尿素对陶瓷砖釉面光泽度的影响试验

陈海林

摘 要：陶瓷砖在快速烧成时，亮光釉面容易出现析晶现象，造成釉面光泽度下降。试验发现，在亮光熔块釉浆添加适量的尿素，能改善釉浆使用性能，有效提高釉面光泽度，使釉面达到平滑、透亮的效果。实践表明，尿素作为釉浆添加剂，具有效果显著、使用方便、不良作用少、成本低的优点，可广泛应用于釉面砖的快烧生产。

关键词：尿素;釉浆;陶瓷砖;釉面光泽度

1 前言

近年来，随着生产工艺技术和设备的发展，陶瓷砖的生产规模不断扩大，产品的烧成周期大大缩短。在快速烧成的过程中，时常会出现一些工艺难题。例如，亮光釉面的光泽度下降问题。对于陶瓷砖来说，亮光釉面的光泽度是衡量产品品质的重要指标之一。尤其是釉面内墙砖，如果没有采用抛光加工工艺，则釉面的光泽度主要依赖于面釉的烧成效果。当烧成工艺或釉浆工艺参数不合理时，釉面光泽度将会受到较大的影响，甚至出现釉面雾状、发蒙、毛孔等明显缺陷，导致产品品质下降。为了提高亮光釉面的光泽度，一般从面釉原材料及研磨、施釉、烧成工艺等方面予以调整改善。

尿素作为农业广泛使用的化肥之一，很少与陶瓷行业的原料加工工艺联系在一起。本文采用尿素作为釉浆添加剂，设计了一系列平行对比试验，并进行生产实践应用，探讨其对陶瓷砖的釉面光泽度的影响作用。

2 试验

2.1 试验用设备

TN-Ⅱ化学成分快速分析仪，精度为0.01g的电子秤，台式涂四杯粘度计，秒表，刮釉器（刮口间隙0.5㎜），WGG60-ES4型光泽度计。

2.2试验用基础釉浆

试验用的基础釉浆采用陶瓷釉面砖大生产研磨好的熔块釉浆（亮光面釉）。分别使用三组釉面砖生产线的亮光面釉浆作为基础釉浆进行对比试验。基础釉浆有：108#水晶釉、109#水晶釉、196#半白釉、9808#半白釉，均为目前市场上常规的陶瓷熔块釉浆。投磨比例如表1所示。

采用TN-Ⅱ化學成分快速分析仪对各种基础釉浆的主要化学组成进行分析，结果如表2所示。

2.3试验用添加剂

试验采用的添加剂为市场上常见的农业肥料用尿素，优等品，总氮（N）≥46.0%，粒度范围：d  0.85㎜-2.80㎜，产品执行标准为国标GB/T2440-2017。尿素又称脲、碳酰胺，化学式是CH4N2O，是由碳、氮、氧、氢组成的有机化合物，外观为白色晶体。

2.4试验方法

以生产线的熔块面釉浆作为对比试验的基础釉浆，分别加入不同比例的尿素，搅拌3min至尿素晶体完全溶化，将试验釉浆过100目筛，静置1min后，用涂四杯粘度计和秒表测定釉浆流速，观察釉浆的悬浮性和流动性。再用刮釉器（刮口间隙0.5㎜）把各组釉浆均匀布在同一片上好底釉的砖面上，把试验砖放在釉烧窑炉的相同进砖位置烧成，对烧后的试验砖釉面测定光泽度，并距离0.5m目测釉面外观质量。最后，从釉浆使用性能、烧成后光泽度、釉面外观质量等方面进行对比分析。

2.5试验条件

为了使试验结果具有广泛的适用性，以相同的试验方法，分别在三组不同产品生产线上进行面釉浆添加尿素试验。

第一组试验条件为：A厂釉面内墙砖生产线，二次烧成，釉烧窑炉长度270m，产品烧成温度1090～1100℃，烧成周期30min，所用109#水晶釉浆的性能参数为：比重1.75，细度3.9g/100ml（325目标准筛），流速47-49秒。

第二组试验条件为：B厂釉面内墙砖生产线，二次烧成，釉烧窑炉长度130m，产品烧成温度1110℃～1120℃，烧成周期26min，所用108#水晶釉浆的性能参数为：比重1.74，细度4.5g/100ml（325目标准筛），流速37-38s。196#半白釉浆的性能参数为：比重1.75，细度4.7g/100ml（325目标准筛），流速41-43s。

