卫生洁具低温泥浆的研制

林 毅

(广东翔华科技股份有限公司 广东 潮州 515646)

前言

随着我国陶瓷产能的迅速扩张，陶瓷原料市场出现了供应紧张的局面，部分地区原料的价格涨幅较大，作为传统制造业的陶瓷产业，“高产量、高能耗、低效益”的困境，使行业发展面临严峻的挑战。陶瓷行业只有通过新技术、新工艺，对陶瓷工业的生产过程进行改造，降低能耗才能最大程度地节约能源。

潮州制造陶瓷的生产历史悠久，是中国陶瓷文化的发源地之一。改革开放以来，潮州已成为全国最大的日用陶瓷、工艺美术陶瓷和卫生陶瓷的生产和出口产区。它不仅是全国陶瓷出口量最大的产区，还是全国最具活力和发展的陶瓷产区之一。2004年4月12日，中国轻工业联会、中国陶瓷工业协会授予潮州市“中国瓷都”称号。目前潮州陶瓷企业95%以上是民营企业，是全球陶瓷创新最快，品种最多，最具活力和发展最快的产区之一。随着我国陶瓷产能的迅速扩张，陶瓷原料市场出现供应紧张局面。一方面，部分地区原料价格涨幅较大；另一方面，由于国际原油市场价格的持续上涨，直接带动国内燃料油价上涨。陶瓷行业价格的竞争，持续高涨的成本压力，致使陶瓷企业整体盈利能力明显下降。

为了使卫生洁具产品在寒冷的冬天不爆裂，控制吸水率及烧成温度十分重要，一般烧成温度要达到1 250～1 300 ℃，如能研制出能适合的吸水率、生产强度及各项指标，且温度控制在1 200 ℃以下的泥浆，将会大大降低能耗和生产成本，从而可以提高企业的经济效益。

自2008年开始，我们就开始投入卫生洁具低温泥浆的研制。经过几年的研发和努力，通过对实验室配方的调整、试片的试制、小试的生产、成品的试产，现已将泥浆配方的烧成温度控制在1 190 ℃，吸水率达到国家标准GB 6952-2015的要求在0.5%以下，同时保证产品性能指标合格。

1 配方试验

1.1 生产原料的确定

因考虑到生产成本及充分利用潮州本土资源，在配方研发上我们主要采用潮州本土资源原料，如长石、高岭土、粘土、黑泥、淘洗泥等，少量外地产原料，如绢云母、叶蜡石、烧滑石，其主要化学成分如表1所示。

表1 原料的化学成分(质量%)

1.2 与釉料的配合优化

在试制过程中，我们注意到釉料的膨胀系数较小，坯釉匹配不合适，可通过增加滑石的加入量，降低膨胀系数，不仅解决了坯釉匹配的问题，同时滑石对降低烧成温度也有帮助，从而达到坯釉的匹配优化。

1.3 试片检测

1.3.1 试片的制作与规格

我们在试制过程中，采用石膏模型注浆分别制作了长度为200 mm，宽度为35 mm，厚度为13 mm的试条和长度为130 mm，宽度为90 mm，厚度为13 mm的试片。

1.3.2 试验条件与过程

注浆制作的试条经干燥后(100～120 ℃干燥4 h)，测量其干燥收缩率，然后送入窑炉烧成(烧成条件与大生产一致)，再检测烧成收缩率和总收缩率，并用于测定吸水率和抗弯强度。将制作的试片，在干燥后上釉(釉层厚度与大生产一致)，然后送入窑炉烧成，将烧制好的试片，按照国家标准GB 6952-2015《卫生陶瓷》的规定，检测其坯釉抗龟裂性。

1.4 试验结果

卫生陶瓷低温泥浆配方的试验结果见表2。

表2 试验结果

1.5 试制过程

我们在确定研制低温配方后，先进行了增加长石加入量的试验。试验结果显示，烧成温度降低，吸水率也达到标准要求，但是这时泥浆塑性变差，工人操作困难。我们通过增加黑泥、淘洗泥等软质原料，使泥浆塑性提高，较好地解决了此问题。另外，如果只单纯增加长石的加入量，将导致坯体热稳定性变差，产品易风惊，通过引入滑石，可较好地解决问题。在整个试制过程中，我们进行了几十次小型试验，容易达到了要求，但中试过程则较难，我们前后进行了10多次试验。

投入大生产后，我们也没有一步到位的进行，而是采取了分次实施过程，较为平稳地解决了问题。

2 配方的确定

按照传统的思维方式，为了降低烧成温度，我们若要增加熔剂的含量，就必须增加瘠性原料长石的含量，但这样泥浆的塑性就会降低，导致工人的操作困难。我们通过调整思路，减少叶腊石，绢云母等半瘠性料，用长石代替，这样虽然可以降低温度，但塑性稍差，再增加陶洗泥、黑泥等软质料，导致流动性较差。为了提高泥浆成形的可塑性，同时引入了滑石原料，可以降低温度，提高坯体热稳定性，不使烧成过程中产生新的问题。旧配方和新配方对比如表3所示。

表3 新、旧配方的化学组成(质量%)

3 泥浆的生产及工艺参数

3.1 生产流程

3.2 泥浆产业化生产(见表4)

