陶瓷制备技术原料现状

1、陶瓷原料的介绍
陶瓷所用原料大部分是天然的矿物或岩石，硅酸盐矿物为主要的。

下面我主要介绍可塑性原料，瘠性原料及溶剂和功能性原料它们在陶瓷中起的主要作用，及大体成分。

可塑性原料的矿物成分主要是指黏土矿物，它们均属层状构造的硅酸盐，其颗粒一般属显微粒度以下(10<μm)，并具有一定可塑性的矿物。

如高岭土，膨润土，多水高岭土，瓷土等。

可塑性原料在生产过程中主要起塑化跟结合作用，并它赋予坯料可塑性和注浆成形性能，保证成瓷前干坯强度及烧后的各种使用性能，如机械强度，热稳定性，化学稳定性等等，它们是成形后能够进行的基础，也是成瓷基础。

瘠性原料的矿物成分主要是指非可塑性的硅，铝的氧化物及含氧盐。

如石英，蛋白石，叶蜡石，黏土煅烧后的孰料，废瓷粉等。

瘠性原料在生产中起减黏作用，可降低坯料的黏性，烧成后部分石英溶解在长石玻璃中，提高液相黏度，防止高温变形，冷却后在瓷坯中起骨架作用。

熔剂性原料的矿物成分主要是碱金属，碱土金属的氧化物及含氧盐。

如长石，石灰石，白云石，滑石，锂云母，伟晶花岗岩等。

它们在生产中起助熔作用，高温熔融后可以熔解一部分石英及高岭土分解产物，熔融后的高黏度玻璃可以起到高温胶结作用。

常温时也起减黏作用。

功能性原料是指除上述三类原料外的其他辅助原料统称。

如氧化锌，锆英石，色料，电解质等。

它们在生产上不起主要作用，不是成瓷的必要成分，一般是少量加入发即能显著提高制品某方面的性能，有时为了改善坯釉料工艺性能而不影响制品的性能，从而有利于生产工艺的实现。

2、我国主要陶瓷原料的分布现状【1】
1）高岭土
我国原生高岭土矿体分布：广东省的潮安、南海、大浦、清远、廉江（占30％）；陕西的铜川、府谷（占26％）；福建的德化、龙岩等地（占11％）；江西的星子、景德镇、贵溪、临川（占7.7％）；广西的合浦等地（占7.6％）；湖南的衡阳、界牌、礼陵等地（占5.4％）；江苏的苏州、宜兴（占14％），山西的太原、大同，山东的博山、临沂、潍坊，河北的磁县、唐山、井径；河南的禹县也都有不少储量。

其中以广东茂名、福建龙岩、广西合浦、江苏苏州的较好。

江苏苏州的青山和吴县二矿点均在地下坑道采掘，这是世界高岭土采矿极为罕见的矿点。

2）瓷石
我国南方瓷石矿中，以江西和湖南储量最多，湖南醴陵马泥沟的储量达到１亿吨。

广东、福建、浙江和安徽的地质储量也十分丰富。

我国北方瓷石矿床储量也巨大，其中一些矿产可供使用成百或上千年，主要矿区集中在河北、山西和山东一带。

这一资源优势可为我国陶瓷工业持续发展打下坚实的基础。

根据最新资料报道，在江西弋阳大源岭——来尤岗瓷石矿勘探到全国最大的优质瓷石矿，预测远景资源量达17亿吨。

3）硅质原料
凡以SiO2为主体成分的岩石或砂质原料，都称硅质原料。

它是陶瓷坯体的主要组成，在配料中仅次于高岭土，用量在20％～40％。

而且不同矿物类型的硅质原料，赋予陶瓷坯体以不同的物理化学性质。

因此，对于硅质原料的使用，陶瓷工作者都给予特别的关注。

我国硅质资源丰富，主要集中在中南，其次是华东、西北、东北、华北，西南地区较少。

4）长石类原料
长石类原料分钾长石、钠长石和钙长石，前者多用于坯料，后者多用于釉料。

我国的长石主要集中在江西、湖南、其次山西、河北、河南、内蒙、山东等地。

长石原料的代用品很多，有微晶花岗石，霞石正常岩和多种形状的瓷石等。

5）滑石
在陶瓷制造史上，滑石只作为助熔剂或矿化剂使用，用量较少。

自高频块滑石瓷问世后，滑石作为主体原料（在配料中占80％左右）生产无线电陶瓷。

因该瓷体很小，滑石用量不多，其资源没有引起人们的注意。

但70年代以后，由山东硅酸盐研究设计院、淄博瓷厂、博山陶瓷厂以山东盛产的滑石为主体原料（滑石用量为70％～75％），研制成功了“滑石质日用细瓷”，现在该瓷种已由山东扩大到河北、广东、广西等主要瓷区，生产厂家近百余家，滑石的用量与日俱增。

