建筑陶瓷厂某配方土的解胶实验研究
赵翀+胡飞+蒋荣峰
摘 要：针对某建筑陶瓷厂的配方土进行解胶实验，加入市售减水剂九水偏硅酸钠，三聚磷酸钠，水玻璃，腐植酸钠以及自制聚丙烯酸钠，并对所述减水剂进行复配。通过对泥浆的含水率，流速，触变性以及ζ电位的测定，评价各减水剂及其复配对配方土的解胶作用。研究表明：只有水玻璃对此泥浆解胶效果最好，当泥浆含水率31.03%时，加入水玻璃1 g，流速达77.27 s，触变性1.04。
关健词：建筑陶瓷；减水剂；配方土；泥浆性能
1 前言
近几十年来，随着中国建筑陶瓷产品需求的增加和工业的发展，产业高能耗一直是一个比较严重的问题。建陶产业的高能耗主要体现在干燥和烧成过程[1]。因此，泥浆中的水分应在满足生产要求的前提下越少越好。泥浆中水分含量越低，干燥和烧成所需的时间越少，消耗能量越少[2] ，陶瓷产品生产的成本越低。
为达到这个目的，企业一般在陶瓷泥浆中加入解凝剂，亦称减水剂、分散剂或解胶剂。解凝剂通过综合作用，能使泥浆含水量低的同时具有良好流动性、操作性和稳定性[3] 。然而国内建陶行业地区跨度较大，不同地区的坯料配方都会有差别[5]，所制备的泥浆性能也都不一样，加入的减水剂也需要根据泥浆的性能做出相应的变化。本文就某建筑陶瓷厂的配方土泥浆进行解胶，确定最佳减水剂的种类及其用量。
2 实验
2.1实验原料
本实验所使用的配方土，由高安某建陶厂提供，其化学组成见表1。由图1所示的XRD结果可知，该配方土的主要矿物成分为石英，白云母，高岭石。
2.2实验试剂
本实验所用试剂包括如下工业级化工原料：三聚磷酸钠，九水偏硅酸钠，水玻璃，腐植酸钠，聚丙烯酸钠（本课题组自制）。
2.3 实验过程
2.3.1 泥浆的制备
实验前取配方土放入烘箱中于105℃烘至恒重，然后放入颚式破碎机中进行粗碎备用。每组实验均用电子称称量200 g配方土装入球磨罐中，加入350 g氧化铝球磨子，并加入一定量的水和减水剂，球磨5 ～ 10分钟。
2.3.2 流动性和触变性的测试
在室温下，取100 ml配方土泥浆倒入涂式杯中，分别测量泥浆静置30 s、5 min后从涂式杯流出所用的时间（s）。用t30s表示泥浆的流动性，测量其流速，触变性=t5min/t30s；其中t30s和t5min分别表示泥浆静置30 s和5 min从涂式杯流出所用的时间。
2.3.3 泥浆ζ电位测试
取2 g球磨好的配方土泥浆，用50 ml自来水稀释，搅拌均匀后采用宏观电泳仪测量其ζ电位[4]。同一样品测量5次，取平均值。
2.3.4 泥浆含水率测试
称量部分泥浆W1，放入烘箱中烘干至恒重，并称量烘干后重量W2，计算其含水率=（W1-W2）/W1×100%。
3 实验结果及讨论
3.1 不加减水剂时泥浆——水系统性能
表2为没有加减水剂时，泥浆-水系统性能测试结果。从表2中可以看出此配方土的流动性较差，加入160～180 g水时，泥浆没有流动性。只有当含水率到48.72%时，泥浆才流动，但此时泥浆的含水率过高，大幅提高了喷雾干燥的能耗，达不到建陶厂的生产要求。
3.2 九水偏硅酸钠对泥浆性能的影响
泥浆中加入的九水偏硅酸钠含量从0.5 ～ 1.5 g，水含量110 ～ 90 g，测量的流速，触变，含水率及ζ电位的结果如表3所示。
图2为泥浆流速与ζ电位比较图，ζ电位与流速的变化趋势无相关性。这表明九水偏硅酸钠对于泥浆的解胶作用不全是因为静电效应。当往泥浆中加入0.5 g九水偏硅酸钠，水含量为110 g时，泥浆流速为32.06 s。保持九水偏硅酸钠的量不变，减少水含量至100 g，流速下降，为62.28 s，并且触变值较大。继续增加九水偏硅酸钠的量和减少含水量，泥浆流速急剧下降到163.62 s。对比图2可以看出，泥浆的ζ电位开始是降低的，流速是减小的。这有可能是由于泥浆中引入的Na+过多，压缩扩散层[6]，双电层厚度变小导致胶粒之间斥力减小，流动性降低。之后在含水率31.03%不变的情况下，继续添加九水偏硅酸钠，减水效果都不好。这表明对于此泥浆而言，单一的九水偏硅酸钠有一定的解胶效果，但泥浆触变性较大。