表4 炼泥主要用设备

制泥：加入44%的水，球磨时间为16 h，出磨时每一磨都必须进行检测，各项指标合格后方可投入使用。

3.3 工艺参数

泥浆容重：1.74～1.76 g/mL；250目筛余≤2.0%；吸浆速度：5.0～5.6 mm/h；干燥收缩：3.4%～3.8%；烧成收缩：8.2%～8.6%； 烧成温度：1 190 ℃；烧成周期：17～19 h；吸水率≤0.5%；触变性：10～30；泥浆流动性：270～310 s；可塑性：满足一次成形连体要求。

3.4 烧成曲线对比

潮州卫浴行业旧配方的烧成曲线和新配方的烧成曲线分别如图1和图2所示。

4 关键技术及创新

如何解决低温高强度是本项目的关键技术。相比较于传统的长石、石英、粘土类配方，第一个改变就是完全不使用石英原料，而用少量的绢云母、叶腊石类矿物代替，这样可以提高泥浆成形的可塑性。第二个改变是引入滑石代替长石，滑石的助熔作用远高于长石，同时还可降低坯体的热膨胀系数。而减少的长石用量就可用粘土来代替，这样可以进一步提高泥浆成形的可塑性。

表5 配料表(以一球磨装干料9 t位单位)(t)

图1 新配方烧成曲线图

图2 潮州卫浴行业配方烧成曲线

图3 坯料配方改进方向

通过调整坯料配方，虽然降低了烧成温度，但塑性没有降低，可确保没有增加工人操作难度。

目前，国内生产卫生陶瓷的厂家，其配方多为传统的长石、石英、粘土配合而成，工人操作难度大，对工人的技术水平要求高，长石、石英这两类原料，没有可塑性，要完全依靠粘土(如黑泥)提供塑性，若单黑泥添加量多，吸浆速度就很慢；反之，黑泥添加少了，塑性又差，对生产大件产品很困难。

我们则在配方中完全不使用石英原料，添加了本地淘洗泥，辅助加了少量的绢云母、叶腊石类等材料，完成了配方的调试。既降低了烧结温度，又不影响产品的强度，保障产品各项指标符合国家标准GB 6952-2015《卫生陶瓷》的要求。

5 总体性能指标与国内外先进技术的比较及技术成熟度

卫生洁具低温烧成泥浆项目研制，总体性能指标符合国家标准GB 6952-2015《卫生陶瓷》的各项要求。烧成温度控制在1 190 ℃以下，产品吸水率控制在0.3%。国内外同类产品烧成温度在1 250～1 300 ℃，吸水率按国家标准GB 6952-2015《卫生陶瓷》要求为0.5%。

经过几年的研制，整个生产过程工艺性能稳定，产品外观规整度、光亮度及洗涮、隔臭功能都优于其他厂家同类产品，达到了国内同类产品的先进水平。

低温高强度的泥浆配方，吸水率和烧成温度的控制，保障了卫生洁具产品能适应寒冷的冬天不爆裂。自2008年我公司投入研制以来，未见有关资料或相关报导。为了使该技术更广泛的推广与应用，我们已将此配方的泥浆全面替代原来的配方，已取得了一定的经济效益。

6 对社会经济发展和科技进步的意义

本项目的研制成功，大大节约了原料成本和能源消耗成本，具体测算如下：

1)节约原料成本。按现有潮州重要卫生洁具产区的泥浆300元/t计，我公司研制的泥浆目前约200元/t，可节约30%，成本按现有每年消耗34 800 t泥浆计算，年可节约348万元。

2)节约能耗成本。新研发的泥浆烧成温度在1 190 ℃，比现有烧成温度1 250 ℃降低了60 ℃。一条260 m3隧道窑耗用天然气量为220 m3/h，新研发的泥浆烧成温度控制在1 190 ℃，同样的隧道窑耗用天然气量为180 m3/h。可节省耗气量20%。按现有公司每日耗用天然气8 t，全年按300 d计，年可节约天然气480 t，每吨天然气按6 500元计算，全年可节省能耗312万元。

3)原料成本及能耗成本两次合计年可节约660万元。潮州现有卫浴厂家1 000家，年产卫生陶瓷产品达9 000多万件，已达到100多亿元的产值，如能在整个潮州产区推广应用，年可节约近10亿元的成本，可节约天然气90 000 t，符合我国现阶段“节能降耗”的产业政策，对促进社会经济的发展和科技进步具有重大意义。

7 推广应用的条件及前景

本研究成果主要适应于卫生洁具生产企业，不涉及成形工艺及窑炉设备。目前潮州卫生陶瓷厂家除了少数几家大型企业自产泥浆外，大多数企业依靠瓷泥厂供应泥浆，广泛应用推广的可能性较大，低温泥浆经过3年的反复调试，稳定性强、成本低、产品规整度、光亮度及各项功能均符合国标要求，并已实现规模生产。

潮州是全国卫生陶瓷的主要产区，也是全世界卫浴出口的重要产业基地，卫浴产销量占据全国的半壁江山。而在产量方面的优势受河南长葛产区的影响，品牌美誉度上不及一些佛山品牌，总体较为保守。如在潮州产区广泛应用低温泥浆，则可增强潮州卫浴总体的竞争力。而卫生洁具行业涉及国计民生，市场需求量大，本项目的应用推广符合国家的节能政策，发展前景广阔。