国内墙地砖行业砖底浆材料及其相应设备研究
江泽峰
摘 要：砖底浆是墙地砖行业的重要材料之一，然而由于其在墙地砖生产耗材中占比比较小，一直以来缺少系统的研究。本文对现有国内砖底浆材料以及相应上浆、去粉设备作了相应分析，以期探索其中规律，规范材料的使用。
关健词：底浆；粘棒；设备；去粉
1 前言
为防止瓷砖与辊棒的粘结，在砖底涂抹砖底浆，是目前墙地砖行业最常用的工艺。砖底浆不仅能隔离砖坯和辊棒，勿使砖坯粘连辊棒，保证瓷砖的连续化生产，还能促进砖形平整度提升。
砖底浆对瓷砖生产来说，极为重要，但关于砖底浆的文献相对较少。2016年国内瓷质砖产量83.6亿m2，以25 g/m2的平均上浆量（干重）计算，砖底材料每年的消耗量达到20.9万吨。因此，对砖底浆的性能及其应用效果进行分析，促进砖底浆的规范化发展，是非常有意义的。
按现有相关材料标准，砖底浆属于不定形耐火材料的涂抹料。作为耐火材料的砖底浆材料，不仅能在墙地砖行业使用，也能应用于其它环境。本文讨论砖底浆材料时仅限于其应用环境为墙地砖生产。
2 砖底浆
砖底浆是一种不定形耐火材料。按照GB/T 4513-2015标准，不定形耐火材料按材质分为铝-硅系材料、碱土材料、特殊材料和含碳材料。按此分类，目前应用于墙地砖生产的砖底浆主要有两类：铝-硅系材料和碱土材料。
2.1铝-硅系底浆
由于新标准在材料分类方面比较粗犷，本文参照旧标准（GB/T 4513-2000）将铝-硅系底浆又分为高铝质底浆和硅质底浆来分别讨论。
2.1.1高铝质底浆
高铝质底浆材料以氧化铝材料为代表。
根据GB/T 2994-2008要求，高铝质耐火材料的耐火度均需达到1760℃以上，Al2O3含量不低于55%。底浆的氧化铝化学成分见表1。
墙地砖坯体基本是K2O/ Na2O ～ Al2O3- SiO2体系配方；其共熔形成液相的温度比较低，只有700℃；若瓷砖坯体K2O+Na2O含量超过5%，在瓷砖的烧制过程中可产生约25%的液相（视具体情况，实际比例有波动）。
陶瓷辊棒常用材质是刚玉-莫来石，其化学成分除Al2O3、SiO2之外，还含有少量的K2O、Na2O等，个别含有较多的MgO或ZrO2；其相组成为刚玉、莫来石以及少量富硅玻璃相[1-2]。
显然，生产过程中，氧化铝底浆将参与坯体的反应，且氧化铝的颗粒越细，参与程度越高。因此需要保证底浆层的一定厚度，以便瓷砖坯体与辊棒隔离。
由于辊棒中玻璃相的存在，氧化铝底粉与輥棒也存在反应的可能，虽然这种反应极其缓慢。使用氧化铝底浆，辊棒一般在2个月左右就需要清理一次。因此，提高使用氧化铝底浆时辊棒的使用寿命，是值得讨论的问题。
高铝质底浆材料除氧化铝外，还有莫来石、高铝矾土、高温黏土等。
莫来石粉的应用效果与氧化铝粉类似，其成本要低于工业氧化铝粉，但国内未见应用的报道。底浆的高铝矾土化学成分见表2。
使用铝矾土作砖底浆的企业较少。其原因主要是：当高铝矾土粉体较细时，其耐火度偏低，影响辊棒的使用寿命；当高铝矾土颗粒较粗时，上浆性能差，不能起到隔离砖坯与辊棒的作用。
高温黏土与高铝矾土类似，耐火度更低一些；因此应用更少。
2.1.2 硅质底浆
硅质底浆材料以石英粉为代表。
根据YB/T 384-2011标准的相关要求，硅质耐火底浆的SiO2含量需>92%，耐火度不低于1640℃。
该标准更多的是指石英砂，而不是石英粉。石英细粉的耐火度一般低于1640℃，容易参与瓷砖坯体的反应，同时也比氧化铝粉更容易与刚玉莫来石质辊棒反应。因此，现在墙地砖行业基本不使用石英粉作为砖底浆。
当然，石英砂可否作为砖底浆材料大面积使用，是制得研究的问题。石英砂来源广泛，取材比氧化铝以及其它耐高温矿物材料更容易，成本更低。
