延安紫砂原料评价及制陶试验(Ⅰ)——延安紫砂原料的特性与评价

马小鹏 刘西民 杨中英 鲁雅文 翟军浩 马欣彤

(1 咸阳陶瓷研究设计院 陕西 咸阳 712000)(2 西安建筑科技大学华清学院 西安 710043)



延安紫砂原料评价及制陶试验(Ⅰ)
——延安紫砂原料的特性与评价

马小鹏1刘西民1杨中英1鲁雅文1翟军浩1马欣彤2

(1 咸阳陶瓷研究设计院 陕西 咸阳 712000)(2 西安建筑科技大学华清学院 西安 710043)

通过对延安市21种原料的采集、原始块状煅烧试验、物理性能测试、化学成分、烧成性能、矿物组成的分析、综合判定和评价，得出延安紫砂原料性能良好、储量丰富，适合于生产紫砂器类的日用陶器、艺术陶器。由系列物理化学性能测试结果得到：宝塔区川口乡田崂的紫砂矸YR-2、李渠镇曹家沟的灰矸YR-5、李渠镇姬庄的黄矸YR-6和富县莲花池大坝的粒状紫砂FR-1、茶坊西沟门的紫砂土FR-5，这5种原料性能良好， 其中以RY-2和FR-1性能最为优良，是进行制陶试验的首选原料。

延安紫砂土 测试 评价

2014年8月，中国建材咸阳陶瓷研究设计院受延安市有关单位委托，对陕西省延安市的宝塔区、志丹县、富县的陶瓷原料进行了有针对性的样品采集，实际取样矿点共计21处，其中志丹县8处、宝塔区8处、富县5处，每个矿点取样约100 kg，将采集下的原料运回咸阳陶研院进行分析测试并开展制陶试验。本次采集原料地点的选取是在总结已开展过工作的基础上优选出来的，得到了宝塔区及两县相关部门的大力支持。

1 原料概况及取样矿点

宝塔区的陶瓷原料以紫砂、粘土、砂岩、黄土为主。主要分布在罗家坪、川口田崂、李渠镇、梁村、瓷窑沟、蟠龙一带。整个区域内均有适合生产陶瓷用不同品质的粘土原料。志丹县的陶瓷原料以白云岩质粘土、紫砂、砂岩、黄土为主。矿区主要分布在木长嘴一带，主要为页岩、陶土、砂岩和红胶泥；任坪村一带主要为白胶泥和红胶泥；金鼎地区主要为白云岩质白胶泥和紫砂岩；红砂在全县范围内均有分布。富县陶瓷原料在莲花池大坝和城南搅拌站主要为紫砂土，另有煤系高岭矿物。

表1 志丹县境内原料取样信息

具体取样信息情况见表1、表2和表3。

表2 宝塔区境内原料取样信息

表3 富县境内原料取样信息

2 原料适应性试验

原料适应性试验是指将采集的原料进行煅烧及部分物理性能测试工作，取得各种数据，并由此初步判断该原料是否可用。

2.1 原料原始状态煅烧试验

对所取的原料观察其外观特征，并对样品在原始状态下进行煅烧性能试验。粗选时先对表面明显含有铁杂质的原料予以拣出和剔除，对通过表观认可的原料分别进行以下试验。

表4 志丹县块状(粒状)原料煅烧后直观性状

表5 宝塔区块状(粒状)原料煅烧后直观性状

表6 富县块状(粒状)原料煅烧后直观性状

首先对所取样品直接观察其初始外观，然后在烧成温度分别为1 130 ℃、1 160 ℃时，保温20 min，煅烧后观察颜色、烧结、外观等状态。依据样品烧后的颜色、烧结程度、适应温度范围、尺寸变化等指标，判断筛选出可以使用的种类。不同地区原始块状(粒状)原料的外观及煅烧后性状分别见表4、表5和表6。

通过对三地原料煅烧试验进行观测，志丹县原料烧后呈色欠佳，不能满足日用紫砂器的呈色；宝塔区和富县的原料YR-2、YR-5、YR-6、FR-1、FR-5这种类呈色较好。全面观察21种原料的初步煅烧试验结果，呈色大部分为土黄、棕色，可以确定，在日用陶瓷、艺术陶瓷方面开发研制紫砂器类产品最适合此类原料的特性。

2.2 原料的部分物理性能

每种原料的可塑性、干燥强度、线收缩率是重要的物理性能。只有了解并掌握这些参数才能设计出性能良好的泥料配方，这也是技术人员衡量判断该原料优劣、是否有利用价值的重要参数之一。

可塑性指数采用常规标准方法进行测试；干燥线收缩率采用试条法进行测试；干燥强度采用试条法进行测试，在105 ℃干燥24 h后,在室温条件下测试其抗折强度。

表7 志丹县原料部分物理性能

原料的可塑性、干燥收缩、干燥强度的物理性能测试结果分别见表7、表8和表9。

表8 宝塔区原料部分物理性能

表9 富县原料部分物理性能

2.3 原料的烧成性能

原料的烧成性能是初步判断其能否使用的基本参数，是对原始状态下煅烧性能的进一步接近试制样品的验证。通常由烧结程度(吸水率)、是否出现镜面(烧结出现液相)、烧后呈色状态优劣、试片变形程度等指标来判断，因此测试原料的烧成性能非常重要。