3.3 三聚磷酸钠对泥浆性能的影响
泥浆中加入的三聚磷酸钠从0.5 ～ 1 g，水含量從100 ～ 90 g，测量的流速，触变，含水率及ζ电位的结果如表4所示。
从表4中可以看到，除泥浆中加入0.5 g三聚磷酸钠，含水率33.33%时，泥浆流速为23.53 s，其他情况下泥浆均不流动。这表明对于此泥浆而言，单一的三聚磷酸钠的解胶范围太窄，适用性不行。
3.4 腐植酸钠对泥浆性能的影响
泥浆中无论是改变加入的腐植酸钠的量（0.5 ～ 1 g），还是改变水含量（100 ～ 140 g），泥浆均不流动（见表5），这表明单一的腐植酸钠对此泥浆无明显解胶效果。
3.5 水玻璃对泥浆性能的影响
泥浆中加入的水玻璃含量从0.5 ～ 1 g，水含量从100 ～ 90 g，测量的流速，触变，含水率及ζ电位的结果如表6所示。
从表6中可以看出，当加入0.5 g的水玻璃，含水率为33.33%时，泥浆流动性良好，流速为40.62 s。当含水率降至32.20%，水玻璃量不变时，流速下降为67.05 s，继续减少含水量，泥浆流速急剧下降到112.47 s，流动性变差。
对比图3可知，这三组实验中泥浆的ζ电位反而增加了。这可能是由于泥浆的含水率下降，Na+的浓度上升，导致ζ电位增加，但自由水含量少了，泥浆流动性还是变差。为了使泥浆在低含水率下性能良好，继续增加水玻璃的加入量，当其加入量为1 g时，流速达77.27 s。水玻璃作为一种无机减水剂，其解胶机理主要在于利用胶粒间的静电效应。然而从图3可以看到，所测ζ电位与泥浆流速并无相关性，这与九水偏硅酸钠的结果一致，但水玻璃的解胶效果却比九水偏硅酸钠好，可能是因为在解胶过程中硅酸根离子起到了重要作用。研究表明，硅酸根离子可与泥浆中的Ca2+、Mg2+形成难溶物[7]，促进了Na+的交换作用，使泥浆的粘度减小，流动性增加。本实验所用水玻璃中的Si：Na的比例比九水偏硅酸钠中的高，当往泥浆中引入同等量的Na+的情况下，水玻璃含硅酸根离子更多，解胶作用更强。
3.6 聚丙烯酸钠对泥浆性能的影响
泥浆中无论是改变加入的聚丙烯酸钠的量（0.5 ～ 0.75 g），還是改变水含量（100 ～ 130 g），泥浆均不能流动（见表7），这表明单一聚丙烯酸钠对此泥浆无明显解胶效果。
3.7 复配减水剂对泥浆性能的影响
由前面的结果可知，单一减水剂中水玻璃的效果最好。为了能有更好的减水效果，在保持1 g水玻璃的基础上，加入其它减水剂进行复配，并测量泥浆性能，结果如表8所示。
从表8中可以看出，在含有水玻璃的基础上，加入其他减水剂，无论是三元还是四元复配，都不如单一减水剂水玻璃的解胶效果好。流速都在100秒以上，达不到建筑陶瓷厂的生产要求。这可能是因为复配减水剂中的水玻璃含量为最佳值，其他减水剂的加入反而会引入过多的Na+，降低了泥浆流动性。
4 结论
（1） 单一的九水偏硅酸钠对此配方土泥浆有一定减水效果，但加入后泥浆触变性较大。
（2） 单一的自制聚丙烯酸钠、三聚磷酸钠、腐殖酸钠加入到该配方土中，泥浆性能有所改善，但效果不明显。
（3）单一的水玻璃减水效果最好，加入量为1 g时，泥浆含水率为31.03%，流速为77.27 s，触变性为1.04。
（4） 对于此配方土泥浆而言，无论是三元还是四元复配的减水剂都不如单一减水剂水玻璃的效果好。
参考文献
[1] 陈小忠. 三大建陶产区墙地砖坯体原料及配方特征 [J]. 佛山陶瓷， 2002， （04）： 11-6.