2.2碱土质底浆
碱土质底浆以轻烧氧化镁为代表。
根据YB/T 5009-2011标准，镁质耐火泥浆的MgO含量需>91%。但从成本以及实际应用效果考虑，国内墙地砖行业使用的氧化镁底浆材料的MgO含量均<91%。底浆的氧化镁化学成分见表3。
按照HG/T 2679和HG/T 2573标准，表3中氧化镁还够不上工业级，为原矿经初步煅烧而成，活性较高，可归属轻烧氧化镁。
氧化镁一般不是瓷砖坯体的主要成分，其与坯体构成的MgO-Al2O3-SiO2三元体系最低共熔温度为1355℃，因此不容易与坯体反应；与辊棒的反应更是难以产生。因此，应用氧化镁质底浆可以使辊棒的使用寿命更长，一般半年更换或清理一次辊棒即可。
碱土质底浆经煅烧后，遇水会发生水化反应。有实验测试，轻烧MgO在30℃下反应4 h，其水化程度达到58.25%；如在湿热环境（50℃）下，4 h的水化程度可以达到91.81%[3]。
用作砖底浆的氧化镁随砖入窑后，煅烧时间短，水分和其它杂质挥发，MgO的活性得到保持甚至更高。因此，瓷砖上残留的MgO底粉遇水比较容易发生反应。同时MgO的水化也是一个放热反应，可使底浆涂层蓬松，叠压砖面时将加大底格印产生的可能。
尖晶石也可用作砖底粉材料。尖晶石的价格稍贵，在行业内未见有应用报道。
2.3 其它材质底浆
其它可应用于砖底浆的材料还有氧化锆等。但从成本以及环保等方面考虑，氧化锆不适合用作砖底浆。
3 相关设备
3.1 上浆设备
从上世纪90年代国内大面积采用辊道窑批量生产墙地砖起，底浆的上浆设备大致可分为3个阶段：
第一代：没有专用设备，多利用辊棒涂抹底浆。如佛山石湾某知名企业在2005年前采用的上浆方式是在窑头的辊棒下方设置底浆槽，然后在底浆槽对应的辊棒上缠吸浆布条，利用辊棒的运转和布条持续上浆。该方式常导致上浆不均匀，也容易使砖走歪。
第二代：有专用设备上浆，上浆的位置也从窑头移到了皮带线。如图1在皮带线布置上浆专用辊轮，辊轮的下半部沉于底浆槽中，利用辊轮的运转不断吸浆、布浆。第二代上浆设备在上浆效果方面有很大的提升，但静态的底浆在槽内易沉，造成底浆浪费。
第三代：大致从2011年开始，在第二代的基础上逐渐改进而成。张慧海等[4]首先增加了底浆循环的装置，随后，黄家文[5]、李清远[6]、王葵[7]等人分别对底浆布施辊棒、底浆槽等进行了改进，形成现在应用较广的第三代上浆设备（图2）。第三代上浆设备上浆均匀、底浆利用率高。
3.2 去粉设备
砖底浆随瓷砖经窑炉煅烧后，一部分与瓷砖坯体反应，其余呈松散状粘附砖底。未与坯体反应的松散底粉将影响到铺贴，在运输、存放过程中还会加重底格印的产生。因此，去除瓷砖底部多余的底粉，对瓷砖存放、施工是有利的。
邓海林[8]等发明了一种底粉清理装置，采用条式钢丝刷清除砖底松散的底粉。该设备可以实现连续化生产（图3）。但该发明装置对底粉的清理不够彻底，钢丝刷的耐久性也不高，其综合效果还有待商榷。
4 结语
（1） 瓷磚底浆属于耐火材料，但其实际要求与现行（冶金行业）标准有一定的差别，有必要建立本行业的相应标准。
（2） 一些耐火材料具有用作砖底粉的前景，如莫来石、石英砂、尖晶石等，可以做一定的基础研究来推动。
（3） 粗粒耐火材料对延长辊棒使用寿命是有利的。解决粗粒砖底粉的上浆问题，有利于拓宽砖底粉材料的选择范围、降低砖底浆成本。
（4） 经济环保、使用方便是砖底浆的趋势；砖底浆需与相应设备配合，在延长辊棒寿命的同时，减少底粉的残余量，以提高铺贴效果，并方便存放。
参考文献
[1] 胡婉莹， 延锦丽， 吕锋. 辊道窑陶瓷辊棒的化学矿物组成与性能研究[J]. 现代技术陶瓷， 2007， 27（1）：20-23.
