CN102424582A - 一种陶瓷烧成添加剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种陶瓷烧成添加剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷烧成添加剂及其制备方法与应用。该制备方法是将聚合铝加入去离子水中溶解，配制聚合铝溶液，静置；将硅酸钠配成SiO2质量含量1.8~2.2%的溶液；将纯H2SO4加水稀释，滴加进硅酸钠溶液中，同时不断搅拌，然后陈化3~6h，得到活化硅酸溶液；按Si/Al质量比为0.2~1.2，在60~80℃水浴条件下，将所得的聚合铝溶液滴入活化硅酸溶液，待滴定完后继续搅拌2~4h，之后过滤分离沉淀，洗涤烘干后得到陶瓷烧成添加剂。陶瓷坯料中加入0.5～5%的烧成添加剂。将陶瓷烧成添加剂引入陶瓷配方，可促进陶瓷主晶相莫来石的形成，在保证陶瓷显微结构的前提下，可降低陶瓷烧成温度，达到降低能耗的目的。

Description

一种陶瓷烧成添加剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及到陶瓷材料领域中的陶瓷烧成添加剂，特别是涉及一种陶瓷烧成添加剂及其制备方法，该烧成添加剂引入陶瓷配方中，可促进烧成过程中陶瓷主晶相莫来石在较低温度生成，达到降低陶瓷烧成温度、节省能耗的目的。
背景技术
我国是陶瓷生产大国，传统陶瓷非常发达。陶瓷生产能耗较高，其中烧成过程热耗占陶瓷生产综合能耗的60％左右，因而降低陶瓷生产能耗的重点集中在降低烧成热耗上。根据陶瓷热工学计算原理，越是高温烧成时，能源消耗越多。烧成温度从1200℃上升到1300℃时，烧成总能耗增加约35％左右，产品综合能耗增加约20％。因此，降低烧成温度对节能降耗，同时也对陶瓷行业的经济效益具有非常重大的意义。
建筑卫生陶瓷产品主要晶相为莫来石，莫来石形成温度较高，制约了陶瓷烧成温度的下降，降低陶瓷烧成温度的关键在于降低莫来石矿物的形成温度。降低莫来石形成温度的途径包括：采用反应活性较高的硅铝质原材料代替传统原材料；采用热压烧结等方法取代传统的烧成工艺；采用湿化学方法制备粉体；引入添加剂促进莫来石形成。采用添加剂是工业生产中技术经济上较为可行的方案，陶瓷添加剂是陶瓷生产中为满足工艺要求和性能需要所添加的化学添加剂的通称，正确选择和使用添加剂，已经成为提高陶瓷产品质量的关键因素之一。
发明内容
本发明的目的在于，针对目前陶瓷行业中，烧成温度高、时间长带来的耗能问题，提供一种陶瓷烧成添加剂，该添加剂能够在较低温度下形成莫来石。
本发明的另一目的在于提供上述陶瓷烧成添加剂的制备方法。
本发明还有一目的在于提供该将陶瓷烧成添加剂的应用。将该陶瓷烧成添加剂引入陶瓷配方中，在陶瓷烧成过程中，促进瓷胎中莫来石的形成，在保证陶瓷显微结构特征的同时，降低陶瓷烧成温度，缩短烧成时间。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种陶瓷烧成添加剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚合铝加入去离子水中溶解，配制聚合铝溶液，静置12～36小时；
(2)以重量百分比计，将硅酸钠配成SiO2质量含量1.8～2.2％的溶液；将纯H2SO4加水稀释至浓度为15～25％，将稀释后的H2SO4以每分钟1～4克的速度缓慢滴加进硅酸钠溶液中，同时不断搅拌，然后陈化3～6h，得到活化硅酸溶液；纯H2SO4的用量为硅酸钠溶液中Na2O质量的80～90％；
(3)按Si/Al质量比为0.2～1.2，在60～80℃水浴条件下，将步骤(1)所得的聚合铝溶液滴入步骤(2)所得的活化硅酸溶液，待滴定完后继续搅拌2～4h，之后过滤分离沉淀，洗涤烘干后得到陶瓷烧成添加剂。
进一步地，所述的聚合铝溶液质量浓度为5～40％。
一种陶瓷烧成添加剂，由上述方法制备。
陶瓷烧成添加剂的应用：按占陶瓷坯料原料总质量的百分比计，所述陶瓷烧成添加剂在坯料中加入量为0.5～5％。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点：