20世纪80年代后，滑石又普遍用于生产堇青石匣钵。

因此滑石原料引起了人们的关注。

6）硅灰石
硅灰石是偏硅酸钙类矿物，特别适合建筑卫生陶瓷的生产。

80年代后由于建陶的大量生产，使硅灰石倍加令陶瓷工作者关注。

我国硅灰石资源储量丰富，仅次于印度，居世界第二位。

在1975年已探明产地31处，储量约13265万吨。

7）石膏
石膏是用于制作陶瓷成形模具的材料，其化学成分为含水硫酸钙，化学式为CaSO4·2H2O，是一种软质矿物。

石膏经不同的加工工艺，形成两种石膏晶体，一种α－半水石膏，另一种为β－半水石膏。

工厂根据石膏模型的用途和需要，合理选用。

石膏模型在陶瓷工业中虽属辅助材料，但它对陶瓷的质量却起着重要作用，这也决定了石膏是陶瓷工业不可忽视的重要原料。

8)骨粉及人工合成骨粉
骨质瓷是国际公认的高档日用细瓷。

我国于２０世纪７０年代由唐山最早生产到２０世纪末，骨质瓷已在中国主要瓷区推广，特别在广东、山东、河北等省居多。

各地采用的骨粉原料差异很大，有牛骨、猪骨、鱼骨等，这就导致了中国生产的骨质瓷质量欠佳，而且理化指标波动较大。

为了解决这一难题，２０世纪末，山东省硅酸盐研究设计院应用山东淄博盛产的含钙和磷天然原料，用人工合成的办法研制成功了合成骨粉及其制瓷技术。

它不仅解决了原料来源的稳定供应问题，而且合成骨粉的纯度和质量远远超过天然骨粉。

由于该成果社会经济、技术效益良好，１９９９年荣获了“国家发明二等奖”。

目前该技术已在山东、广东、江西、河北等推广应用。

3、工业固体废弃物在陶瓷中的应用
近年来，中国陶瓷业迅猛发展，年产量连续10 年居世界第一，日用瓷出口量占世界出口总量的60%以上。

然而，在中国陶瓷业快速发展的同时，也出现了行业可持续发展的重大隐患。

陶瓷生产所用的各种生产原料都是不可再生资源，生产原料能否合理利用关系到未来我国陶瓷产业是否可以持续健康的发展。

目前，资源、能源、环保已经成为影响我国陶瓷业持续增长的关键因素。

废弃物用于陶瓷方面的研究比较多，主要集中在建筑陶瓷，泡沫、多孔陶瓷，高性能陶瓷，其中后两者还有待深入研究发展。

1、建筑陶瓷
粉煤灰化学成分和高铝粘土相近，主要由无定形玻璃、未燃尽碳以及晶态莫来石、石英、磁铁矿、赤铁矿、金红石、长石、刚玉、红柱石、方解石等矿物相组成。

廖红卫等[2]以粉煤灰为主要原料，铜官粘土和低温砂为辅助原料，成功研制出了烧成温度仅为1230℃、吸水率为0.26％、深黄绿色的全瓷建筑饰面砖。

吴建锋等[3]利用工业废料赤泥、粉煤灰等，加入一定的天然矿物添加剂，可制备出高性能的清水砖，清水砖的最佳烧成温度范围为1110 ～1140℃。

磷矿渣外观呈颗粒状，硬度不太大，1250℃左右可自身烧结，其化学组成以SiO2和CaO 为主，含有一定量的熔剂成分。

王金峰[4]以磷矿渣为原料适当配合其它原料，再配以高强乳浊釉对有色坯体进行有效遮盖，生产出性能良好的釉面砖制品。

硫磺废渣其矿物组成主要为莫来石和赤铁矿，前者是一般陶瓷制品的主要矿物质，而赤铁矿在坯体中既可为熔剂，又具有显色功能。

成龙盛等[5]分别在陈设瓷、墙地砖生产中引入50% ～65% 的硫磺废渣进行试验，生产的陈设瓷性能良好，且由于Fe2O3的特殊显色效果，只要在半成品的表面加工处理和窑炉气氛控制上得当，有望出类似宜兴紫砂制品的艺术装饰瓷。

