解胶剂在陶瓷生产中的应用

摘 要：本文介绍了陶瓷解胶剂在实际生产中的选用及使用原则。经过大量实验，获得了解胶剂在陶瓷生产中应用的基本规律。正确应用解胶剂，对提高陶瓷泥浆或釉浆的性能、减少浆料水份、降低干燥能耗，以及保证陶瓷产品品质具有一定的实际意义。

关键词：陶瓷；解胶剂；应用；节能降耗

1 前言

随着中国陶瓷工业的快速发展，陶瓷原料进一步消耗，尤其是优质陶瓷原料逐渐消耗殆尽，传统上不能应用的陶瓷原料也逐渐被陶瓷厂家认可并重新应用，其原因在于陶瓷化工原料的发展。随着陶瓷生产工艺的发展，陶瓷机械、原料、化工及相关陶瓷技术，也遇到了空前的发展机遇与挑战。

就陶瓷化工部分的解胶剂（也称陶瓷解凝剂、减水剂、电解质）来说，由上世纪90年代的三聚磷酸钠（STPP）、水玻璃Na2O・mSiO2・xH2O（液体）、纯碱（Na2CO3）、腐植酸钠等单一化工原料作解胶剂，发展到目前的复合解胶剂（无机-无机，无机-有机），且形态由单一的固态到液态（如：有机高分子材料），阳离子型到阴离子型。对于不易解胶的陶瓷原料，如：超白低温砂、膨润土、镁质土、矿渣、陶瓷污泥、抛光泥等，只要应用得当，均具有解胶的效果，以确保浆料工艺参数、减少水份、降低干燥能耗，实现绿色清洁生产。

2 解胶机理

关于解胶机理，已有众多的专家对其进行阐述，其中的观点仍存在争议，有待进一步深入研究。但业界比较认可的解胶机理主要有三种。

（1） 阳离子置换

通过阳离子置换的方式，可以改变胶粒的双电层厚度，使双电层厚度增加，ξ电位上升。如：粘土的阳离子交换过程如下：

Ca-粘土+2Na+―2Na-粘土+Ca2+（沉淀钙盐） （1）

Mg-粘土+2Na+―2Na-粘土+Mg2+（沉淀镁盐） （2）

粘土的阳离子交换容量大小的情况如下：

H+>Al3+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+

即左边的离子能置换右边的离子，自右至左交换容量逐渐增大。

粘土吸附阴离子的能力较小，其顺序如下：

OH->CO32->P2O74->PO43->CNS->I->Br->Cl->NO3->F->SO42-

（2） 空间位阻效应

通过空间位阻效应，在离子间起阻尼和间隔作用。

（3） 螯合效应

螯合效应即通过复合物的引入，使阳离子产生键合，形成络合物，降低离子间的引力，补充空间位阻效应。螯合物是配合物的一种，在螯合物的结构中，一定有一个或多个多齿配体提供多对电子与中心体形成配位键。螯合物通常比一般配合物要稳定，其结构中经常具有的五或六元环结构更增强了稳定性。所以螯合物的稳定常数都非常高，在陶瓷泥浆或者釉浆的解胶中，同陶瓷浆料中的阳离子，尤其是多价离子形成更为稳定的螯合物，降低了离子间的引力，从而降低了浆料的粘度，起到解胶的作用。另外，螯合物还可以掩蔽金属离子，提高了浆料的稳定性。

3 陶瓷坯料解胶试验的内容

3.1 试验原料

3.1.1坯料

本试验所采用的坯料为佛山石湾鹰牌陶瓷有限公司的超白面料SHW、普白底料HY，G陶瓷厂抛光料、LM厂瓷质仿古砖坯料等。另外，2#与3#试验为佛山鹰牌陶瓷有限公司的HY底料，其坯料的化学组成相同，但3#引入膨润土10%，替代2#中的部分粘土（水洗泥及黑泥），将配方中的化学成分调整至合适的比例，要求其主要成分偏差小于0.5%。试验用坯料（晒干或者自然晾干）预先粉碎，全部通过8目筛（粒径

