西丰土性能实验研究

俞莉红

摘 要：通过对产于辽宁省西丰县的西丰土进行X-射线衍射分析、差热热重分析和粒度分布、化学成分、物相组成、可塑指数、结合性、比表面积、烧结性能、气孔率、密度和收缩率等性能的检测，为扩大该矿石在陶瓷生产中的应用提供技术依据。

关键词：西丰土;性能分析;陶瓷

1 前 言

西丰土产于地处辽宁省西丰县西丰镇六安村的西丰陶土矿。该矿距西丰县城0.5km左右，上世纪70年代普查陶瓷原料时发现，该矿主要由石英及伊利石组成，属原生粘土矿，其储量丰富，覆盖层薄，地表剥离层最大为3m，最小为0.5m，便于机械化露天开采。该粘土曾是某耐酸砖生产的主要原料，并一直供应某电瓷厂。随着辽宁建筑陶瓷业的重新振兴，开展辽宁地产原料的调查及开发利用工作，对于辽宁建筑陶瓷的长远发展及振兴当地经济具有重要意义，当地政府对西丰土的调查及开发利用极为重视，特委托我们对西丰土性能进行全面检测，以此为西丰土开发利用提供依据。

2 试验检测样品

（1）样品来源：西丰镇政府送样.。

（2）样品数量：各25kg。

3 样品检测项目及结果

3.1使用检测仪器型号

白度仪：WSD-Ш型全自动白度仪;

差热热重分析仪：HCT-2微机差热天平;

X-衍射分析：RAD-10 X-射线衍射分析仪;

塑性分析：KS-B微电脑可塑性测定仪;

粒度分析：LS-POP（Ш）激光粒度分析仪 。

3.2 外观

样品外观呈灰白色，其中块状所占比例在90%wt以上， 料块尺寸大小不等，直径在0.15～500mm之间（实际矿区最大料块还要大），生坯白度75°左右，料块坚硬，用锤子能砸碎，断面颜色基本一致，可以判断料块组成、成分比较均匀 。在余下粉状料中夹杂棕色、黄色不易破碎的硬质颗粒，硬度高于料块硬度，判断为外来杂质，且杂质中铁含量高于料块中铁含量。矿区不同部位的矿样风化程度有所不同，属一次残留粘土。矿区东南方位1#矿样较易破碎、东北方位2#矿样比1# 难于破碎、西北方位3 #矿样风化程度很低，不易破碎，较为坚硬。

该土颗粒较粗，经100目筛淘洗后，筛上部分占80%左右，筛下物料中1um以上的颗粒占60%以上。颗粒组成如图1。

3.3 化学分析

3.3.1 取样方法

将块状料粉碎至1cm以下，混合后4分法取样，再缩分至满足检测要求重量。

3.3.2 检测样品制备

（1）整体检测样品。

按3.2.1方法取样后，隔纸用锤子砸碎，然后用玛瑙乳钵研磨至合格粒度进行检测。

（2）筛上检测样品。

按3.2.1方法取样后，水化24小时后，用100目筛过筛，对筛上样品进行检测。

（3）筛下检测样品。

按3.2.1方法取样后，水化24小时后，用100目筛过筛，对筛下样品进行检测。

（4）检测结果见表1。

3.4 矿物组成分析

经X-射线衍射分析、差热热重分析，矿物主晶相为伊利石、石英、白云母，夹杂少量的方解石。

3.4.1 X-射线衍射分析

其较强的特征峰d值为3.35、4.26、1.82的为α-石英（SiO2）;其次的三个特征峰d值为10.1、4.47、3.33的为伊利石（K（Al，Mg）3Si3AlO10（OH）2），较强的特征峰d值为3.32、9.95、2.57的为白云母，少量的方解石（CaCO3）。其中α-石英约占45%以上。

3.4.2 差热热重分析

在差热曲线上，100℃左右出现一小而宽的吸热谷，失去吸附水;700℃左右有一吸热谷，失去OH-;1060℃出现一放熱峰。

在失重曲线上，892℃开始失重，到902℃失重停止，失重为6.38%，如图2差热热重曲线。

根据以上衍射和差热热重分析可以判定该粘土为含大量α-石英（SiO2）的伊利石类粘土，同时含少量白云母和方解石。

3.5 泥料可塑性

粉碎过程：用鄂式破碎机粉碎至粒度小于1cm，然后用锤子将料砸碎至40目以下，砸料时为避免铁的引入，将料用纸隔开。

球磨过程：用3kg球磨罐，按料：球：水=1： 2：1的比例将料球磨20h，球磨时间确定过程为，对多个球磨时间后的料浆粒度采用250目筛，筛余量刚好小于0.5%wt时的研磨时间，确定为规定研磨时间，并采用激光粒度分析仪对其进行粒度检测。

