期鸣

（广东金意陶陶瓷集团有限公司，佛山528000）

关健词：江西原料；仿古砖；坯体；配方

1 前言

仿古砖一直是瓷砖产品中一类主流品种。它不同于抛光砖和瓷片，仿古砖通过样式、颜色、图案仿造以往的样式做旧，具有仿古效果，或者说它更接近“自然”的状态，因此，人们称它为“仿古砖”。除此称呼外，还有复古砖、古典砖、瓷质釉面砖等。仿古砖通常是指有釉装饰砖，其坯体以瓷质为主，也有炻瓷、细炻和炻质的，釉是以亚光釉为主，色调则以黑色、白色、灰色、棕色、咖啡色、暗红色等为主。仿古砖蕴藏的文化、历史内涵与丰富的装饰手法，使其成为欧美市场的瓷砖主流产品，其在国内也得到了快速的发展。仿古砖的应用范围较广且有墙地一体化的发展趋势，其创新设计与创新技术赋予仿古砖更高的市场价值与生命力[1]。

但随着社会经济及陶瓷行业的快速发展，陶瓷的生产需要消耗大量的能源与泥、砂、石等不可再生的矿物资源，尤其对于建筑卫生陶瓷，陶瓷矿产资源需求巨大且浪费严重，造成许多优质陶瓷原料资源濒临枯竭，原料价格快速上涨[2]。这些因素限制了瓷砖的产品质量得不到提升。

本研究旨在选择江西原料为坯用原料，同时利用陶瓷废料，在降低生产成本的同时，优化生产工艺过程，提高瓷砖质量，对某厂仿古砖的坯体配方进行改进。

2 原料性能与配方设计

2.1 原料选择与配方设计原则

根据仿古砖的性能与工艺要求，并结合企业的实际情况，在原料选择与配方设计时应考虑以下几个原则[3]：（1）首先需综合考虑配方成本，尽可能地使用江西及附近的原料；（2）尽量选择解胶性好、白度好、铝含量高的原料；（3）选择适当的可塑性原料时，干燥强度要高，但不能有干燥裂与黑心现象；（4）配方应调整适当的泥砂石比例，以保证合理的配方结构。

2.2 原料性能分析

2.2.1 原坯用原料化学分析

某厂原坯料配方所使用的原料及其化学分析见表1。

2.2.2 现坯用原料化学分析

为改善仿古砖的坯体配方对生产的影响，寻找了一些江西本地原料对原配方中的部分原料进行替换，并加以利用陶瓷废料，新坯料配方所使用的替换原料及其化学分析见表2。

2.3 配方设计

表3列出了某厂原坯料配方的组成，为调整合理的配方结构，优化配方工艺，使用了新江西原料进行替代，并重新调整了配方比例，新配方见表4。

表1 原坯料配方原料及其化学组成（wt%）

表2 新坯料配方替换原料及其化学组成（wt%）

表3 原坯料配方组成（%）

表4 新坯料配方组成（%）

3 生产工艺流程与主要工艺参数

3.1 生产工艺流程

仿古砖生产工艺流程如图1。

图1 仿古砖生产工艺流程

3.2 主要工艺参数

仿古砖生产工艺参数见表5。

表5 仿古砖生产工艺参数

4 结果与讨论

4.1 产品主要理化性能

新坯料配方经过小试、中试、大试等环节多次验证，已正式进入大生产，根据国标进行检测，生产的仿古砖产品物化性能数据见表6。

表6 仿古砖的主要性能指标

4.2 原料对仿古砖化学组成的影响

如表7所示，因所选原料和配方结构不同，新旧坯料配方化学组成也有一定差异。从新旧坯料配方化学组成对比可以发现一些变化趋势：（1）Al2O3含量有所增加，有利于增加仿古砖抗折强度；（2）Fe2O3等杂质的减少，可提高仿古砖砖坯白度；（3）烧失量略有减少，能减少仿古砖制品变形、开裂、黑心等缺陷；（4）随Al2O3含量提高，制品烧成温度也会相应提高，为不调整窑炉温度和引起砖形变化，保持熔剂K2O、Na2O总含量基本不变，增加MgO含量，以达到降低仿古砖烧成温度的目的。

4.3 原料对仿古砖解胶性能的影响

在相同实验条件下，表8列出了原坯料配方中所有原料测试得到的流速结果，表9则列出了新坯料配方中原料流速结果。

从表8与表9的数据对比可以看出，新配方所使用原料的解胶性整体上比原配方所使用的原料要好，所以，坯料泥浆性能在比重都为1.69 g/ml的情况下，流速由原配方的90 s降至现配方的50 s左右。

根据胶体理论可知，在粘土固/液分散系统中，若粘土粒子的表面电荷密度增大，胶团的双电层厚度加厚，胶粒和胶粒间的距离增加，分散系统的粘度降低，系统的ζ电位增加，粒子间的排斥力增大，稳定性提高，有效防止了胶粒间的团聚和沉淀，从而泥浆的流动性增加。如果在分散系统中双电层中主要是高价阳离子，那么双电层厚度就较薄，粒子间的引力较大，电荷密度也较小。高价阳离子（如 Ca2+、Mg2+）的吸引使整个胶粒的静电荷变低，因而斥力减少，引力增大，ζ电位下降使泥浆的流动性能降低[4]。

另外，通过对坯浆筛余检测，结果表明，筛余物中存在大量的云母成分。且在除铁过筛的生产过程当中，取筛内余物，也有大量云母，并会经常堵塞筛孔。对原料进行观察检测发现，云母主要来源于宜春砂原料，矿料中有闪闪发光的鳞片状粉末，对坯浆流速有较大影响。云母是钾、铝、镁、铁、锂等金属的铝硅酸盐，单斜晶系，都是层状结构，层状机理非常完全。在球磨的过程中，由于层状结构，很难将其磨细。

