浅谈偏钒酸铵在陶瓷色料中的应用

邓树海

摘 要：本文简要介绍了偏钒酸铵在陶瓷色料行业中作为矿化剂的应用。其中，主要介绍了偏钒酸铵在镨黄、钴黑、无钴黑、坯用黑色及蓝绿系列陶瓷色料中不同的矿化剂作用。

关键词：偏钒酸铵;陶瓷色料;矿化剂

1 前 言

目前，陶瓷色料的制备技术已较丰富，消费市场品种类型也较为丰富，极大地满足了市场需求。但在国家倡导的节能减排及企业制造成本居高不下的背景下，探究如何降低陶瓷色料生产制造成本仍是陶瓷色料研究者的重中之重的课题之一。

偏钒酸铵是白色或略带淡黄色的结晶性粉末，微溶于冷水，溶于热水及稀氨水，熔点210℃，在空气中灼烧时变成五氧化二钒。主要用作化学试剂、催化剂、催干剂、媒染剂等，陶瓷工业中广泛用作釉料，也可用作制取五氧化二钒。

偏钒酸铵在陶瓷色料中可作为发色剂，也可作为矿化剂。其中，偏钒酸铵用作发色剂最具代表性的产品是锆系三原色之中的钒锆蓝色料，通过调节配方中偏钒酸铵的加入量，可以使钒锆蓝呈现不同层次的蓝色[1]。而偏钒酸铵在陶瓷色料中作为矿化剂使用时，不仅可以调节陶瓷色料的色调，也可以降低陶瓷色料的煅烧合成温度。

本文主要讨论偏钒酸铵在陶瓷色料中作为矿化剂的应用。

2 偏钒酸铵在陶瓷色料中的应用

2.1 偏钒酸铵在锆镨黄陶瓷色料中的应用

锆镨黄，也称柠檬黄，现在市场上多数厂家的锆镨黄都是以红黄色调为主，该色调是市场的主流色调。就配方而言，是以氟化钡、氯化铵、氯化钠中的一种或多种组合作为配方矿化剂。其中，氟化钡是主要矿化剂，是锆镨黄显红黄色调的主要因素，但该色相色调单一，得不到纯正的柠檬黄色调，很难满足市场需求。

如若想要得到纯正的柠檬黄，则需要改变配方中矿化剂的组合。其中，重点在于在配方中引入偏钒酸铵，并用氟化钠[2]代替氟化钡，以偏钒酸铵、氟化钠、氯化钠、氯化铵中的一种或多种矿化剂组合，在900 ～ 980℃下以弱还原气氛煅烧，可以得到带绿调的锆镨黄，即纯正的柠檬黄。其原理在于引入的偏钒酸铵与氧化锆、二氧化硅在煅烧反应中生成了V-ZrSiO4固溶体[3]，其固溶体呈蓝绿色，V-ZrSiO4掺杂在Pr-ZrSiO4固溶体[3]中，从而使得锆镨黄带绿调。该产品与以氟化钡作为矿化剂的镨黄色料混合，可以得到更为丰富的锆镨黄色料产品。但值得注意的是，配方中的偏钒酸铵的量要严格控制在2.0%以下，如果量超出2.0%，则会使得锆镨黄绿调过重，色料黄度值降低，且色料发色发白，影响锆镨黄的发色质量。究其原因，可能是过多的偏钒酸铵的加入，在煅烧反应过程中形成了更多的V-ZrSiO4，使得Pr-ZrSiO4固溶体形成量减少，从而导致了色料质量问题。

2.2 偏钒酸铵在釉用钴黑陶瓷色料中的應用

黑色陶瓷色料是装饰材料中很重要的一种色料，一般制备黑色色料主要用到铬、铁、锰、镍、钴、铜等金属氧化物，而要得到纯正的黑色色料必须使用一定量的氧化钴。而钴黑色料中，以Fe-Cr-Ni-Mn-Co及Fe-Cr-Ni-Co为代表，其黑色色调纯正，但是由于Co的价格昂贵，导致钴黑色料成本高居不下，多数厂家进行了大量的研究开发无钴黑色料，但是所得到的高温无钴黑色料其色调仍然比不上钴黑色料纯正，Co在黑色色料中有不可代替的地位。

在尝试在釉用钴黑色料引入矿化剂的研究中，发现在钴黑色料中引入偏钒酸铵，可以使得Fe-Cr-Ni-Mn-Co及Fe-Cr-Ni-Co系的钴黑色料烧成温度降低，且在引入0.1 ～ 3%的偏钒酸铵时，可以取代0.1% ～ 2%的氧化钴，就昂贵的氧化钴而言，减少0.1% ～ 2%的氧化钴用量使得钴黑色料的原料成本可以大大降低，而且烧成温度可由1270 ～ 1300℃降至1250 ～ 1270℃，使得钴黑色料的总成本可以有效降低。

2.3 偏钒酸铵在釉用无钴黑陶瓷色料中的应用

要得到纯正的黑色色料必须使用一定量的氧化钴，但由于氧化钴价格昂贵，产品色料价格受到了一定影响。近年来，为了降低黑色色料的综合成本，多数厂家竞相开发无钴黑色料或用其它廉价原料代替昂贵的化工原料[4，5]，如于长凤、朱小平等人用钒砂尾矿制备无钴黑色陶瓷颜料[6]，以钒砂尾矿53.33%，Cr2O3 22.67%，CuO 11.33%，NiO 12.67%为配比，合成温度为1200℃，保温时间为30 min，得到了可在1250℃长石釉中使用的高温无钴黑陶瓷颜料。