第三组试验条件为：C厂水晶地砖生产线，一次半烧成，釉烧窑炉长度230m，产品烧成温度1140～1160℃，烧成周期28min，所用9808#半白釉浆的性能参数为：比重1.73，细度5.1g/100ml（325目标准筛），流速33-36s。

3 结果与分析

3.1尿素对釉浆的使用性能影响试验

在各种基础釉浆添加不同比例的尿素，搅拌3min至尿素晶体完全溶化，静置1min后用台式涂四杯粘度计和秒表测试釉浆的涂-4粘度（流速），并观察釉浆的悬浮性（沉淀程度）、流动性（触变程度）等使用性能的变化，试验结果如表3所示。

从表3中可知，尿素添加后，4种基础釉浆的流速均出现轻微降低，大约降低2-6s，仍符合大生产的施釉工艺要求。经静置1h比对，添加尿素的釉浆沉淀现象有所减轻，悬浮性比原基础釉浆略好，也无发现触变情况，流动性好，无发现不良作用，对生产更为有利。

3.2尿素对烧成后的釉面光泽度影响试验

将添加不同比例尿素的熔块面釉浆，用刮釉器（刮口间隙0.5㎜）均匀布在上底釉砖坯面，放入釉烧窑炉烧成，用WGG60-ES4型光泽度计测定各试验砖的烧后釉面光泽度，并距离0.5m目测釉面的表面质量，包括亮度、平整度及是否出现杂质、气泡、针孔等不良现象。试验结果如表4所示。

从表4中可知，无论是水晶或半白熔块釉，尿素的添加都能有效提高烧成后釉面的光泽度，添加0.1%尿素即能开始产生作用，添加0.2%-0.3%尿素就能使釉面达到较为理想的效果，当添加比例达到0.4%以上，则釉面的光泽度继续提高不明显，作为破坏性试验，在基础釉浆添加1.0%尿素，未发现对釉面的不良作用。考虑到使用效果和成本的因素，尿素在面釉熔块釉浆的最佳添加比例为0.2%-0.3%即可。

3.3尿素不同添加方式的对比试验

为确定尿素的最佳使用方案，笔者以A工厂大生产的109#水晶釉浆为例，设计两种试验方案。方案一是：在投料入1#高铝球磨时，将尿素10.5kg（即干重百分比0.3%）和熔块釉料3.5吨、水1.3吨同时加入研磨，出磨的釉浆过筛除铁后，放入贮釉桶备用。方案二是：在投料入2#高铝球磨时，只投入3.5吨熔块釉料和1.3吨水，待出磨的釉浆过筛除铁放入贮釉桶后，外加尿素10.5kg（即干重百分比0.3%）。分别将两种方案得到的釉浆与未添加尿素的基础釉浆平行对比试验，用刮釉器（刮口间隙0.5㎜）将试验釉浆均匀布在上底釉砖坯面，放入釉烧窑炉烧成，用WGG60-ES4型光泽度计测定釉面的光泽度，并用肉眼观察釉面的表面质量。另外，对方案二添加尿素后的釉浆做进一步跟踪试验，根据贮存时间的变化，每隔三天将釉浆刮片试验，测定釉面光泽度，以分析贮存时间对添加效果的影响。试验结果如表5所示。

从表5试验结果可知，方案一将尿素和熔块釉料同时投料研磨，方案二将研磨好的釉浆外加尿素，方案二的效果优于方案一，因此不建议将尿素投磨使用，直接外加入釉浆即可。另外，从方案三到方案八的试验结果分析，随着釉浆贮存时间的延长，尿素提高釉面光泽度的作用略有减弱，基本能达到生产要求。为达到最佳效果，添加尿素的釉浆建议在半个月内使用，并按照先配制先使用的原则安排上线。

4 大生产应用

根据试验结论，笔者将尿素作为釉浆添加剂应用于亮光釉面砖的大生产，以提高釉面光泽度。经长时间、多条生产线的实践应用，以及同行在日常生产中的不断摸索总结，得出以下几点经验：

4.1适合使用情况

近年来，釉面砖生产线的产能不断加大，烧成周期大大缩短，亮光釉面“不亮”的情况经常会发生。这主要是因为亮光釉面砖在快速烧成时，窑炉烧成曲线或釉浆工艺不能满足快烧的要求，导致釉坯在釉烧窑炉内的排水效果不良，烧后的釉面不够透亮，光泽度较低，经常出现雾面析晶，有些人也称之为“釉面发蒙”，施釉量越多时，釉面越不亮，严重时，甚至出现密集的毛细孔，类似釉面过烧的现象。此时，使用尿素作为釉浆添加剂来提高釉面的光泽度，能取得十分显著的效果。另外，当产品釉面光泽度基本正常时，在面釉熔块釉浆中添加0.2%～0.3%的尿素，仍能够在一定程度上提高釉面的光泽度，大约增加1～3 GU。