先将原料打粉过60目筛，然后加水制泥、陈腐、均化，用特制的模具和独特方法制成厚度均匀的方片状试样，打线作标记，烘干。先测定干燥线收缩率，然后放入电炉中进行烧成性能测试。烧成升温速度为3.0 ℃/min，烧成温度分别为1 130 ℃、1 160 ℃,保温时间均为20 min，自然冷却。降至室温时取出观察外观呈色、变形等，并测定吸水率和烧成收缩率。

通过每种温度下的烧成线收缩率、样品吸水率等性能进行测试，选择烧成温度范围宽、烧成收缩率小、吸水率低的原料作为配方原料，为制定性能达到紫砂器标准要求的配方提供工艺参数。

不同地区原料的烧成收缩率、吸水率等性能测试结果分别见表10、表11和表12。

从烧成性能参数结果分析可知，志丹县土类原料除ZR-8为浅黄白色土外，普遍表现出烧后呈色欠佳、烧结范围窄的缺点；宝塔区和富县的原料YR-2、YR-5、YR-6、FR-1、FR-5这5种原料呈色好、烧成范围宽、收缩变化率小。

表10 志丹县原料制样烧成性能

表11 宝塔区原料制样烧成性能

续表11

表12 富县原料制样烧成性能

3 原料的化学、矿物成分分析

3.1 原料的化学分析

对采选的原料样品进行化学成分全分析，结果见表13、表14和表15。

表13 志丹县原料化学成分(质量%)

按紫砂器原料要求，志丹县的几种原料中铝、铁含量普遍较低，ZR-9原料虽然铝、铁含量适宜，但钙、镁含量较高，严重影响呈色与烧结范围而不可用。宝塔区的原料中YR-2、YR-5、YR-6原料中的铝、铁含量较高，钙、镁含量较低，尤以YR-2化学成分最优；富县的原料中FR-1、FR-5的化学成分均符合紫砂器要求，烧后呈色FR-1略比FR-5好，因此选择FR-1较为理想。

化学成分与烧后呈色存在一定的相关性，尤其和硅、铝、铁、钙、镁几种氧化物的含量相关性最高，这种特性在本实验中表现得较为明显。

表14 宝塔区原料化学成分(质量%)

表15 富县原料化学成分(质量%)

3.2 原料的矿物组成分析

采用日本岛津公司(Shimadzu)的X-射线衍射仪XRD-6000，对各种原料进行矿物组成和含量分析。由分析结果可知，大部分原料的矿物类型和含量相近，都是以石英含量为主，同时含有伊蒙混层、伊利石、绿泥石、高岭石、少量长石、少量方解石的混合矿物组成，主物相为石英-伊蒙混层-高岭石-赤铁矿系。与宜兴紫砂原料相比较，主矿相基本相同。在拟定配方时尽可能选择高岭石、伊蒙混层、石英、赤铁矿等矿物含量高的原料。如宝塔区川口乡田崂的紫砂矸YR-2和富县莲花池大坝的粒状紫砂FR-1。

由于X-衍射谱线图繁多，大部分结果相近，因此在此仅列举制陶试验时用到的两种原料YR-2、FR-1的谱线和矿物类型与含量。

矿物含量:石英：58%；伊蒙混层+伊利石：33%；高岭石：6%；赤铁矿：2.5%；锐钛矿：0.5%图1 宝塔区川口乡田崂紫砂矸YR-2 XRD谱线与矿物含量

矿物含量：石英：58%；伊蒙混层+伊利石：34%；高岭石：5%；赤铁矿：2%；锐钛矿：0.5%；方解石：0.5%图2 富县莲花池大坝粒状紫砂FR-1 XRD谱线与矿物含量

4 结语

通过对延安市21种原料的原始块状煅烧试验和化学成分分析得出，宝塔区、富县的部分原料适宜生产制造紫砂器类的日用陶瓷、艺术陶瓷。志丹县原料或因呈色欠佳或因钙含量较高，不适宜用于生产日用陶瓷、艺术陶瓷。

由物理性能、化学成分、烧成性能、矿物组成几方面综合判定，宝塔区川口乡田崂的紫砂矸YR-2、李渠镇曹家沟的灰矸YR-5、李渠镇姬庄的黄矸YR-6和富县莲花池大坝的粒状紫砂FR-1、茶坊西沟门的紫砂土FR-5，这5种原料性能良好，其中以宝塔区川口乡田崂的紫砂矸YR-2和富县莲花池大坝的粒状紫砂FR-1性能最为优良，是进行制陶(瓷)试验的首选原料。通过实地采样可以看到，延安紫砂原料储量丰富、易开采、运输方便，具有良好的工业前景。

(未完待续)

马小鹏(1959-)，硕士，教授级高级工程师；主要从事陶瓷工艺技术及色釉料的研发工作。

TQ174.4

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1002-2872(2016)11-0025-07