(1)在添加剂制备部分，创新性地利用市场廉价的工业聚合铝作为原料，添加剂制备方法简单，成本较低。
(2)陶瓷烧成添加剂经过900℃煅烧，即可大量形成莫来石，具有明显的低温优势。
(3)将陶瓷烧成添加剂引入陶瓷配方，在陶瓷烧成过程中，添加剂较早形成的莫来石起到结晶模板的作用，促进瓷胎中莫来石的形成，在保证陶瓷显微结构特征的同时，可降低陶瓷烧成温度，缩短烧成时间。
具体实施方式
为了更好理解本发明内容，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例1
(1)将聚合铝加入去离子水中溶解，以重量百分比计，配制40％聚合铝溶液，静置24小时；
(2)以重量百分比计，将硅酸钠配成SiO2质量含量2.0％的水溶液；称取适量的纯H2SO4，加水将其稀释至质量浓度为20％，将稀释后的H2SO4以每分钟2克的速度缓慢滴加进硅酸钠溶液中，同时不断搅拌，然后陈化5h，得到活化硅酸溶液；纯H2SO4的用量相当于硅酸钠溶液中Na2O质量的85％。
(3)按设定的Si/Al＝0.2，在水浴条件下(70℃)，将步骤(1)所得的聚合铝溶液滴入步骤(2)所得的活化硅酸溶液，待滴定完全继续搅拌3h。之后过滤分离沉淀，洗涤烘干后得到陶瓷烧成添加剂。
(4)将步骤(3)制得的陶瓷烧成添加剂以外加的方式引入釉下(中)彩日用瓷器坯料配方，外加添加剂的质量百分比为0.5％(该百分比是指陶瓷烧成添加剂与陶瓷配方中总原料的质量比吗)，通过普通箱式高温电炉在氧化气氛烧结。原釉下(中)彩日用瓷器坯料烧成温度为1350℃，高温保温时间20分钟。配方具体成分如表1所示：
表1、釉下(中)彩日用瓷器坯料化学组成(wt％)
  组分   SiO2   Al2O3   Fe2O3   CaO   MgO   K2O   Na2O   烧失
  坯料   70.13   12.57   0.22   3.56   4.35   3.07   1.90   4.20
外掺烧成添加剂的后陶瓷烧成温度为1260℃，高温保温时间20分钟。陶瓷烧成添加剂引入前后陶瓷产品的各项理化指标均符合G B/T10811-2002《釉下(中)彩日用瓷器》标准中优等品的要求(具体指标见下表2)。即添加剂的引入可降低陶瓷烧成温度90℃。
表2
Figure BDA0000087221300000041
实施例2
(1)将聚合铝加入去离子水中溶解，以重量百分比计，配制30％聚合铝溶液，静置12小时；
(2)以重量百分比计，将硅酸钠配成SiO2质量含量1.8％的水溶液；称取适量的纯H2SO4，加水将其稀释至浓度为15％，将稀释后的H2SO4以每分钟4克的速度缓慢滴加进硅酸钠溶液中，同时不断搅拌，然后陈化3h，得到活化硅酸溶液；纯H2SO4的用量相当于硅酸钠溶液中Na2O质量的80％。
(3)按设定的Si/Al＝0.6，在水浴条件下(60℃)，将步骤(1)所得的聚合铝溶液滴入步骤(2)所得的活化硅酸溶液，待滴定完全继续搅拌4h。之后过滤分离沉淀，洗涤烘干后得到陶瓷烧成添加剂。
(4)将步骤(3)制得的陶瓷烧成添加剂以外加的方式引入普通日用瓷器坯料配方，外加添加剂的质量百分比为2％，通过普通箱式高温电炉在氧化气氛烧结。原配方陶瓷的烧成温度为1280℃，高温保温时间30分钟。配方具体成分如表3所示：
表3普通日用瓷器坯料化学组成(wt％)
  组分   SiO2   Al2O3   Fe2O3   CaO   MgO   K2O   Na2O   烧失
  坯料   70.62   21.43   0.19   0.31   0.41   1.48   0.97   4.59
外掺烧成添加剂后陶瓷烧成温度为1210℃，高温保温时间30分钟。添加剂引入前后陶瓷产品的各项理化指标均符合G B/T3532-1995《日用瓷器》标准中优等品的要求(具体指标见下表4)。即添加剂的引入可降低陶瓷烧成温度70℃。
表4
Figure BDA0000087221300000051
实施例3
(1)将聚合铝加入去离子水中溶解，以重量百分比计，配制18％聚合铝溶液，静置36小时；
