CN103755386B

CN103755386B - 一种以红土为主要原料制备的陶瓷硅铁红色料

Info

Publication number: CN103755386B
Application number: CN201410034724.8A
Authority: CN
Inventors: 卢希龙; 曹春娥
Original assignee: Jingdezhen Ceramic Institute
Current assignee: Jingdezhen Ceramic Institute
Priority date: 2014-01-25
Filing date: 2014-01-25
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2034-01-25
Also published as: CN103755386A

Abstract

本发明公开了一种以红土为主要原料制备的陶瓷硅铁红色料，以红土、氧化铁为原料，外加矿化剂，经配料、混合、过筛、机械力化学球磨、焙烧获得的制品，本发明以廉价的红土为主要原料，仅需要加入少量的Fe₂O₃化工原料，结合机械力化学法，制备出呈色良好的陶瓷硅铁红色料，与目前硅铁红色料的制备方法相比，具有工艺简便、对环境无污染、产率高、能耗少、成本较低、发色纯正等优点，因此具有广阔的市场前景。

Description

一种以红土为主要原料制备的陶瓷硅铁红色料

技术领域

本发明属于无机非金属材料（陶瓷）领域，具体涉及一种以红土为主要原料制备的陶瓷硅铁红色料。

背景技术

硅铁红色料是一种能在坯体中呈现鲜艳的类似于沙漠红色调且耐高温的陶瓷包裹色料，其主要化学成分SiO₂在色料中起载体作用，类似于锆铁红色料中ZrSiO₄晶体的作用。它以SiO₂为包裹相，是利用SiO₂微晶相和SiO₂玻璃相对着色剂Fe₂O₃进行包裹从而起到高温稳定作用。而Fe₂O₃作为着色剂，是色料呈色的主要成分。天然硅铁红色料的主要成分是硅和铁，也含有少量的铝等。其呈色机理是：石英发生晶型转变时产生裂纹，高活性的发色铁离子向裂纹中扩散，同时在α-石英向β-石英二次晶型转变过程中被包裹而形成耐高温的发色晶体。硅铁红色料是一种用途广泛的坯用色料，它主要用于玻化砖坯体呈色，在坯料中加入4%～9%，于1250℃以下烧成时，能够呈稳定、鲜艳的桃红色。目前，国内使用的硅铁红色料主要依赖于进口。由于天然原料含有其它杂质以及含铁量较低，故这种色料往往只能用于陶瓷坯料。

红土是我国中亚热带湿润地区分布的地带性红土，属中度脱硅富铝化的铁铝土。在我国长江以南广泛分布的红土，是湿热气候环境下经强烈风化作用形成的产物，因含较多的氧化铁而呈现明显的红色，又称为“红色风化壳”。红土通常具深厚红色土层，网纹层发育明显，粘土矿物以高岭石为主，酸性，盐基饱和度低。红土土类划分5个亚类，本区分布有3个亚类。红土亚类具土类典型特征，分布面积最大；黄红土亚类为向黄壤过渡类型，在本区均分布于山地垂直带，下接红土亚类，上接黄壤土类；红土性土亚类是剖面发育较差的红土类型，主要分布于红土侵蚀强烈的丘陵山区。

机械力化学又称力化学，机械化学，它是研究在给固体施加机械能量时固体形态、晶体结构等发生变化，并诱导物理化学变化的一门学问。机械力化学过程一般通过高能球磨来实现，其超细粉碎不同于一般的物质细化过程，而是伴随有能量转化的机械力化学过程，具有工艺简单，成本低，易于工业化等优点。传统上，新物质的生成、晶型转化或晶格变形都是通过高温（热能) 或化学变化来实现的。机械能直接参与或引发了化学反应是一种新思路。机械力化学法的基本原理是利用机械能来诱导产生微裂纹、晶格崎变、表面能升高、反应能力增强，反应温度降低等，从而诱发化学反应或诱导材料组织、结构和性能的变化，以此来制备新材料。作为一种新技术，它具有明显降低反应活化能、细化晶粒、极大提高粉末活性和改善颗粒分布均匀性及增强体与基体之间界面的结合，促进固态离子扩散，诱发低温化学反应，从而提高了材料的密实度、电、热学等性能，是一种节能、高效的材料制备技术。它的研究必将推动新材料研究及相关学科的发展。就材料科学而言，机械力化学是一个有较宽广研究空间的领域。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种以红土为主要原料制备的陶瓷硅铁红色料。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种以红土为主要原料制备的陶瓷硅铁红色料，其特征在于：以红土、氧化铁为原料，外加矿化剂，经配料、混合、过筛、机械力化学球磨、焙烧获得的制品，其中焙烧温度为1150℃、保温时间为2小时。

