陶瓷生产技术及设备

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(一)物理方法:适用于除去与原料颗粒以分离状态存在的杂质。 1. 分级法:包括淘洗法、水力旋流法、风选法、筛选法等,在 在硅酸盐工业中被普遍采用。主要是利用矿物颗粒的尺寸大小 或密度差别来进行分离的。
1.1 原料精选
(一)物理方法
1. 分级法 (1)淘洗法
1.1 原料精选
1. 分级法
(2)水力旋流法
称量 湿法轮碾 过筛除铁 浆池搅拌 浆泵输送
球磨机 过筛除铁
浆池搅拌 压滤榨泥
泥料粗练 泥料陈腐
精练 塑性泥料
喷雾干燥制粉 粉料过筛
浆粉混合制泥
一、塑性坯料制备流程
流程 4: 硬质料干法中碎、湿法细碎,粘土化浆后配入
石英
长石
硬质粘土 软质粘土
煅烧洗选 粗碎 中碎
洗选 粗碎 中碎
拣选 粗碎 中碎
拣选
进浆管
溢流管
短圆 筒
排砂 管
水力旋流器结构示意图
1.1 原料精选
(一)物理方法
2. 磁选法
磁选法和超声波法都是用来分离原料中的含铁矿物的。
磁选是利用矿物的磁性差别,根据被磁化物质在磁场中将受到磁力作 用的原理,将铁及其氧化物从原料中分离出来。磁选法对除去粗颗粒的强 磁性铁质矿物较为有效。
矿物 金属铁 磁铁矿 钛铁矿 菱铁矿 赤铁矿 金红石 黄铁矿
3) 可消除部分杂质,提高原料纯度。
二、预烧温度
原料种类
粘土 石英 滑石 氧化锌 工业氧化铝 氧化钛 氧化锆
预烧温度(℃)
700 ~ 900 900 ~1000 1350~1450
~ 1250 1300~1600 1250~1300
~ 1500
备注
预烧后急冷
常添加0.3~3%的H3BO3等稳定剂 温度不能太高,且须保证氧化气氛
(二)化学方法
—— 基于化学反应原理而进行的原料精选方法。其目的主要是 除去原料中难以以颗粒形式分离的微细含铁杂质,如硫化铁、氢氧 化铁等。
(二)化学方法
1. 升华法
——系在高温下使原料中的铁质矿物与氯气反应,生成挥发性或可
溶性的物质而除去。由于氯气的毒性,此法很少用。
2. 溶解法
——用酸或其他反应剂对原料进行处理,通过反应使原料中的铁
然后化浆。
● 流程 1 的特点: 1)不用球磨,减少设备,节约电耗,节省投资费用。 2)原料生产专业化,有利于提高和保证原料质量,对瓷厂稳
定产品质量有利。 3)雷蒙粉中含铁量较高,生产上要加强除铁。
一、塑性坯料制备流程
● 流程 1 的特点:
4)雷蒙粉颗粒级配不合理,泥料可塑性不好。 5)由于硬质原料和软质原料密度、硬度相差较大,混合雷蒙细碎时, 易使同一批混合雷蒙粉中前后组成相差大。 6)雷蒙机粉碎时粉尘大,除尘要求高。
流程 2: 硬质料单独干法中碎,软、硬质料一起湿法细碎
● 流程 2 的特点:
1)坯料混合的均匀性好,颗粒级配比较合理,细颗粒较多,可塑性 相对提高。 2)各种原料均能较好地被细碎,细碎工艺的适应性强。 3)球磨效率较低,不便于连续化生产,电耗大,投资费用较高。 4)中碎采用干法轮碾或雷蒙机粉碎,粉尘大,除尘设备投入大。
Al2O3), 使用前必须经过预烧,使 之转变为α -Al2O3。
γ-Al2O3 >950℃ α-Al2O3
