1、ResearchDiscussion 研究与探讨 马龙塘瓷石的化学与矿物组成及其工艺性能研究 魏红兵 彭永烽 魏恒勇 冯果 (国家日用及建筑陶瓷工程技术研究中心 江西 景德镇 333001) 摘要利用XRF测定了马龙塘瓷石的化学组成，其中熔剂性氧化物含量较高，如Na：0的含量高达 639wt。借助XRD和FTIR分析了瓷石的矿物组成主要为钠长石、石英和白云母，其含量依次为50wt、 35wt和15wt。根据DTATG分析，并结合矿物组成分析了瓷石在加热过程中的热效应。结果发现：在 1200时钠长石和白云母等已分解、熔融烧结，莫来石相开始生成。瓷石在1300煅烧后的物理性能如 下：烧成白度仅为2
2、24，烧成收缩为146，吸水率为008，显气孔率为013。 关键词马龙塘瓷石，矿物学特征，物理性能 瓷石是陶瓷生产中使用较为广泛的原料之一。由于 产地、风化程度及母岩种类的差异，不同地区甚至同一 地区不同矿场所产瓷石。其化学组成、矿物组成及工艺 性能常存在较大差别。一般来说，铁含量在051wt之 间的适宜于制造细白瓷；13wt的适宜于制造青瓷； 38wt的适宜制造黑瓷。K20和Na。0含量低的适用于制 坯；K O和Na 0含量高的适用于制釉 。因此，确定不同 产地瓷石的化学及矿物组成、工艺性能对瓷石应用于陶 瓷生产具有实际意义。目前。关于不同产地的瓷石在陶瓷 中的应用研究得较多，如余祖球分别对
3、三宝蓬、宁村、南 港、清水下、月山等地的瓷石进行了较为详细的研究l2 ， 给相关陶瓷生产企业起到了一定的指导作用。最近发现， 马龙塘地区的瓷石产量较大。所产瓷石杂质含量较少，品 位较高。但关于该瓷石的化学组成、矿物组成及工艺性能 等方面的报道很少，为此，本文对该瓷石的有关性能进行 了较为系统的研究，为其在陶瓷生产中的应用提供依据。 2 马龙塘瓷石的化学与矿物组成分析 21化学成分分析 利用荷兰荧光光谱仪(Axios Advance)分析测定马 龙塘瓷石的化学组成，结果列于表1。 从表1可以看出马龙塘瓷石中SiO。含量为 7497wt(瓷石中SiO2含量一般为7075wt)，熔剂性氧 化物含量较
4、高，如Na20的含量高达639wt，因此该瓷石 的熔融温度较大多数瓷石低。此外，马龙塘瓷石中Fe 0。含 量偏高，如果要制备一级瓷石(其质量要求为A120316wt、 Fe20305wt、SiO270wt)，除铁便成为该瓷石选矿加工 的主要任务。 22矿物组成分析 采用德国布鲁克D8 Aavance型x射线衍射分析仪 对马龙塘瓷石样品进行XRD分析(Cu靶KQ射线，管压 40kV，管流40mA，2。min)。结果见图1和表2。 由图1和表2可以看出，马龙塘瓷石的主要矿物组 成包括钠长石、石英和白云母。其中，钠长石含量最高，为 表1 马龙塘瓷石的化学组成(wt l0 20 30 4O 50 2o
5、(。) 图1 马龙塘瓷石的XRD图 表2 马龙塘瓷石的主要矿物组成 50wt比石英含量高出15，这在大多数瓷石中是很少见 的。钠长石含量高与荧光分析结果中马龙塘瓷石钠含量 较高吻合。可以预见，由于钠长石助熔性较强，该瓷石的 烧结温度要比大多数瓷石低。 此外，采用美国傅立叶红外光谱仪(Nicolet5700)对 马龙塘瓷石进行了红外光谱分析，结果见图2。 4ooo 35oo 3ooo 25o0 200O l5o0 lO00 5 波数(cm-1) 图2 马龙塘瓷石的红外光谱图 由图2可以看出，马龙塘瓷石在3625cm。处出现了 由白云母中羟基的伸缩振动而引起的吸收峰 在1098cm。 和1037c
6、m- 附近出现了与钠长石有关的特征吸收峰Ii12 其中1098cm- 为SiO伸缩振动吸收峰，1037cm 为Si (A1)一0伸缩振动吸收峰。在14002000cm 范围内存在 石英的Si-0伸缩振动吸收峰1。叫 。另外在500900cm。 范围内出现了较多复杂的吸收峰，它们是由石英、钠长石 及白云母在此范围内特征峰的叠加所致714。这些分析与 XRD分析得出的马龙塘瓷石矿物组成 致 3 马龙塘瓷石的热分解过程研究 取适量马龙塘瓷石原矿进行差热一热重分析，结 果见图3。将马龙塘原矿粉碎，取少量于坩埚中分别在 700、1200和1300 oC煅烧后进行XRD分析，结果见 图4。 8 宝 温度(