[2] 计红果， 蒋冰艳. 陶瓷减水剂的研究进展 [J]. 广州化学， 2009， （04）： 51-4.
[3] 张海峰， 肖汉宁， 叶昌， 等. 膨润土泥浆复合解凝剂的研究与应用 [J]. 中国陶瓷， 2011， （12）： 59-62.
[4] 邹苑庄， 李小红， 胡飞， 等. 市售陶瓷减水剂的复配对建筑陶瓷泥浆性能的影响 [J]. 陶瓷学报， 2015， （01）： 52-7.
[5] 石棋， 李月明. 建筑陶瓷工艺学 [M]. 湖北： 武汉理工大学出版社， 2007.
[6] 曾令可， 戴武斌， 税安泽， 等. 陶瓷减水剂的运用及发展现状 [J]. 中国陶瓷， 2008， （09）： 7-10.
[7] 胡飞， 熊伟， 付梦乾. 我国建筑陶瓷行业减水剂使用现状及其解胶原理 [J]. 佛山陶瓷，2013， （02）： 4-8.
摘 要：针对某建筑陶瓷厂的配方土进行解胶实验，加入市售减水剂九水偏硅酸钠，三聚磷酸钠，水玻璃，腐植酸钠以及自制聚丙烯酸钠，并对所述减水剂进行复配。通过对泥浆的含水率，流速，触变性以及ζ电位的测定，评价各减水剂及其复配对配方土的解胶作用。研究表明：只有水玻璃对此泥浆解胶效果最好，当泥浆含水率31.03%时，加入水玻璃1 g，流速达77.27 s，触变性1.04。
关健词：建筑陶瓷；减水剂；配方土；泥浆性能
1 前言
近几十年来，随着中国建筑陶瓷产品需求的增加和工业的发展，产业高能耗一直是一个比较严重的问题。建陶产业的高能耗主要体现在干燥和烧成过程[1]。因此，泥浆中的水分应在满足生产要求的前提下越少越好。泥浆中水分含量越低，干燥和烧成所需的时间越少，消耗能量越少[2] ，陶瓷产品生产的成本越低。
为达到这个目的，企业一般在陶瓷泥浆中加入解凝剂，亦称减水剂、分散剂或解胶剂。解凝剂通过综合作用，能使泥浆含水量低的同时具有良好流动性、操作性和稳定性[3] 。然而国内建陶行业地区跨度较大，不同地区的坯料配方都会有差别[5]，所制备的泥浆性能也都不一样，加入的减水剂也需要根据泥浆的性能做出相应的变化。本文就某建筑陶瓷厂的配方土泥浆进行解胶，确定最佳减水剂的种类及其用量。
2 实验
2.1实验原料
本实验所使用的配方土，由高安某建陶厂提供，其化学组成见表1。由图1所示的XRD结果可知，该配方土的主要矿物成分为石英，白云母，高岭石。
2.2实验试剂
本实验所用试剂包括如下工业级化工原料：三聚磷酸钠，九水偏硅酸钠，水玻璃，腐植酸钠，聚丙烯酸钠（本课题组自制）。
2.3 实验过程
2.3.1 泥浆的制备
实验前取配方土放入烘箱中于105℃烘至恒重，然后放入颚式破碎机中进行粗碎备用。每组实验均用电子称称量200 g配方土装入球磨罐中，加入350 g氧化铝球磨子，并加入一定量的水和减水剂，球磨5 ～ 10分钟。
2.3.2 流动性和触变性的测试
在室温下，取100 ml配方土泥浆倒入涂式杯中，分别测量泥浆静置30 s、5 min后从涂式杯流出所用的时间（s）。用t30s表示泥浆的流动性，测量其流速，触变性=t5min/t30s；其中t30s和t5min分别表示泥浆静置30 s和5 min从涂式杯流出所用的时间。