△V= -14.3%
1.2 原料的预烧
一、预烧的作用
2) 改变原料的物性或某种特殊结构。如石英硬度大,不易粉 碎;滑石具有片状结构,易造成颗粒定向排列;生ZnO量多 时 易造成缩釉;调节坯料的可塑性,将部分强塑性粘土预烧。
2)可洗去部分可溶性高价态盐类,有利于改善 泥浆性能;
3)有利于粘土的粉碎和拣选。
二、粘土原料的风化及精选
(二)粘土的精选
矿山 露天开采
水力旋流器
球磨筛选机 压滤榨泥机
分级池 滚筒压挤机
沉淀池 带式干燥器
粉碎机
筛分
挤出泥条
袋装输送陶瓷厂
高岭土精选工艺流程
高岭土成品库
1.1 原料精选
三、硬质料的洗选
少 量 黏 土
特点:硬质料加少量粘 土湿法细碎效率较高, 但容积法配浆准确性较 差,要求浆池、浆泵数 量多。
称量 湿法球磨 过筛除铁 浆池搅拌
浸散化浆
(强力搅拌)
过筛
浆池搅拌
容积法配料 搅拌均匀
过筛除铁 浆池搅拌 压滤榨泥 泥料粗练 泥料陈腐
精练 塑性泥料
流程 5: 硬质料分别单独雷蒙细碎、称量、干混均匀,软质
须加入适当稳定剂
第二章 坯釉料制备
2.1 坯料制备工艺流程
一、塑性坯料制备流程
流程 1: 利用瓷石粉和高岭土不子直接配料加工
● 高岭土不子的制备流程:
● 塑性坯料制备流程的两种情况:
情况A —— 硬质原料单独干法细碎,细度达到325目以上;再与高 岭土配料化浆。
流程 1: 利用瓷石粉和高岭土不子直接配料加工 情况B —— 硬质原料和高岭土先称量配料,再一起干法细碎,
一、预烧的作用
◆ 对于TiO2:
板钛矿
d= 3.90~4.00
~650℃
锐钛矿 ~915℃
3.84~3.90
金红石
4.24~4.27
● 氧化钛原料是否预烧,要根据其用途和用量而定。生产含钛 电容器陶瓷时,希望其中的TiO2都以金红石相存在,故原料须预 烧。
◆ 对于Al2O3:氧化铝陶瓷的生产, 其最初原料都是工业氧化铝(γ -
若减少加入的氧化物数量,使部分氧化锆以四方相的形式存在,而大 部分氧化锆以等轴相存在,即只使一部分氧化锆完全稳定,所以称其为 部分稳定氧化锆(PSZ)。
● 由于四方相向单斜相的转变可通过应力诱发产生,故当受到外力作 用时,这种相变将吸收能量而使裂纹尖端的应力场松弛,增加裂纹扩展 阻力,从而可大幅度提高陶瓷材料的韧性。因此 PSZ 比 FSZ 更有利于 保证氧化锆制品的力学性能。
本课程讲授的主要内容:
● 《陶瓷工艺学》:第 6、7、8、9、10、11 章。 ● 《耐火材料工艺学》:第 5、6、7、8、10、
11 章的主要内容。
● 《陶瓷热工设备》:第 1、2 章的主要内容。
关于课程学习与考研的几句话:
● 正确处理课程学习与考研复习的关系,务必做到两者兼顾, 两不耽误。
-- 专业课(包括考查课)成绩差对研究生录取有影响。
硬质粒状料
软质粘土 拣选
现 在
称量
常 见
球磨机


浆池搅拌
过筛除铁
浆池搅拌/陈腐
长石 洗选 粗碎
硬质粘土 拣选 粗碎
称量 湿法轮碾 过筛除铁 浆池搅拌 浆泵输送
球磨机 过筛除铁
浆池搅拌/ 陈腐
软质粘土 拣选
过 去 常 见 情 况
三、压制坯料制备流程
● 流程 1:湿法细碎、压滤榨泥、泥饼烘干并粉碎——此