所述红土、氧化铁的质量百分比为93.7：6.3。

所述红土的化学组成为SiO₂：60.08%、Al₂O₃：20.42%、Fe₂O₃：8.29%、TiO₂：1.06%、MgO：0.60%、K₂O：3.12%、Na₂O：0.85%、I.L：5.58%。

所述矿化剂为硼砂、CaF₂、NaF中的一种。

所述矿化剂的添加量为原料总质量的3%。

所述机械力化学球磨的工艺参数为：球磨子为直径1～5mm的氧化锆磨球，球料的质量比为20～40:1，球磨机的转速为300～450转/分，球磨时间为10～30小时。

所述制得色料的色度值范围为L*：42～49、a*：19～24、b*：12～15。

机械力化学活化对本发明制备硅铁红色料作用原理为：

通过控制球磨工艺参数，经过长时间的机械力化学球磨，产生强烈的机械力化学作用，使得红土颗粒细化，比表面积增大，产生微裂纹，晶格缺陷增多，反应能力增强，使得红土中的矿物结合铁和SiO₂的活性增大，在色料焙烧过程中，这种经活化的矿物结合铁极易与空气中的氧气发生反应，生成红色的α-Fe₂O₃，此新生成的α-Fe₂O₃具有高活性，进一步与红土中所含的SiO₂反应，从而制得呈色良好的硅铁红色料。另外，红土中存在的Al、Ti、K、Na等元素可促进硅铁红色料的生成。

本发明采用廉价的红土为主要原料，同时利用了红土中的矿物结合铁和氧化硅，仅需要加入少量的Fe₂O₃化工原料，结合机械力化学球磨工艺，制备出呈色良好的陶瓷硅铁红色料，与目前硅铁红色料的制备方法相比，具有工艺简便、对环境无污染、产率高、能耗少、成本较低、发色纯正等优点。

具体实施方式

实施例1

配方：红土93.7%，氧化铁6.3%，外加3%的硼砂作为矿化剂

（1）按照配方称量配料，混匀并过80目筛；

（2）球子为直径5mm的氧化锆球，球料质量比为20:1，球磨机的转速为300转/分，用高能球磨机干法球磨10小时；

（3）取出（2）所得粉料，装入刚玉坩埚，放入电炉内焙烧，初始温度为室温，6小时升温至1150℃，保温2小时，自然冷却即得到粉末状色料产品。

实施例2

配方：红土93.7%，氧化铁6.3%，外加3%的CaF₂作为矿化剂

（1）按照配方称量配料，混匀并过80目筛；

（2）球子为直径3mm的氧化锆球，球料质量比为30:1，球磨机的转速为400转/分，用高能球磨机干法球磨20小时；

实施例3

配方：红土93.7%，氧化铁6.3%，外加3%的NaF作为矿化剂

（1）按照配方称量配料，混匀并过80目筛；

（2）球子为直径1mm的氧化锆球，球料质量比为40:1，球磨机的转速为450转/分，用高能球磨机干法球磨30小时；

对实施例1～3制备的陶瓷硅铁红色料进行色度值检测结果见下

表：

上述色度值参数测定使用仪器为：日本KONICΛ MINOLTΛ生产的CM-5型分光测色计。

Claims

1.一种以红土为主要原料制备的陶瓷硅铁红色料，其特征在于：以红土、氧化铁为原料，外加矿化剂，经配料、混合、过筛、机械力化学球磨、焙烧获得的制品，其中焙烧温度为1150℃、保温时间为2小时；

所述红土的化学组成的质量百分比为SiO₂：60.08%、Al₂O₃：20.42%、Fe₂O₃：8.29%、TiO₂：1.06%、MgO：0.60%、K₂O：3.12%、Na₂O：0.85%、I.L：5.58%；

所述机械力化学球磨的工艺参数为：球磨子为直径1～5mm的氧化锆磨球，球料的质量比为20～40:1，球磨机的转速为300～450转/分，球磨时间为10～30小时；

2.根据权利要求1所述的陶瓷硅铁红色料，其特征在于：所述红土、氧化铁的质量百分比为93.7：6.3。

3. 根据权利要求1所述的陶瓷硅铁红色料，其特征在于：所述矿化剂为硼砂、CaF₂、NaF中的一种。

4. 根据权利要求3所述的陶瓷硅铁红色料，其特征在于：所述矿化剂的添加量为原料总质量的3%。