(2)以重量百分比计，将硅酸钠配成SiO2质量含量2.2％的水溶液；称取适量的纯H2SO4，加水将其稀释至浓度为25％，将稀释后的H2SO4以每分钟1克的速度缓慢滴加进硅酸钠溶液中，同时不断搅拌，然后陈化6h，得到活化硅酸溶液；纯H2SO4的用量相当于硅酸钠溶液中Na2O质量的90％。
(3)按设定的Si/Al＝0.9，在水浴条件下(80℃)，将步骤(1)所得的聚合铝溶液滴入步骤(2)所得的活化硅酸溶液，待滴定完全继续搅拌2h。之后过滤分离沉淀，洗涤烘干后得到陶瓷烧成添加剂。
(4)将步骤(3)制得的陶瓷烧成添加剂以外加的方式引入日用青花细瓷器坯料配方，外加添加剂的质量百分比为4％，通过梭式窑在还原气氛烧结。原配方陶瓷的烧成温度为1320℃，高温保温时间40分钟。配方主要物质如表5所示：
表5日用青花细瓷器坯料化学组成(wt％)
  组分   SiO2   Al2O3   Fe2O3   CaO   MgO   K2O   Na2O   烧失
  坯料   68.96   21.38   0.16   0.43   1.57   1.73   0.51   5.26
外掺烧成添加剂后陶瓷烧成温度为1260℃，高温保温时间40分钟。添加剂引入前后陶瓷产品的各项理化指标均符合GB/T10811-89《日用青花细瓷器》标准中优等品的要求(具体指标见下表6)。即添加剂的引入可降低陶瓷烧成温度60℃。
表6
Figure BDA0000087221300000071
实施例4
(1)将聚合铝加入去离子水中溶解，以重量百分比计，配制5％聚合铝溶液，静置28小时；
(2)以重量百分比计，将硅酸钠配成SiO2含量2.1％的水溶液；称取适量的纯H2SO4，加水将其稀释至浓度为22％，将稀释后的H2SO4以每分钟3克的速度缓慢滴加进硅酸钠溶液中，同时不断搅拌，然后陈化4.5h，得到活化硅酸溶液；纯H2SO4的用量相当于硅酸钠溶液中Na2O质量的86％。
(3)按设定的Si/Al＝1.2，在水浴条件下(75℃)，将步骤(1)所得的聚合铝溶液滴入步骤(2)所得的活化硅酸溶液，待滴定完全继续搅拌4h。之后过滤分离沉淀，洗涤烘干后得到陶瓷烧成添加剂。
(4)将步骤(3)制得的陶瓷烧成添加剂以外加的方式引入普通日用瓷器坯料配方，外加添加剂的质量百分比为5％，通过普通箱式高温电炉在氧化气氛烧结。原配方陶瓷烧成温度为1280℃，高温保温时间30分钟。配方具体物质组成如表7所示：
表7普通日用瓷器坯料化学组成(wt％)
  组分   SiO2   Al2O3   Fe2O3   CaO   MgO   K2O   Na2O   烧失
  坯料   70.62   21.43   0.19   0.31   0.41   1.48   0.97   4.59
外掺烧成添加剂后陶瓷烧成温度为1170℃，高温保温时间30分钟。添加剂引入前后陶瓷产品的各项理化指标均符合G B/T3532-1995《日用瓷器》标准中优等品的要求(具体指标见下表8)。即添加剂的引入可降低陶瓷烧成温度110℃。
表8

Claims (4)

1.一种陶瓷烧成添加剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将聚合铝加入去离子水中溶解，配制聚合铝溶液，静置12~36小时； 
（2）以重量百分比计，将硅酸钠配成SiO2质量含量1.8~2.2%的溶液；将纯H2SO4加水稀释至浓度为15~25％，将稀释后的H2SO4以每分钟1~4克的速度缓慢滴加进硅酸钠溶液中，同时不断搅拌，然后陈化3~6h，得到活化硅酸溶液；纯H2SO4的用量为硅酸钠溶液中Na2O质量的80~90％；
（3）按Si/Al质量比为0.2~1.2，在60~80℃水浴条件下，将步骤（1）所得的聚合铝溶液滴入步骤（2）所得的活化硅酸溶液，待滴定完后继续搅拌2~4h，之后过滤分离沉淀，洗涤烘干后得到陶瓷烧成添加剂。
2.根据权利要求1所述的陶瓷烧成添加剂，其特征在于：所述的聚合铝溶液质量浓度为5~40%。
3.一种陶瓷烧成添加剂，其特征在于其由权利要求1或2所述方法制备。
4.权利要求1所述的陶瓷烧成添加剂的应用，其特征在于：按占陶瓷坯料原料总质量的百分比计，所述陶瓷烧成添加剂在坯料中加入量为0.5~5%。
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