鷹牌陶瓷 | 《鷹視界》（原《鷹之聲》第119期）
建筑陶瓷基礎知識講堂之三：坯用原料制備
一、 原料的選擇
陶瓷廠原材料的選擇是件非常重要的事情，尤其是坯用原料。選擇坯用原料重點考察如下內容：
（1） 原料的儲量和品位。如果儲量偏小，可能使用不久就會枯竭，就又要尋找新的原料，調整配方。另外，還要根據該礦的品位以及在配方中的用量，考慮是否采用該礦。
（2） 原料的儲藏情況。例如是否為雞窩礦，如果是雞窩礦，就要考慮是否使用該礦；是露天開采還是洞采，開采是否會受氣候條件影響，日可開采供應量（以決定坯體配方中該礦的最大用量）。對礦山截面不同部位取樣，檢驗不同部位的礦物性能差異，以保證在使用過程中配方的穩定性。
（3） 運輸情況。在雨季或冰雪天氣時能否正常運輸，這一點非常重要。很多礦藏在山區，都是通過簡易公路運輸出來，一旦出現連續大雨雪天氣，就會嚴重影響原料的供應，使企業面臨斷料之苦。
（4） 價格和付款條件。合適的原料很重要，合理的價位和付款條件也同樣重要。
二、 原料進廠檢驗
原料進廠檢驗是產品質量控制的第一步。大多數陶瓷廠在原料進廠檢驗合格后才卸車，有的則是進料場后才檢驗。不管采用哪種方法，檢驗過程都要遵守下列要求。
（1） 注意取樣的代表性
① 在不同地點取樣，混合后再次取樣。對于未卸車的原料，不但表面要取樣，內部也要取樣。
② 粉末料與塊狀料合理選取。
③ 對于從礦山取回來的樣品，不同部位要單獨取樣，不能混合。
（2） 制定嚴格統一的試驗標準
現在不少廠家重視檢驗，而對檢驗方法的科學性不重視。主要表現在取樣和檢驗過程的隨意性。制定嚴格統一的科學的檢驗操作標準主要把握如下幾點：
① 固定水分。保證每次試驗的加水量相同。
② 固定原料的球磨時間，保證細度一致。
③ 固定原料的入磨顆料度。對大塊原料要先用破碎機破碎后再入磨。
④ 固定試樣尺寸，特別是厚度。最好稱重打小樣，以固定試樣的重量。
⑤ 固定燒成條件、燒成溫度和保溫時間。
（3） 判斷
如果是正在使用的原料，則與原來保存的標準樣對比，判斷原料是否合格可用。如果不合格，則要作退貨或降級處理，降級處理則意味著要調整配方。
檢驗結果主要從以下幾個方面去判斷：試樣的燒結程度，主要從試樣的燒成收縮來判斷；試樣的白度，從外觀可以觀察到，也可以用白度儀測量；試樣的燒失量大小。如果是黏土類原料，還要檢測黏土的強度指標。如果有條件的話，最好能做化學分析。對于一種新的原料，則要求做化學分析。
（4） 試樣保存
所有制好的樣品，都要標上日期、條件，作為技術資料實物統一保管，不能隨便丟棄、隨意亂放。一旦生產上出現問題或者日后銷售出去的產品出現質量問題，則很方便調查原因。
三、 料場管理
料場管理的重點在兩方面：一是倉位管理，二是原料的堆放和均化管理。
倉位的大小應該視各種原料的儲備量和用量而定，很多廠不重視倉位管理，由于倉位不夠堆放而導致原料互相混雜。倉位的順序也很重要，一般成分比較接近的原料可以比鄰而放，而比較容易混淆的或性能不同的原料應該隔離開來。另外，倉位的排放順序應該和球磨時的上料順序一致。倉位必須標明原料名稱，倉號，進料倉和用料倉必須嚴格分開。
倉位管理一般按如下方法進行：原料進倉時，進倉原料按原料名稱和產地分類、分倉堆放，不得相互混放（不得進入正在使用的倉內）；在指定位置上填寫“原料名稱”、“進倉日期”、“產地”、“待檢”欄標識，并在記錄表上填寫進倉數量；按原料檢驗結果在標識牌“待檢”處更名改為“已檢合格”（或“讓步接收”、“退貨”）標識。
原料進廠后的均化相當重要。常用的均化方法為“平鋪直取”，就是在堆放原料時，由堆料機連續地把進來的物料，按一定的方式堆成盡可能多的相互平行、上下重疊、厚薄一致的料層，而在取樣時，選擇與堆放方式相適應的取料機和取料方式，在垂直于料層的方向上，同時切取料層。這樣，在取料的同時就完成了物料的混合均化，起到了預均化的作用。
原料的球磨
過去，各陶瓷廠都設有原料的粗加工破碎工序。現在，廣東的陶瓷廠基本沒有設破碎工序了，從原料供應商處獲得的原料都是可以直接入球磨機的，粒徑在10mm左右。從經濟效益的角度看，原料在供應商那里統一加工成可以直接入球磨機的小顆料是最經濟的。
一、球石的選用