7、) 图3 马龙塘瓷石的差热一热重曲线图 10 20 3o 4o 5O 60 7o 街0 图4 马龙塘瓷石不同煅烧温度下的XRD图谱 垂 由图3可以看出，在马龙塘瓷石差热曲线上的 57l、656 oC和1330 oC处存在吸热峰在780处存在放 热峰。其中571和656 oC处的吸热峰分别对应着白云母 吸附水以及其层间水的排除和石英的晶型转化阶段， 780 oC的放热峰则由白云母脱去结构水引起 。从马龙塘 瓷石700煅烧前后的XRD图谱(图1和4)可以看出，煅 烧前后马龙塘瓷石矿物组成未发生明显改变，只是钠长 石和石英物相的衍射峰强有所增加，表明它们的晶化程 度提高，而白云母峰强却有所降低，表明
8、白云母已开始 分解，这与DTA曲线上出现白云母吸附水、层问水以及结 构水的脱出引起的吸放热峰吻合。从热重曲线可以看出， 烧成温度高于1000时，失重曲线平缓，伴随着1 000 oC 表3 马龙塘瓷石的物理性能 以前的热效应有275wt的失重，这主要也是与白云母中 吸附水、层间水和结构水的脱出有关。 由图3还可以看出在马龙塘瓷石差热曲线的l 330附近有一个较宽的吸热峰，而从1200煅烧后的 XRD图谱中发现，钠长石和白云母衍射峰全部消失，而石 英的衍射峰仍存在，同时还有少量的莫来石衍射峰存在， 这表明钠长石和白云母在1200之前已全部熔融分解， 莫来石相已经开始形成，对应可参看图4。煅烧温度升
9、至 1300后XRD图谱中莫来石和石英的衍射峰强度都有所 增加，具体可见图4。这表明1330附近存在一个较宽的 吸热峰可能由形成的莫来石熔解时吸收熔解热引起的。 此外，用于马龙塘瓷石1200煅烧的坩埚也出现了 烧结现象，这与前面分析发现马龙塘瓷石中熔剂矿物含 量较高，其烧结温度要比大多数瓷石低一致。 4 马龙塘瓷石矿物的物理性能 将马龙塘瓷石原矿粉碎，加适量水分别在一定压力 下干压成形为条状和饼状试样，于1300煅烧，测定其 物理性能，列于表3。 由表3可知。马龙塘瓷石烧成白度仅为224，烧成收 缩为l46，吸水率为008，显气孔率为013。其中，马 龙塘瓷石烧成收缩大、抗折强度高、显气孔率低
10、，这些与 该瓷石中熔剂性氧化物含量较高有关。因为马龙塘瓷石 钾钠含量高、烧成温度低，所以可作为坯料的熔剂性原 料。可用作仿古砖、玻化砖、卫生洁具坯用原料。 5 结 论 (1)利用XRF测定了马龙塘瓷石的化学组成，其中熔 剂性氧化物含量较高，如Na20的含量高达639wt。借助 XRD和FTIR分析了瓷石的各种矿物组成，主要为钠长 石、石英和白云母，百分含量依次为50wt、35wt和 15wt。 (2)根据DTA-TG分析，并结合矿物组成分析了瓷石 在加热过程中的热效应，结果发现，在1200钠长石和白 云母等已分解、熔融烧结。 (3)马龙塘瓷石在13o0煅烧后的物理性能如下： 烧成白度仅为224
11、，烧成收缩为146，吸水率为008， 显气孔率为0，13。 参考文献 1 http：wwwfjqiyuecomtcy1wknow1eageshowasp?id=21 2余祖球，余传军j宝蓬瓷石特征和工艺性能J 佛山陶瓷，1997，3 3余祖球宁村瓷石矿床地质特征及工艺性能J 陶瓷工程，1999，33(1) 4余祖球南港瓷石的矿床特征及其工艺性能J 科技简报，1999，32(2) 5余祖球清水下瓷石特征和工艺性能J陶瓷工程， 1999，33(5) 6余祖球月山瓷石特征与开拓设计J中国非金属矿工业 导刊2001，6 7张智强高岭石在680980C之间的结构变化及其产物的研 究J中国搪瓷，1995，
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