江西南城瓷石矿理化性能分析及工艺性能研究

余 婷，刘敏芳，任立琴，高群力，查 越

（中国轻工业陶瓷研究所，景德镇，333000）

0 引言

瓷石是生产陶瓷的主要原料之一，主要矿物成分是石英、绢云母、高岭石和极少量长石及碳酸盐等岩石矿物。瓷石即可单独成瓷，也可替代或部分替代长石、石英，与高岭土按一定比例混合配制成陶瓷坯料[1-2]。位于江西省南城县浔溪乡大竺村的瓷石矿藏丰富，且杂质含量较少，品味较高，但未见关于其物理化学性能及工艺性能等方面的报道。因此，本文通过多种测试分析方法对南城瓷石矿物理化学性能及工艺性能进行分析，为其在陶瓷生产中的应用提供依据。

1 南城瓷石的化学与矿物组成分析

1.1 化学成分分析

将南城瓷石矿原料捣碎，检验依据国家标准GB/T 14506.28-2010 《硅酸盐岩石化学分析方法第28部分：16个主次成分量测定》，使用AXIOS X荧光光谱仪对南城瓷石矿进行化学成分分析，检测结果列于下表1。

从表1化学成分数据可知，南城瓷石的化学成分中SiO2含量偏高，Al2O3含量相较低，熔剂性Na2O+K2O含量较高达3.54%，因此该瓷石的烧成温度会较低。同时原矿中着色氧化物Fe2O3、TiO2和MnO含量较低。南城瓷土矿中Al2O3含量、碱金属和着色氧化物含量均达到国家轻工行业标准《QB/T 2264-2016陶瓷用瓷石》中对一等品化学成分（Al2O3≥14；K2O+Na2O≥3；TiO2+Fe2O3≤0.5）的指标要求。

表1 南城瓷石主要化学成分

1.2 矿物组成分析

检验依据国家标准JY/T 009-1996 《转靶多晶体X射线衍射方法通则》， 使用D8 Advance X衍射仪（XRD）分别对南城瓷石矿进行矿物组成分析，XRD图谱见图1所示。

由图1南城瓷石矿X射线衍射图谱和衍射数据分析得知，南城瓷石矿的主要矿物组成为石英SiO2（含量为56%）、白云母KAl2Si3AlO10(OH)4（含量为25%）、高岭石Al2SiO5(OH)4（含量为12%）和微斜长石KAlSi3O8（含量为7%）。

图1 南城瓷石矿X射线衍射（XRD）图谱

2 南城瓷石的形貌表征

利用SU-8010场发射扫描电镜对南城瓷石矿进行形貌分析，SEM图片见图2所示。

图2 南城瓷石矿SEM图片

由SEM图片可以看出，南城瓷石矿样品形貌由大小不等颗粒组成，说明该瓷土矿样品成分比较复杂，有较多板状或块状、少量叠片状和六方管状结构混合结构，其中叠片状为高岭石，六方管状结构晶体无规律堆积为典型的管状高岭石族矿物结构[3]。片状的厚度相差不大，边缘形状不规则，说明该高岭土矿物结晶度较差。管状多水高岭石塑性比片状高岭石好，因此在泥料中呈现较好的塑性。瓷土矿物结构较紧密，边缘清晰，风化裂隙不明显，说明南城瓷土矿样品的风化程度较弱。

3 南城瓷石的差分解过程研究

检验依据国家标准GB/T 6297-2008 《转靶多晶体X射线衍射方法通则》，利用综合差热分析仪（DTA/TG，德国耐弛有限公司，型号STA449C）对南城瓷石矿进行差热及失重分析，结果见图3。

图3 南城瓷石差热/失重曲线图

由图3可知，试样在107.2℃左右产生一个明显的吸热峰，这是由于层间水脱失引起的，这也是多水高岭石的特征，说明南城瓷土矿样品中含有一定量的多水高岭石；在400～550℃温度范围内产生一个明显的吸热峰，峰值温度为499.7℃，同时伴随有明显的失重现象产生，这是由于南城瓷土矿样品中高岭石脱结构水引起的热效应，这种较低的排出结构水的温度也说明了南城瓷土的结晶度较差；继续加热，随后再产生了一个较小的吸热峰，峰值温度为573.7℃；在800～950℃温度范围内分别产生了两个微弱的放热峰，峰值温度为846.5℃、868.5℃，这是由于石英的晶型转变引起的，说明南城瓷土矿样品中含有一定量的石英，这也与XRD测试结果一致；在950～1020℃温度范围内产生一个尖锐的放热峰，此时峰值温度为999.8℃，这是由于新晶相形成产生的热效应引起的；在1140～1300℃温度范围内产生一个尖锐的吸热峰，此时峰值温度为1210.1℃，这是由于迅速形成了液相。

试样的重量变化主要是在800℃之前完成，主要是有矿物的吸附水和层间水脱失的结果，失重曲线显示总的失重量为-2.39%，与高岭石矿物理论失重量相差较大，说明南城瓷土中高岭石矿物较少，这与矿物组成分析结果一致[4]。

4 南城瓷石的工艺性能分析

将南城瓷石粉粹，造粒后压制成圆形试片（Φ50mm），测试其自然白度和烧成白度（1310℃弱还原气氛下烧制）。同时对南城瓷石泥料进行了可塑水、可塑指数等物理性能进行了检测，检测数据见表2。

表2 南城瓷石矿物理性能数据

从表2中数据可知，南城瓷石泥料的可塑水达22.3%，可塑指数为0.34，可推断南城瓷石为可塑性一般的瓷石原料。南城瓷石泥料的抗弯强度和干燥线收缩分别为0.99MPa和2.6%，可见，其干燥线收缩较小但干燥强度较低，说明其含水率低不易变形，但干燥后的强度较低，难以满足修坯、施釉及粘接等工艺要求。其烧成线收缩较大，用量较大时将产生有害应力，导致陶瓷坯体开裂。

南城瓷石自然白度较高，烧成白度平均值为75，白度的高低取决于原料中着色氧化物含量；由于钾、钠含量较高，因此南城瓷石耐火度较低，这与化学成份分析结果一致。

5 结论

通过测试分析可知，南城瓷石原矿主要矿物组成为石英、白云母、高岭石和微斜长石，呈较多叠片状和少量块状混合结构，其中片状高岭石的厚度相差不大，边缘形状不规则，结晶度较差。就化学成分而言，南城瓷石矿原料达到国家轻工行业标准《陶瓷用瓷石》中对一等品的指标要求。该瓷石原矿可塑性一般，粘性一般，干燥强度较低，干燥线收缩较小，烧成线收缩较大。由于该瓷石中着色氧化物含量低，从而具有较高的烧成白度，可广泛应用于日用陶瓷及建筑陶瓷生产中。