脱水过程：将球磨后的浆料用石膏进行吸水，对吸水后的料充分捏练使其达到具有正常工作稠度的致密泥团，泥团及易塑造成型而又不沾手，将泥团铺于玻璃板上制成厚30㎜的泥饼。

水分检测：采用泥坯水分仪（FD—100）对泥料进行水分检测。

陈腐过程：将泥坯装入密封塑料袋中，放置24h以上。检测结果见表2。

3.5.1 成型性能

控制要求：将泥浆料在100℃以下进行烘干，烘干过程定时进行水分检测，要求烘干后料的水分为7.5%±0.5%wt，然后用20目筛网进行手工造粒，造粒后的粉料放入密封塑料袋中陈腐24h后，用专用模具进行压制成型，压制坯体经100℃干燥20h然后进行强度检测。检测结果见表3。

3.6烧成性能

按要求，采用专用磨具压制成型，成型后样品尺寸满足白度测试要求，烧成试验温度为1050～1200℃，检测温度间隔为50℃，升温制度为：90min均匀升温至设定温度，保温10min，然后自然冷却，烧成后性能检测见表4。

4 结果分析

（1）从整体成分结果看出，该矿物二氧化硅含量高，氧化铝低，属典型瓷石类型粘土矿，该矿物中由于含有大量的游离二氧化硅、云母和方解石这类含碱矿物，因此原料塑性偏低，且熔剂作用强烈，烧结温度较低。其中影响成色的两种有害物质氧化铁、氧化钛含量总和小于1%，对建筑、卫生陶瓷成品色泽影响不大，该原料尚可应用，但由于含有一定量的氧化钙成分，对玻化砖烧成来讲，配方中不可采用过多，否则容易造成坯体变形，起泡等缺陷，在确定配方时应注意调整及控制。

从筛上及筛下样品成分比较看出，经筛分后，筛下样品中氧化铝含量提高近10%，但同时氧化铁含量也明显增加，达到1.58%，如果想通过二次加工或合适的选矿方法，提高粘土矿的品位，首要问题应当想办法降低氧化铁含量，否则实际意义并不大。

为确保对西丰土化学成分的准确测定，使检测数据具有实际参考价值，到矿点现场进行取样，对三个不同方位取样检测结果见表5。

通过比较看出，西丰土化学成分波动并不大，在开采原料时若能按不同品位进行一次均化，保证原料成分的相对稳定，完全可以确保生产的稳定性。

（2）从成型性能来看，西丰土由于其中游离石英比例在45%以上，使塑性大大降低，通过KS-B微电脑可塑性测定仪检测，可塑度只有0.4左右，而塑性好的粘土可塑度可以达到0.8以上，因此在实际生产中，为保证成型性能，必须引入一定量可塑度好的粘土配合使用。

（3）从烧成性能来看，西丰土由于氧化铝含量较低，属瓷石类粘土矿物，因此烧成温度较低，通过快速烧成试验，该矿在1150～1200℃ 即已经瓷化，同时其主要矿物组成为石英和伊利石，氧化铁含量并不高，成瓷后的光泽性和透明度较好，白度可以达到55度以上，没有黑心现象，是较为优良的瓷石类粘土矿物。如将该土淘洗或旋流分离，可除去部分游离石英，从而相应增加伊利石矿物组成和提高细分散部分的Al2O3含量。由于其本身含有成瓷的各种矿物成分，烧结温度较低并具有一定的可塑性，类似于我国江西景德镇及南方一些瓷区常用的瓷石。

5 应用前景

通过以上检测与实验我们认为西丰土是生产陶瓷墙地砖、陶瓷卫生洁具的很好原料，Fe2O3 、Ti O2含量较低，烧后白度好，烧成温度低，烧成范围50～80℃，适于低温快速烧成的温差小的大截面辊道窯。若经淘洗或旋流分离，除去部分游离石英从而提高细分散部分的Al2O3含量，经深加工改善可塑性，也可用于高档瓷质抛光砖，在开采原料时若能按不同品位进行预均化和二次均化，实现产品的标准化和系列化，保证原料质量的相对稳定，西丰土将具有非常广阔的应用前景。 现已完成的辽宁省粘土资源普查表明，辽宁省境内发现瓷石类粘土矿近10处之多，目前得到大规模开发应用的只有法库土，其用量在几十万吨/年，目前按辽宁省在当地千条线的生产规划，法库地产粘土资源供应压力就会逐渐凸显，这同时对辽宁其它粘土矿产地，提供难得的发展契机，通过对法库土化学成分比较[1]，西丰土与法库土化学成分基本类同，见表6，应用前景广泛。

参考文献

[1] 辽宁省陶瓷原料概况 . 辽宁省硅酸盐研究所.

[2] 张锐， 王海龙， 许红亮. 陶瓷工艺学[M]. 化学工业出版社， 2013.

[3] 热分析. 南京工业大学.

[4] 杨于兴， 漆=. X射线衍射分析[M]. 上海交通大学出版社， 1994.