—— 主要作用是除去粘附于其上的粘土、有机物等杂质。方法 主要有:
1. 人工高压水冲洗 2. 滚筒式洗石机水洗
1.2 原料的预烧
一、预烧的作用 1) 稳定有利的晶型。以保证制品的性能,避免较大的体积效应而 带来的害处(制品开裂)。例如ZrO2、TiO2、Al2O3等原料。 ● 对于同质多晶体原料,显然各种晶型体的性能各不相同;但
浆池
过筛、除铁 陈腐浆池
注浆成型坯料 (泥 浆)
泥浆泵
泥饼陈腐 压滤榨泥

粉料过筛 喷雾干燥制粉
1.1 原料的精选
一、精选方法
原料精选主要是对原料(主要是粘土类原料)进行分离、提纯,除去其中 的各种杂质(尤其是铁质矿物),使之满足制品的质量性能要求。
◆ 精选方法分类
物理方法:分级法、磁选法、超声波法 … 化学方法:溶解法、升华法 物理化学方法:浮选法、电解法
● 考试课拟进行试题库建设,这将需要学生认真上课,全面掌 握课内所讲知识内容。仅靠考前的突击将难以取得好成绩。
● 本课程的最终成绩根据平时的考勤、作业完成质量、期末考 试成绩综合评定。
● 期末阶段的3周课程设计——着眼于将来的本科教学合格评估, 将会严格要求、确保质量。
◆ 本学期的教学进程安排:10周的课堂理论教学,4周的生产实 习(第6—9周),3周的课程设计。考试很可能提前至“课程设 计” 前。
粘土化浆混入。
石英 煅烧洗选
粗碎 雷蒙细碎 干粉除铁
长石 洗选 粗碎 雷蒙细碎 干粉除铁
硬质粘土 拣选
粗碎/干燥 雷蒙细碎 干粉除铁
软质粘土 拣选
浆池搅拌化浆 过筛除铁
称量 干混均匀
浆池搅拌 容积计量
加泥浆湿混
(双轴搅拌机)
真空练泥 (粗练)
泥料陈腐
真空练泥 (精练)
塑性泥料
一、塑性坯料制备流程
● 流程 5 的特点:
粉料干混再加泥浆湿混工艺可以省去效率较低的球磨工序和劳动 强度高的压滤工序,但坯料的均匀性和可塑性均较差,而且雷蒙 过程中会带进0.1~0.3%的铁,且干法除铁效率很低,故这种坯 料制备工艺采用很少。
流程 6:细颗粒硬质原料袋装进厂,软、硬质料分别称量配料,一 起湿法球磨细碎。——此为当前最常见的流程
流程已很少见
石英
长石
硬质粘土 软质粘土
煅烧洗选 粗碎
洗选 粗碎
拣选 粗碎
拣选
硬质粒状料
软质粘土 拣选
称量配料
称量 湿法轮碾 过筛除铁 浆池搅拌 浆泵输送
球磨机 过筛除铁
浆池搅拌 压滤榨泥 泥饼烘干 打粉机粉碎 粉料过筛 入仓陈腐
三、压制坯料制备流程
● 流程 2:湿法细碎、泥浆喷雾干燥制粉
石英 煅烧洗选
注:教材中所列的日本 和英国塑性坯料制备流 程,实际上分别与上述 流程 2 及流程 4 相同。
称量 球磨机 浆池搅拌 过筛除铁 压滤榨泥
泥饼陈腐
塑性泥料 精练
泥料二次陈腐 泥料粗练
二、注浆坯料制备流程
● 注浆坯料的制备工 艺流程与塑性坯料的 一些流程相同,只是 无需压滤榨泥。例如:
石英 煅烧洗选
粗碎
第一章 原料的处理
绪言
陶瓷制品的一般生产工艺过程:
模型制作
坯料制备
工作模
成型
干燥
检验
施釉
烧成
釉浆制作
检验 入库
烧后处理
釉浆性能 检测
◆ 坯料制备流程:
硬质颗粒料
粘土类原料 风化、拣选除杂 配料
水、电解质
湿法球磨
可塑成型坯料 (泥团、泥段)