2、泡沫、多孔陶瓷
国外利用火山灰、粉煤灰、碳粉为原料研究开发出了泡沫陶瓷[6]，研究表明：（1）掺入火山灰能提高与其他成分的亲合性，为不使烧成温度变的狭窄，不使基体玻璃化，以提高气孔性，火山灰掺入量在50％～90% 内。

（2）粉煤灰有助于提高泡沫陶瓷的耐热性和耐热冲击性及降低其密度，其掺入量应控制在5％～40%。

（3）碳粉可采用无定形结晶性形的碳粉末如石墨，它也有助提高泡沫陶瓷的耐热性和降低其密度，其掺入量控制在1％～10% 内。

然后在非氧化气氛下烧结，烧结温度在1000 ～1300℃，保持2 小时，升温速度控制在180℃/h。

陈冀渝[7]用粉煤灰和发泡玻璃质空心球状粗粒( 如珍珠岩) 等作主要原料，采用烧结工艺可生产孔隙率高的轻质多孔粉煤灰质陶瓷。

徐晓虹等[8]用煤矸石、粉煤灰、赤泥、劣质粘土制备了高性能的用于污水处理的多孔陶瓷滤球，其最佳配方范围是：粉煤灰30％～40%，赤泥30％～45%，煤矸石20％～30%，粘土10％～20%。

3、高性能陶瓷
粉煤灰可用做原料用碳热还原法制备高性能的SiC/Al2O3复相陶瓷、Si3N4/Al2O3复相陶瓷或Sialon 陶瓷，煤矸石Al2O3含量较低，呈特殊的层状结构，由于自身含有较多的碳，且与SiO2形成良好的分散分布，几乎不需要添加其他任何物质即可在高温反应而合成SiC，在1400℃保温2 小时后，可制成以β-SiC 为主晶相的陶瓷，强度达到138 MPa[9]。

薛向欣等[9]从SiC, Si3N4, Sialon为代表的Si 基陶瓷的应用和反应机理，分别讨论了煤矸石、稻壳、电厂灰等工业固体废弃物作为合成Si 基陶瓷原料的利用途径，并提出对铁尾矿做Si 源的研究，开辟工业固体废弃物综合利用的新途径。

参考文献
【1】张锡秋，张儒岭.我国陶瓷原料发展状况. 山东陶瓷【J】2011.34（5）
[2] 廖红卫，夏清，罗要菊等. 高掺量粉煤灰饰面砖的坯料配方及配料工艺研究[J]. 中国陶瓷工业，2005，12（6）：11-16
[3] 吴建锋，王东斌，徐晓虹等. 利用工业废渣制备艺术型清水砖的研究[J]. 武汉理工大学学报，2005，27（5）：46-49
[4] 王金峰. 磷矿渣用于陶瓷坯料实验研究[J]. 江苏陶瓷，2001，34（4）：20-22
[5] 成龙盛，宋扶善，刘香萍. 硫磺废渣在陶瓷生产中应用的可行性探讨[J]. 科技情报开发与经济，1999，9（2）：38-39
[6] 陈冀宇. 利用粉煤灰生产泡沫陶瓷[J]. 粉煤灰，1998（4）：40
[7] 陈冀渝. 轻质多孔粉煤灰陶瓷的研制[J]. 陶瓷，2006（1）：38-39
[8] 徐晓虹，邸永江，吴建锋等 . 利用固体废弃物制备多孔陶瓷滤球的研究[J]. 陶瓷学报，2003，24（4）：197-200
[9]闫振甲，何艳君.工业废渣生产建筑材料实用技术[M].北京：化学工业出版社，2002。