2.3.3 泥浆ζ电位测试
取2 g球磨好的配方土泥浆，用50 ml自来水稀释，搅拌均匀后采用宏观电泳仪测量其ζ电位[4]。同一样品测量5次，取平均值。
2.3.4 泥浆含水率测试
称量部分泥浆W1，放入烘箱中烘干至恒重，并称量烘干后重量W2，计算其含水率=（W1-W2）/W1×100%。
3 实验结果及讨论
3.1 不加减水剂时泥浆——水系统性能
表2为没有加减水剂时，泥浆-水系统性能测试结果。从表2中可以看出此配方土的流动性较差，加入160～180 g水时，泥浆没有流动性。只有当含水率到48.72%时，泥浆才流动，但此时泥浆的含水率过高，大幅提高了喷雾干燥的能耗，达不到建陶厂的生产要求。
3.2 九水偏硅酸钠对泥浆性能的影响
泥浆中加入的九水偏硅酸钠含量从0.5 ～ 1.5 g，水含量110 ～ 90 g，测量的流速，触变，含水率及ζ电位的结果如表3所示。
图2为泥浆流速与ζ电位比较图，ζ电位与流速的变化趋势无相关性。这表明九水偏硅酸钠对于泥浆的解胶作用不全是因为静电效应。当往泥浆中加入0.5 g九水偏硅酸钠，水含量为110 g时，泥浆流速为32.06 s。保持九水偏硅酸钠的量不变，减少水含量至100 g，流速下降，为62.28 s，并且触变值较大。继续增加九水偏硅酸钠的量和减少含水量，泥浆流速急剧下降到163.62 s。对比图2可以看出，泥浆的ζ电位开始是降低的，流速是减小的。这有可能是由于泥浆中引入的Na+过多，压缩扩散层[6]，双电层厚度变小导致胶粒之间斥力减小，流动性降低。之后在含水率31.03%不变的情况下，继续添加九水偏硅酸钠，减水效果都不好。这表明对于此泥浆而言，单一的九水偏硅酸钠有一定的解胶效果，但泥浆触变性较大。
3.3 三聚磷酸钠对泥浆性能的影响
泥浆中加入的三聚磷酸钠从0.5 ～ 1 g，水含量從100 ～ 90 g，测量的流速，触变，含水率及ζ电位的结果如表4所示。
从表4中可以看到，除泥浆中加入0.5 g三聚磷酸钠，含水率33.33%时，泥浆流速为23.53 s，其他情况下泥浆均不流动。这表明对于此泥浆而言，单一的三聚磷酸钠的解胶范围太窄，适用性不行。
3.4 腐植酸钠对泥浆性能的影响
泥浆中无论是改变加入的腐植酸钠的量（0.5 ～ 1 g），还是改变水含量（100 ～ 140 g），泥浆均不流动（见表5），这表明单一的腐植酸钠对此泥浆无明显解胶效果。
3.5 水玻璃对泥浆性能的影响
泥浆中加入的水玻璃含量从0.5 ～ 1 g，水含量从100 ～ 90 g，测量的流速，触变，含水率及ζ电位的结果如表6所示。
从表6中可以看出，当加入0.5 g的水玻璃，含水率为33.33%时，泥浆流动性良好，流速为40.62 s。当含水率降至32.20%，水玻璃量不变时，流速下降为67.05 s，继续减少含水量，泥浆流速急剧下降到112.47 s，流动性变差。