[2] 沈继耀. 国外陶瓷辊棒的组成和结构特征[J]. 耐火与石灰， 1994（12）：16-19.
[3] 钱海燕， 李素英， 邓敏，等. 轻烧氧化镁水化动力学[J]. 化工矿物与加工， 2007， 36（12）：1-4.
[4] 张慧海等，循环式环保底浆机，实用新型专利，授权公告号CN202369513 U.
[5] 黄家文，一种高效釉线氧化铝底浆机，实用新型专利，授权公告号CN204714716 U.
[6] 李清远等，一种自动上底浆机，实用新型专利，授权公告号CN205833007 U.
[7] 王葵，一种布浆均匀的底浆机，中国发明专利，申请号201710457776.X
[8] 邓海林 洪庆复，砖底粉清理装置，实用新型专利，授权公告号CN205085038 U.
摘 要：砖底浆是墙地砖行业的重要材料之一，然而由于其在墙地砖生产耗材中占比比较小，一直以来缺少系统的研究。本文对现有国内砖底浆材料以及相应上浆、去粉设备作了相应分析，以期探索其中规律，规范材料的使用。
关健词：底浆；粘棒；设备；去粉
1 前言
为防止瓷砖与辊棒的粘结，在砖底涂抹砖底浆，是目前墙地砖行业最常用的工艺。砖底浆不仅能隔离砖坯和辊棒，勿使砖坯粘连辊棒，保证瓷砖的连续化生产，还能促进砖形平整度提升。
砖底浆对瓷砖生产来说，极为重要，但关于砖底浆的文献相对较少。2016年国内瓷质砖产量83.6亿m2，以25 g/m2的平均上浆量（干重）计算，砖底材料每年的消耗量达到20.9万吨。因此，对砖底浆的性能及其应用效果进行分析，促进砖底浆的规范化发展，是非常有意义的。
按现有相关材料标准，砖底浆属于不定形耐火材料的涂抹料。作为耐火材料的砖底浆材料，不仅能在墙地砖行业使用，也能应用于其它环境。本文讨论砖底浆材料时仅限于其应用环境为墙地砖生产。
2 砖底浆
砖底浆是一种不定形耐火材料。按照GB/T 4513-2015标准，不定形耐火材料按材质分为铝-硅系材料、碱土材料、特殊材料和含碳材料。按此分类，目前应用于墙地砖生产的砖底浆主要有两类：铝-硅系材料和碱土材料。
2.1铝-硅系底浆
由于新标准在材料分类方面比较粗犷，本文参照旧标准（GB/T 4513-2000）将铝-硅系底浆又分为高铝质底浆和硅质底浆来分别讨论。
2.1.1高铝质底浆
高铝质底浆材料以氧化铝材料为代表。
根据GB/T 2994-2008要求，高铝质耐火材料的耐火度均需达到1760℃以上，Al2O3含量不低于55%。底浆的氧化铝化学成分见表1。
墙地砖坯体基本是K2O/ Na2O ～ Al2O3- SiO2体系配方；其共熔形成液相的温度比较低，只有700℃；若瓷砖坯体K2O+Na2O含量超过5%，在瓷砖的烧制过程中可产生约25%的液相（视具体情况，实际比例有波动）。
陶瓷辊棒常用材质是刚玉-莫来石，其化学成分除Al2O3、SiO2之外，还含有少量的K2O、Na2O等，个别含有较多的MgO或ZrO2；其相组成为刚玉、莫来石以及少量富硅玻璃相[1-2]。