4.2合理添加方法

因尿素晶体易溶于釉浆，生产现场添加使用十分便捷，只需将尿素晶体按比例直接外加至贮釉桶或施釉工作桶的面釉浆里，经贮釉桶搅拌30min或施釉工作桶搅拌循环10min左右即可正常使用，而不需要把尿素制成水溶液再添加。有时候为了减少工序，方便管理，会考虑直接将尿素按比例投磨使用。但实践表明，把尿素和熔块釉料一起投入球磨加工后，对釉面光泽度的提高作用有所减弱。另外，釉浆添加尿素后如果长时间没有上线使用，尿素的作用也会略有减弱。这是因为，尿素是一种简单的有机化合物，热稳定性差，在一定条件下会产生分解，导致在釉浆中的作用减弱。随着温度的升高，尿素的分解反应会加快。当尿素加热至160℃时分解，产生氨气同时变为异氰酸，反应式为CO（NH2）2→加热160℃→NH3↑+HCNO。初步认为，尿素受热时的分解反應，有助于釉面的排水和熔平，从而提高釉面光泽度。因条件所限，具体反应机理有待进一步探讨。综上所述，在釉浆出磨后，经过筛、除铁输送至贮釉桶的过程，即上线使用前的短时间内添加尿素，效果最好。添加尿素的釉浆一般控制在半个月以内使用，这与正常生产的时间安排基本一致。如果釉浆长时间没有上线使用，导致尿素的作用减弱，烧后釉面光泽度偏低，仍可以重新添加适当比例的尿素予以改善。

4.3最佳使用比例

从试验来看，尿素的最佳使用比例为0.2%～0.3%。当添加比例低于0.2%时，釉面光泽没有达到最佳效果;添加比例超过0.3%时，釉面光泽度继续增加的效果不明显。添加比例1.0%的破坏试验对釉面外观质量没有明显的负作用，这是由于尿素中碳素含量不高，不易引起釉泡、针孔等缺陷，但尿素毕竟是有机化合物，作为一种添加剂，在达到使用效果的前提下，使用比例也不宜过多。

4.4尿素作为釉浆添加剂的优点

从大生产的实际应用效果来看，把尿素作为陶瓷砖的亮光熔块釉浆（面釉）添加剂，具有以下优点：

（1）对亮光釉面光泽度改善效果显著，对釉浆悬浮性和粘结性有一定帮助。

（2）无明显的不良反应。不影响釉浆使用性能，对釉面外观质量无明显负作用，不易产生针孔、釉泡等缺陷。

（3）使用方便。易溶于水，直接添加到釉浆，经贮釉桶搅拌半小时以上即可使用，正常贮存半个月以内不影响使用效果。

（4）来源广泛，使用成本低廉。对尿素的纯度等要求不高，市面上符合国标GB/T2440-2017的产品，一般都可使用。目前，尿素的市场价格大约为2.0～2.3元/公斤，每吨釉浆添加0.3%（干重百分比）尿素的成本为6.0～6.9元，十分低廉。

5 结论

经平行对比试验和生产实践的验证，釉面砖快速烧成时，在亮光熔块面釉浆添加适量（0.2%～0.3%干重百分比）的尿素能有效地解决釉坯排水不良引起的釉面雾状析晶、发蒙、密集毛细孔等表面质量问题，提高釉面光泽度约3～8GU，使釉面达到平滑、透亮、洁净的效果，釉面质感得以明显改善。此外，采用尿素作为熔块釉浆的添加剂具有便捷灵活、不良作用少、成本低等优点，可广泛应用于陶瓷砖亮光釉面产品的生产。

参考文献

[1] 张颂茀.尿素在陶瓷熔块釉中的应用[J].建材工业信息，1990，5.

[2] 蔡飞虎，冯国娟.陶瓷墙地砖生产技术[M].武汉：武汉理工大学出版社，2011，7.

[3] 石棋，李月明.建筑陶瓷工艺学[M].武汉：武汉理工大学出版社，2007，8.

[4] 焦宝祥.陶瓷工艺学[M].北京：化学工业出版社，2019，7.