对比图3可知，这三组实验中泥浆的ζ电位反而增加了。这可能是由于泥浆的含水率下降，Na+的浓度上升，导致ζ电位增加，但自由水含量少了，泥浆流动性还是变差。为了使泥浆在低含水率下性能良好，继续增加水玻璃的加入量，当其加入量为1 g时，流速达77.27 s。水玻璃作为一种无机减水剂，其解胶机理主要在于利用胶粒间的静电效应。然而从图3可以看到，所测ζ电位与泥浆流速并无相关性，这与九水偏硅酸钠的结果一致，但水玻璃的解胶效果却比九水偏硅酸钠好，可能是因为在解胶过程中硅酸根离子起到了重要作用。研究表明，硅酸根离子可与泥浆中的Ca2+、Mg2+形成难溶物[7]，促进了Na+的交换作用，使泥浆的粘度减小，流动性增加。本实验所用水玻璃中的Si：Na的比例比九水偏硅酸钠中的高，当往泥浆中引入同等量的Na+的情况下，水玻璃含硅酸根离子更多，解胶作用更强。
3.6 聚丙烯酸钠对泥浆性能的影响
泥浆中无论是改变加入的聚丙烯酸钠的量（0.5 ～ 0.75 g），還是改变水含量（100 ～ 130 g），泥浆均不能流动（见表7），这表明单一聚丙烯酸钠对此泥浆无明显解胶效果。
3.7 复配减水剂对泥浆性能的影响
由前面的结果可知，单一减水剂中水玻璃的效果最好。为了能有更好的减水效果，在保持1 g水玻璃的基础上，加入其它减水剂进行复配，并测量泥浆性能，结果如表8所示。
从表8中可以看出，在含有水玻璃的基础上，加入其他减水剂，无论是三元还是四元复配，都不如单一减水剂水玻璃的解胶效果好。流速都在100秒以上，达不到建筑陶瓷厂的生产要求。这可能是因为复配减水剂中的水玻璃含量为最佳值，其他减水剂的加入反而会引入过多的Na+，降低了泥浆流动性。
4 结论
（1） 单一的九水偏硅酸钠对此配方土泥浆有一定减水效果，但加入后泥浆触变性较大。
（2） 单一的自制聚丙烯酸钠、三聚磷酸钠、腐殖酸钠加入到该配方土中，泥浆性能有所改善，但效果不明显。
（3）单一的水玻璃减水效果最好，加入量为1 g时，泥浆含水率为31.03%，流速为77.27 s，触变性为1.04。
（4） 对于此配方土泥浆而言，无论是三元还是四元复配的减水剂都不如单一减水剂水玻璃的效果好。
参考文献
[1] 陈小忠. 三大建陶产区墙地砖坯体原料及配方特征 [J]. 佛山陶瓷， 2002， （04）： 11-6.
[2] 计红果， 蒋冰艳. 陶瓷减水剂的研究进展 [J]. 广州化学， 2009， （04）： 51-4.
[3] 张海峰， 肖汉宁， 叶昌， 等. 膨润土泥浆复合解凝剂的研究与应用 [J]. 中国陶瓷， 2011， （12）： 59-62.
[4] 邹苑庄， 李小红， 胡飞， 等. 市售陶瓷减水剂的复配对建筑陶瓷泥浆性能的影响 [J]. 陶瓷学报， 2015， （01）： 52-7.
[5] 石棋， 李月明. 建筑陶瓷工艺学 [M]. 湖北： 武汉理工大学出版社， 2007.
[6] 曾令可， 戴武斌， 税安泽， 等. 陶瓷减水剂的运用及发展现状 [J]. 中国陶瓷， 2008， （09）： 7-10.
[7] 胡飞， 熊伟， 付梦乾. 我国建筑陶瓷行业减水剂使用现状及其解胶原理 [J]. 佛山陶瓷，2013， （02）： 4-8.