显然，生产过程中，氧化铝底浆将参与坯体的反应，且氧化铝的颗粒越细，参与程度越高。因此需要保证底浆层的一定厚度，以便瓷砖坯体与辊棒隔离。
由于辊棒中玻璃相的存在，氧化铝底粉与輥棒也存在反应的可能，虽然这种反应极其缓慢。使用氧化铝底浆，辊棒一般在2个月左右就需要清理一次。因此，提高使用氧化铝底浆时辊棒的使用寿命，是值得讨论的问题。
高铝质底浆材料除氧化铝外，还有莫来石、高铝矾土、高温黏土等。
莫来石粉的应用效果与氧化铝粉类似，其成本要低于工业氧化铝粉，但国内未见应用的报道。底浆的高铝矾土化学成分见表2。
使用铝矾土作砖底浆的企业较少。其原因主要是：当高铝矾土粉体较细时，其耐火度偏低，影响辊棒的使用寿命；当高铝矾土颗粒较粗时，上浆性能差，不能起到隔离砖坯与辊棒的作用。
高温黏土与高铝矾土类似，耐火度更低一些；因此应用更少。
2.1.2 硅质底浆
硅质底浆材料以石英粉为代表。
根据YB/T 384-2011标准的相关要求，硅质耐火底浆的SiO2含量需>92%，耐火度不低于1640℃。
该标准更多的是指石英砂，而不是石英粉。石英细粉的耐火度一般低于1640℃，容易参与瓷砖坯体的反应，同时也比氧化铝粉更容易与刚玉莫来石质辊棒反应。因此，现在墙地砖行业基本不使用石英粉作为砖底浆。
当然，石英砂可否作为砖底浆材料大面积使用，是制得研究的问题。石英砂来源广泛，取材比氧化铝以及其它耐高温矿物材料更容易，成本更低。
2.2碱土质底浆
碱土质底浆以轻烧氧化镁为代表。
根据YB/T 5009-2011标准，镁质耐火泥浆的MgO含量需>91%。但从成本以及实际应用效果考虑，国内墙地砖行业使用的氧化镁底浆材料的MgO含量均<91%。底浆的氧化镁化学成分见表3。
按照HG/T 2679和HG/T 2573标准，表3中氧化镁还够不上工业级，为原矿经初步煅烧而成，活性较高，可归属轻烧氧化镁。
氧化镁一般不是瓷砖坯体的主要成分，其与坯体构成的MgO-Al2O3-SiO2三元体系最低共熔温度为1355℃，因此不容易与坯体反应；与辊棒的反应更是难以产生。因此，应用氧化镁质底浆可以使辊棒的使用寿命更长，一般半年更换或清理一次辊棒即可。
碱土质底浆经煅烧后，遇水会发生水化反应。有实验测试，轻烧MgO在30℃下反应4 h，其水化程度达到58.25%；如在湿热环境（50℃）下，4 h的水化程度可以达到91.81%[3]。
用作砖底浆的氧化镁随砖入窑后，煅烧时间短，水分和其它杂质挥发，MgO的活性得到保持甚至更高。因此，瓷砖上残留的MgO底粉遇水比较容易发生反应。同时MgO的水化也是一个放热反应，可使底浆涂层蓬松，叠压砖面时将加大底格印产生的可能。
尖晶石也可用作砖底粉材料。尖晶石的价格稍贵，在行业内未见有应用报道。
2.3 其它材质底浆
其它可应用于砖底浆的材料还有氧化锆等。但从成本以及环保等方面考虑，氧化锆不适合用作砖底浆。
3 相关设备
3.1 上浆设备