压制成型坯料 (粉 料)
挤制泥段
过筛
真空练泥
料仓陈腐
泥浆性 能检测
粗碎
长石 洗选 粗碎
硬质粘土 拣选 粗碎
软质粘土 拣选
硬质粒状料
软质粘土 拣选
称量配料
称量 湿法轮碾
过筛除铁 浆池搅拌 浆泵输送
球磨机
过筛除铁 浆池搅拌 喷雾干燥 粉料过筛 粉料入仓陈腐
三、压制坯料制备流程
● 流程 3:干法细碎、加水润湿造粒
硬质原料 洗选 粗碎
是,无论哪种原料,稳定的高温型晶体的性能最优良。
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一、预烧的作用
◆ 对于ZrO2:
5.68
单斜型
>1000℃ 6.10 四方型
≥2300℃
6.09
等轴型
△V=7~9%
四方相转变为单斜相非常迅速, 引起很大的体积变化,易使制品开裂。
通过预烧,并在氧化锆中加入某些氧化物(如CaO、MgO、Y2O3等) 能 形成稳定立方固溶体,不再发生相变,这种氧化锆称为完全稳定氧化锆 (FSZ),其力学性能低,抗热冲击性差.
流程 2: 硬质料分别单独干法中碎,软、硬质料一起湿法细碎
粉料
一、塑性坯料制备流程
流程 3: 硬质料分别单独粗碎,软、硬质料一起湿法中细碎
石英 煅烧洗选
粗碎
长石 洗选 粗碎
硬质粘土 拣选 粗碎
软质粘土 拣选
特点:干法配料准确, 中碎无粉尘产生。但 软硬质料同时入磨细碎 会在一定程度上影响球 磨效率。
粒(如铁质矿物)粘附在气泡上,进而浮游分离被除去的方法。 此法适用于精选含有铁、钛矿物和有机物的黏土原料。
浮选法中一般须使用适当的浮选剂以提高浮选效果。常用 的浮选剂有:石油碘酸、铵盐(NH4NO3)、Na2CO3、磺酸盐 等。
二、粘土原料的风化及精选
(一)粘土的风化处理
粘土风化处理的作用
1)可促使母岩残渣进一步粘土化,改善原料的 可塑性、结合性;
化学式
Fe Fe3O4 FeTiO3 FeCO3 Fe2O3 TiO2 FeS2
相对磁性 100 40.2 24.7 1.82 1.32 0.37 0.23
1.1 原料精选
(一)物理方法
3. 超声波法
超声波法是将浆体物料置于超声波作用下,使得原料颗粒和水溶液都 产生高频振动,互相碰撞与摩擦,进而导致原料颗粒表面的氧化铁和氢氧 化铁避免剥离脱落。
● 流程 6 的特点: 工序简单,投资较少;避免了干法中细碎带来的粉尘大,除尘除 尘困难,以及干粉干混、再加泥浆湿混工艺所带来的坯料均匀性 和可塑性均较差的缺点,是当前比较流行的趋势。
一、塑性坯料制备流程
● 流程 6:细颗粒硬质原料袋装进厂,软、硬质料分别称量 配料,一起湿法球磨细碎。
硬质原料
软质粘土 拣选
质矿物变为可溶盐,然后再进行水洗除去之。例如,对细磨之后的 氧化铝原料进行的酸洗。
(三)物理化学方法
1. 电解法
——是基于电化学原理除去铁质矿物的一种方法。在电解过程中,
原料中的铁质矿物首先被溶解,然后铁离子向阴极板运动并还原, 进而被除去。
(三)物理化学方法
2. 浮选法
——是基于各种矿物对水的润湿性不同,从悬浮液中将憎水颗
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