球磨機的球石選用對球磨效率有重大影響，合理選擇球石的種類和規格非常重要。大生產常用的球石種類和性能指標見下表。
大生產常用的球石各類和性能指標
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名稱
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主要化學成分
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密度（g/cm2）
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硬度
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磨耗
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硅質鵝卵石
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SiO2
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2.5~2.6
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莫氏7~8
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較大
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普通瓷球
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20%~35%AL2O3 60%~70%SiO2
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2.2~2.4
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莫氏6~7
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較大
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中鋁瓷球
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50%~75%AL2O3 25%~35%SiO2
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2.6~3.2
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莫氏7~8
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較小
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剛玉瓷球
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>75%AL2O3
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3.2~3.8
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莫氏8.5~9.5
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小
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鋯英石瓷球
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ZrSiO2
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3.8~4.0
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HRA80~90
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小
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在20世紀，坯體球磨使用的大多數是天然球石，現在大多數廠家使用人工合成的中鋁球石、剛玉球石和鋯英石瓷球。還有一種稱為碳化硅球石，它也屬于普通瓷球范圍，因為原料中的鐵鈦含量高，燒成后顏色呈黑色，這種球石用于拋光磚生產時要小心，如果有燒成不好的球石混在里面，由于耐磨性差，容易破碎，可能會造成小碎片顆粒混在粉料中而污染粉料，導致在拋光磚中產生黑色斑點。一般在拋光磚生產中建議不要使用黑色的碳化硅球石。
二、球襯的選用與安裝
球襯的材質最好與球石的材質一致。現在建筑陶瓷企業使用最多的就是中鋁球石配以中鋁球襯。同樣的球磨機，用中鋁球襯代替石英襯，可以顯著提高生產能力和效率。
三、球磨機的裝球量和球石補充
球石的級配和裝載量，直接關系到球磨機的生產效率。確定球磨機裝球量的原則是：球磨機在轉動時球石的沖擊和研磨所做的功消耗在被粉碎的物料中。所以，當裝入球磨機中的球石在球磨機轉動時，每一層球石各按自已的拋物線運動軌跡運動，而不與其他層球石亂碰，這才是最合理的裝球量。最合理的裝球量是，當球磨機靜止，磨機中心至球石的水平面的距離應為：
a=0.16R(R為球磨機筒體內半徑)
這時球石所占的體積與球磨機容積之比為0.4，在這種情況下對球磨機的操作最為有利。裝入球磨機中的原料量，應以能充滿所有的球石空隙，并稍稍超過它為準。生產經驗證明，當球石裝入量為球磨機容積的45%~50%時，對提高單位時間的產量是有利的。
現在的球磨機規格越來越大，一般都在40t以上，同時由于材料的更新，一般都采用中鋁球石和球襯，現代球磨機料、水、球石裝填量應為球磨機有效容積的80%~90%，即填充系數為0.8~0.9，其中球石的填充量一般為有效積的45%~50%。
究竟多大的填充系數合適，各個廠家要自已試驗決定。有專家曾經對40t球磨機使用不同球襯和不同球石使用量的球磨效果進行了對比，B廠使用8.5cm厚的球襯，球石和原料共82t，料：球：水的比例為1：0.95：1.5；C廠使用15cm厚的球襯，球石和原料共92 t，料：球：水的比例為1：1.05：0.5。而單位噸料生產成本B廠比C廠低得多，所以，控制漿面空高很重要，40t的球磨機漿面空高控制在65~75cm合適，大約是球磨機內的容積保持有15%左右的空隙。
漿面空高是生產過程控制的核心參預數，測量空高變化來補充球石。還有根據球磨主電機的電流變化補充球石。
四、球石的級配
從球磨機的粉磨過程來看，主要是物料受到球石的碰撞及球石表面對物料的碾壓作用。根據這一粉磨過程，可通過提高球石與物料的接觸面積來提高研磨效率。在球磨機內球石裝填量一定的條件下，球石的尺寸越小，則數量越多，比表面積越大，物料的研磨效率越高，這就是所謂的“小球球磨原理”。當然球石不能太小，過小的球石被拋落時沖擊力小，反而會導致球磨效率降低。在實際生產中，不能只用小球石，在粉碎粗物料時需要有較大的沖力，這就要求球石自身具有一定的大小與質量，即球石的尺寸大小也應根據被粉碎物料的粒徑來確定。
有關試驗認為，使用中鋁球石和球襯的40 t球磨機，最佳球石配比為：30mm 20%~28%，40mm 32%~38%，50mm 25%~29% ，60mm12%~13%。
五、球磨機的轉速
球磨機的轉速與能耗直接相關。根據有關理論的推導，球磨機工作轉速與臨界轉速比約等于0.76時具有較高的研磨效率。隨著現代球磨機的不斷大型化，所需動力越來越大，如果一味追求較高的研磨效率和較短的研磨周期，必將使能耗大幅躍升，這是很不經濟的。為了維持經濟與效率的平衡，理論設計和實際應用中在滿足生產需求的前提下，應該適當降低球磨機的工作轉速，減少功耗，同時將研磨效率和周期保持在合理的水平。過快和過慢的轉速都不能產生好的效果。
關于球磨機的轉速計算，有研究人員根據經驗提出以下公式：
式中 n-----球磨機工作轉速，r/min ；