在传统的无钴黑色料中，以Fe-Cr-Ni-Mn系为代表，其生产的合成温度为1270 ～ 1300℃，并保温4 ～ 6 h，可以得到发色良好的黑色色料。而在Fe-Cr-Ni-Mn系尖晶石色料中加入0.1% ～ 6%的偏钒酸铵，可使得其合成温度降低至1230 ～ 1270℃，且保温时间为4 ～ 6 h，可得到同等质量的无钴黑色料。偏钒酸铵的加入，使得Fe-Cr-Ni-Mn尖晶石色料合成温度降低30 ～ 50℃，同时，随着偏钒酸铵加入量的增加，Cr2O3、NiO的量需要微调，其质量配比相应地降低，一定程度上减少了Cr2O3、NiO的用量。偏钒酸铵的加入，降低了Fe-Cr-Ni-Mn系无钴黑色料的综合成本。但值得注意的是，偏钒酸铵的加入量不宜过多，过多会导致色料发色偏灰，且浅。

2.4 偏钒酸铵在坯用黑色陶瓷色料中的应用

坯用黑色陶瓷色料主要以氧化铬、三氧化二铁为主要原料合成的铬铁矿基色料，以质量分数氧化铬50%、三氧化二铁50%为基础配方，在1150 ～ 1190℃下煅烧，可以得到发色鲜明的坯用黑色色料。但由于配方所用氧化铬量大，使得色料成本上升，市场竞争力弱。在大多数厂家研制的坯用黑色陶瓷色料中，引入铬铁矿[5，7]、铬盐废渣[4]、钒砂尾矿[6]等取代部分氧化铬，降低色料配方成本，且能得到较为良好的坯用黑色色料。除了引入新的原材料取代氧化铬外，还可通过改变原材料的细度如加细原材料细度，或改变生产工艺如配方原料混合后通过球磨增强原材料之间的结合等方法提高产品的发色。

在试验过程中，引入铬铁矿，以铬铁矿30%、氧化铬25%、三氧化二铁45%的配方，在1190℃下煅烧，保温2小时，可以得到与基础配方发色相近的色料，但相比基础配方（氧化铬50%、三氧化二铁50%），所得色料发色偏红偏黄，色调不纯。在铬铁矿30%、氧化铬25%、三氧化二铁45%为基础的配方中外加0.5%偏钒酸铵后，在1150 ～ 1170℃下煅烧，可以得到比基础配方（氧化铬50%、三氧化二铁50%）发色更深、更蓝的陶瓷色料。在引入铬铁矿的试验中，通过微调铬铁矿、氧化铬、三氧化二铁的比例，并在配方基础上外加0.1% ～ 2%的偏钒酸铵，可以得到比原配方发色更深、更蓝的色料。但值得注意的是，偏钒酸铵加入量过多，则会使得色料发色变浅，所以要严格控制偏钒酸铵的加入量。

2.5 偏钒酸铵在蓝绿色系列陶瓷色料中的应用

蓝绿色系列陶瓷色料主要包括孔雀蓝、孔雀绿、硅铬绿、铝铬绿等，其中，绿色色调主要依靠氧化铬发色。在孔雀绿中，实验室以氧化钴12%、氧化铬22%、氧化锌22%、氧化铝44%为配方，在氧化气氛下1300℃烧成，保温时间1小时，可以得到发色良好的孔雀绿，而在此配方上外加1% ～ 4%的偏钒酸铵，同样条件下都可制备出更蓝更绿的产品。而在硅铬绿、铝铬绿中，同样的引入0.1% ～ 5%偏钒酸铵，也可制备出蓝绿相更好的产品。但在蓝绿色系列陶瓷色料引入偏钒酸铵的研究中，发现偏钒酸铵的引入，对于色料的烧成温度并没有起到明显的降低作用，只能在同等条件下获得更好的发色。

3 结 论

在陶瓷色料引入偏钒酸铵作为矿化剂的研究中发现，在锆镨黄中引入偏钒酸铵作为矿化剂，可得到纯正的柠檬黄色调锆镨黄;在釉用黑色、坯用黑色陶瓷色料中引入偏钒酸铵可以起到降低色料煅烧合成温度及增强色料蓝相色调效果;在蓝绿色系列陶瓷色料中引入偏钒酸铵，可增强陶瓷色料蓝绿相色调。但值得注意的是，在陶瓷色料中引入偏钒酸铵作为矿化剂，要严格控制加入量，过量会带来质量问题。

参考文献

[1] 杨萍，李淑珍，孔飞. 钒锆蓝色料的研制[J].佛山陶瓷，2002（5）：11-14.

[2] 张文丽.矿化剂在ZrO2-SiO2系陶瓷色料合成过程中作用机理浅探[J].中国陶瓷.1993（2）：19-22.

[3] 张强，周学东.锆基陶瓷色料的制备及其性能[J].硅酸盐通报.2001（3）：41-45.

[4] 叶昌，夏清，陆伟明，匡加才.利用铬盐废渣生產陶瓷色料的研究[J].中国陶瓷.2005（4）：33-36.

[5] 陈宗玲，顾幸勇，胡克艳.用铬铁矿制备低成本Cr-Fe-Ni-Cu系无钴黑色色料的研究[J].陶瓷学报.2010（4）：591-593.

[6] 于长凤，朱小平，李欣，张筱君.用钒砂尾矿制备无钴黑色陶瓷颜料的研究[J].陶瓷学报.2013（01）：76-80.

[7] 崔微微.浅谈坯用无钴黑色料的研制[J].佛山陶瓷.2012（5）：9-10.