从上世纪90年代国内大面积采用辊道窑批量生产墙地砖起，底浆的上浆设备大致可分为3个阶段：
第一代：没有专用设备，多利用辊棒涂抹底浆。如佛山石湾某知名企业在2005年前采用的上浆方式是在窑头的辊棒下方设置底浆槽，然后在底浆槽对应的辊棒上缠吸浆布条，利用辊棒的运转和布条持续上浆。该方式常导致上浆不均匀，也容易使砖走歪。
第二代：有专用设备上浆，上浆的位置也从窑头移到了皮带线。如图1在皮带线布置上浆专用辊轮，辊轮的下半部沉于底浆槽中，利用辊轮的运转不断吸浆、布浆。第二代上浆设备在上浆效果方面有很大的提升，但静态的底浆在槽内易沉，造成底浆浪费。
第三代：大致从2011年开始，在第二代的基础上逐渐改进而成。张慧海等[4]首先增加了底浆循环的装置，随后，黄家文[5]、李清远[6]、王葵[7]等人分别对底浆布施辊棒、底浆槽等进行了改进，形成现在应用较广的第三代上浆设备（图2）。第三代上浆设备上浆均匀、底浆利用率高。
3.2 去粉设备
砖底浆随瓷砖经窑炉煅烧后，一部分与瓷砖坯体反应，其余呈松散状粘附砖底。未与坯体反应的松散底粉将影响到铺贴，在运输、存放过程中还会加重底格印的产生。因此，去除瓷砖底部多余的底粉，对瓷砖存放、施工是有利的。
邓海林[8]等发明了一种底粉清理装置，采用条式钢丝刷清除砖底松散的底粉。该设备可以实现连续化生产（图3）。但该发明装置对底粉的清理不够彻底，钢丝刷的耐久性也不高，其综合效果还有待商榷。
4 结语
（1） 瓷磚底浆属于耐火材料，但其实际要求与现行（冶金行业）标准有一定的差别，有必要建立本行业的相应标准。
（2） 一些耐火材料具有用作砖底粉的前景，如莫来石、石英砂、尖晶石等，可以做一定的基础研究来推动。
（3） 粗粒耐火材料对延长辊棒使用寿命是有利的。解决粗粒砖底粉的上浆问题，有利于拓宽砖底粉材料的选择范围、降低砖底浆成本。
（4） 经济环保、使用方便是砖底浆的趋势；砖底浆需与相应设备配合，在延长辊棒寿命的同时，减少底粉的残余量，以提高铺贴效果，并方便存放。
参考文献
[1] 胡婉莹， 延锦丽， 吕锋. 辊道窑陶瓷辊棒的化学矿物组成与性能研究[J]. 现代技术陶瓷， 2007， 27（1）：20-23.
[2] 沈继耀. 国外陶瓷辊棒的组成和结构特征[J]. 耐火与石灰， 1994（12）：16-19.
[3] 钱海燕， 李素英， 邓敏，等. 轻烧氧化镁水化动力学[J]. 化工矿物与加工， 2007， 36（12）：1-4.
[4] 张慧海等，循环式环保底浆机，实用新型专利，授权公告号CN202369513 U.
[5] 黄家文，一种高效釉线氧化铝底浆机，实用新型专利，授权公告号CN204714716 U.
[6] 李清远等，一种自动上底浆机，实用新型专利，授权公告号CN205833007 U.
[7] 王葵，一种布浆均匀的底浆机，中国发明专利，申请号201710457776.X
[8] 邓海林 洪庆复，砖底粉清理装置，实用新型专利，授权公告号CN205085038 U.