D-----球磨機有效內直徑，m（球磨機有效內直徑指鑲好內襯后的內直徑）。
其計算結果基本滿足生產實際需要。但是要注意，上面的公式只考慮球磨機直徑，而工作轉速還與下列因素相關：球石的種類、原料的性質、球磨機裝料量、球石加入量等。因此，要根據實際情況確定轉速。
六、料球比例
球磨機的料、球、水三者比例，對球磨機的運行效率有非常重大的影響。
對于料、水之間的比例，在生產中摸索出了泥漿相對密度與球磨時間的關系。當泥漿相對密度增大到1.72時，在較短的時間內便可完成對物料的研磨，此時球石對物料的研磨作用最強；當相對密度較小時，泥漿對球石的懸浮力較小，球石間物料少，此時主要是球石之間的研磨，難以對物料進行研磨，球石消耗大且易破碎；隨著相對密度的增加，泥漿對球石的懸浮力增加，球石間的物料多，球石對物料的研磨作用增強；而當相對密度大于1.72時，泥漿黏度過大，泥漿與球石之間不能發生相對研磨。因此泥漿相對密度宜控制在1.68~1.72，對應含水率為33%~35%。
泥漿相對密度與球磨時間的關系
因為加水量取決于泥漿流動性的要求，為了節約能源，企業都是在保證泥漿流動性的前提下，盡可能降低泥漿的水分，以降低后續噴霧干燥工序的能耗。水分取決于配方中黏土原料的使用量和種類，以及所使用的減水劑的性能和加入量。一般企業的泥漿含水率在30%~35%，流動性在25~45s（涂-4杯），即基本上料、水比例是2：1。
球磨工序管理
（一）配料
配料工序要嚴格按技術部門下達的配方配料。此外，要注意以下幾方面的問題。
（1） 準確測定原料的含水率，定期測量原料的含水率。如果原料是露天堆放，則在下雨天要注意原料含水率的波動。
（2） 稱量要準確。泥砂料的精度控制在20kg以內；減水劑的精度在0.25kg以內；水量容器精度在100L以內；色料的精度在0.1kg以內。
（3） 裝料順序。裝料順序一般如下：部分砂質料墊底，以利于皮帶輸送；量少的或易揚塵的料夾在中間；可塑性的黏土、部分砂質料在上面；搭配的回尾料在最上面。注意上料順序盡量與料倉順序一致。設置料倉時要考慮上料的順序。
（4） 一定要有人監磅。驗證稱量是否正確，要求誤差在10kg以內；料倉位置是否正確；所有原料是否混有雜物；是否把剩余的料放回原料倉；減水劑和加水量是否正確。
（二）泥漿檢驗
球磨機中的泥漿，經過檢驗合格后才能放漿。各環節的要求如下。
（1） 取漿
球磨機一停就要取樣，在球體液面中央1/2深處取樣約1kg。并測量球體至漿料面的空間距離，以決定是否補充球石。當停磨較長時間，應先開機轉動10~30min，待球體內的漿料均勻后，才能抽取。
（2） 細度檢測
測試前，先要攪拌均勻樣品，再從中取樣、檢測。篩余的檢測要統一按標準進行，不得隨意進行，不要因操作員不同而有不同結果。把檢測結果通知球磨機操作工，以決定是出漿還是加時球磨。
在出漿之前，一定要檢測漿料的細度，檢測合格后方可出漿。目前佛山大多數廠家細度控制在250目篩篩余0.7%~1.0%。細度控制避免走只控制上限而忽略下限的極端。不要出現過細現象。
八、泥漿除鐵
在陶瓷原料的運輸和粉碎過程中，由于機械設備的磨損，往往會混入若干細小的鐵粉或含鐵化合物，這些含鐵雜質經高溫煅燒后，一般呈黃色，會降低制品的白度和透明度，特別是比較粗的顆粒，燒后往往成為從褐色到黑色不等的斑點，嚴重影響制品的外觀質量；由于資源的日益消耗，高品位礦源日趨枯竭，含鐵雜質較多的中低檔礦源已慢慢被利用；市場流行的產品對原料的白度要求越來越高，如聚晶微粉磚、雪花白磚等，對原料的鐵雜質含量要求非常嚴格。因此，陶瓷廠原料加工過程中的除鐵工序非常重要。
九、過篩與漿池管理
過篩需要引起注意的是，過篩處理時必須隨時注意篩上料所占比例的變化和篩上料礦物化學成分的變化。有許多廠因原料硬度發生變化后，篩上料增多，導致泥漿成分發生變化，影響了坯體成分，最終坯料出了問題，造成后續工序的損失。
泥漿入漿池前，有兩項重要的工作要做：過篩、除鐵，主要目的是為了過濾粗粒、雜質。一般過80~100目篩，含鐵量低于0.3%。除鐵是非常重要的一個工序，絕對禁止未經除鐵直接出漿入池，要有足夠長度的除鐵槽，或使用高效電磁除鐵器，并且要經常清洗磁源。
下一期的建筑陶瓷基礎知識講堂預告：陶瓷原材料加工之噴霧干燥