所以，在新配方中，对坯浆解胶性能影响较大的几种原料包括抚州膨润土、吉安白泥、抚州黑泥、重庆铝矾土和宜春砂等，进行减量或替换。

4.4 原料对仿古砖白度的影响

陶瓷一般需要经历高温烧结过程，因此，陶瓷原料白度一般定义为烧白度检测。即将陶瓷原料先压成小饼或小条样，再放置窑炉或电炉内烧制，然后检测其表面白度。白度主要受原料的化学组成、烧结气氛和烧成温度等因素影响。在检测原料时，原料中的铁钛含量是影响坯体白度最主要的因素。在烧结过程中烧成气氛的不同会影响到铁、钛存在的价数，不同价数的铁、钛会有不同的呈色。基本上而言，铁钛含量高，白度就低[5]。

在相同实验条件下，表10和表11分别列出了原配方和新配方所使用原料的白度值。结果表明，原配方中吉安白泥、鹅湖砂、九江长石尾矿、上饶瓷石白度较低，直接影响坯体整体白度。且鹅湖砂、九江长石尾矿、上饶瓷石烧后呈红褐色，使得坯底色偏红色调。因此，在选择坯体原料时，应选用铁钛含量较低，烧后色调成色好的原料。

4.5 原料对仿古砖黑心程度的影响

表7 新旧坯料配方化学组成对比(%)

表8 原坯料配方中所有原料的解胶性（s）

表9 新坯料配方中所有原料的解胶性（s）

表10 原坯料配方中所有原料的白度

表11 新坯料配方中所有原料的白度

经原料单烧发现，原配方中吉安白泥、抚州黑泥、重庆铝矾土都存在黑心现象,致使仿古砖成品也有黑心缺陷存在的可能，黑心缺陷会影响陶瓷产品的强度、吸水率、色泽等性能指标。主要原因是：在烧成过程中，低温阶段发生有机物的分解和如下的氧化反应：

在此阶段如果有机物、碳化物、硫化物氧化不足，有机物的分解和上述的氧化反应就无法完全地进行，从而生成碳粒和铁质的还原物，C、FeS2和FeO等过多地残留积聚在样品内而使其呈黑色、灰色或黄色。因此，为消除黑心缺陷，一方面，须在300~850℃让有机物、铁化合物和碳充分氧化，另一方面，应从原料着手，存在黑心的原料应少用或不用[6]。

另外，一般黑心现象在粘土原料中存在比较普遍，对于粘土原料还需注意的是，粘土的干燥敏感性能。特别是100~300℃阶段，如果收缩突然剧烈，说明该粘土对干燥特别敏感，加入这种粘土容易引起坯体干燥开裂。原坯体配方中的吉安白泥就存在这个现象。在配方设计时要注意对该粘土量的控制，尽量避免或少用这类粘土[7]。

4.6 原料对仿古砖抗折强度的影响

通过原配方与新配方对比，新坯料配方的Al2O3含量有所增加，这有利于提高仿古砖抗折强度。抗折强度数值增加了约7.5%。这是因为在烧结过程中，熔剂高温熔融形成粘稠的玻璃熔体，部分高岭土和石英颗粒再熔解其中。Al2O3的增加，能促进高岭土残余物的颗粒相互扩散和渗透，因而加速莫来石晶体的形成和发育，获得更高的晶相比例，从而提高成品抗折强度[8]。

4.7 原料对仿古砖针孔与气泡的影响

在原坯料配方中，宜春低温砂和九江长石尾矿这两种原料容易造成仿古砖产生针孔与气泡的缺陷。

对于九江长石尾矿，其化学组成中Ca含量高达2.9%左右，在烧成的过程当中，会发生碳酸钙分解，产生大量气体，反应式如下：

而对于宜春低温砂，从单料烧样可以看出，原料在1170℃左右的窑炉烧后边棱全部圆化，且过烧膨胀。经测试得到，其Li含量约0.2%，它可能是一种钾钠长石与含少量锂云母的混合矿物原料。此原料会使坯体的始熔温度偏低，造成表面过早封闭，使内部的气体不能完全排出。且在烧成的过程当中，会发生如下的分解反应[9]：

仿古砖在烧成过程的低温阶段，会发生有机物、碳化物、硫化物等的分解或氧化反应，当进入高温阶段后，坯体就出现液相，反应所产生的气体无法自由排出坯体外，这样就造成仿古砖出现针孔、气泡等缺陷，特别是快速烧成时，有机质可能得不到充分氧化，会使仿古砖甚至发生发泡、变形等后果[10]。

4 结论

（1）按新配方生产的仿古砖经抽样检测，吸水率、抗折强度、抗热震性、抗冻性、防污性等理化性能均达到国家有关标准；

（2）选择解胶性好的原料，会使浆料整体流动性好，提高球磨和喷雾造粒的效率与产能，减少能耗；

（3）原料中的铁钛含量是影响坯体白度最主要的因素；

（4）粘土原料应选择可塑性强的，但同时要考虑到是否会产生黑心和干燥开裂现象；

（5）烧失量较少、收缩稳定的坯料配方，能减少仿古砖制品变形、开裂、黑心等缺陷；

（6）增加配方中Al2O3含量，会促进莫来石晶体的形成和发育，获得更高的晶相比例，从而提高仿古砖成品抗折强度；

（7）易造成仿古砖产生针孔、气泡等缺陷的原料在配方中应尽量避免使用；

（8）优化泥砂石比例，以保证合理的配方结构，利于配方后期能快速方便进行调整；

（9）选用本地及附近原料，能方便运输，降低仿古砖成本；

（10）合理利用陶瓷废料，不仅能降低生产成本，而且能保护环境。