3.1.2解胶剂

本文中的解胶剂采用的是佛山市富威顺化工有限公司生产的解胶剂，L01和L02为液体解胶剂；德国司马化工的DOLAPIX-PC67为有机液体解胶剂；其余的为固体解胶剂。固体解胶剂全部研磨成细粉并混合均匀备用。解胶剂的化学组成如表2所示。

3.2 试验设备及仪器

本试验所采用的设备及仪器为电子天平、NDJ-5型涂-4粘度计、比重杯、秒表。

3.3 试验步骤

（1） 同一组实验，固定用相同的快速球磨机、球磨罐和球石，将球磨罐及球石（料：球≈1：3，球石级配为大：中：小≈2：5：3）预先用干毛巾把水擦干，减少因水份、料球比、球石级配以及球磨转速等因素对试验结果（浆料水份和细度）造成的误差；

（2） 在0.01g精度的电子天平上分别准确称取坯料和水（依据试验条件表3）；

（3） 在0.0001g精度的电子天平上精确称取相应质量的解胶剂；

（4） 将坯料、水、解胶剂加入球磨罐中，再进行快速球磨，球磨时间依据所生产陶瓷砖的细度工艺参数而定。

（5） 采用NDJ-5型涂-4粘度计检测浆料的流动性（即采用100g的标准测试杯，杯口直径为4mm，测试其流动性），连续测试三次，并记录每次测试所用的时间（记为：流速1、流速2、流速3）。

（6） 浆料密封静置24h后，用搅拌机以相同转速搅拌2min，用NDJ-5型涂-4粘度计连续检测3次（记为：24h流速11、24h流速12、24h流速13），衡量触变性，通过流动性的差异大小来反映触变性大小。差异越大，触变性越大，反之越小。

4 陶瓷坯料解胶试验及结果分析

本试验条件依据车间生产工艺参数（水份、细度、流速、比重等）来确定试验的料水比、球磨时间等方面的性能指标，详情如表3所示。

4.1 超白SHW面料解胶试验及结果分析

超白SHW面料中所采用的解胶剂为B-20#，添加量为0.30%～0.85%。不同含量的解胶剂对SHW面料解胶效果见表4及图1、图2。

由图1和图2可知，采用B-20#解胶剂对SHW坯料解胶时，随着解胶剂含量的增加，其流动性先增加后降低，当解胶剂的含量为0.55%时，流动性最好，所以此时解胶效果最佳。但沉淀24h后，其流速时间由31s增加到35s，但最佳添加量增加基本同球磨后吻合。所以当解胶剂含量在0.55%时，说明该坯料采用B-20#解胶剂比较合适。当解胶剂的含量低于0.45%，解胶剂用量不足，浆料解胶不好，粘度增大，流动性差；尤其当其含量低于0.4%时，在生产上表现为浆料出球慢，容易产生浆料放不尽，过多的浆料停留在球磨机内。导致这部分浆料在第二次球磨时增加球磨时间，造成部分过度球磨，细度偏细，浆料粘度适当增加。

4.2 HY底料和HY-1底料的解胶试验及结果分析

采用不同的解胶剂对HY底料和HY-1底料进行解胶，两个坯料的化学成分相同，但HY-1底料中引入膨润土10%代替HY-1底料中的部分粘土，即坯料中的矿物组成有差异。由于坯料矿物组成的差异，以及各种解胶剂的解胶规律不同，所以即使在同一水份下，流动性差异也较大，甚至没有完全解胶、无流动性，不易进行试验比较。因此，将水份调整到33.33%、35.48%、37.5%进行试验对比。水份高，说明难解胶。不同类型的解胶剂与浆料的粘度关系如表5所示。不同解胶剂对HY和HY-1坯料的解胶效果如图3所示。C-30与不同液体解胶剂对HY和HY-1坯料的解胶效果如图4所示。

由图3、图4可知，引入膨润土后，坯料难解胶，而且最佳添加量有所增加，用C-30作解胶剂，水份为35.48%时，HY坯料的最佳添加量在0.5%～0.7%，流速为40s～45s；但引入膨润土10%后，解胶剂添加量增加到0.6%～0.9%，流速为45s～50s。另外，在采用C-30解胶剂的基础上引入液体解胶剂PC-67、L01、L02后，解胶效果均有改善，并且解胶范围拓宽，这在实际生产中容易控制，不会因泥砂料的波动，导致浆料粘度大幅波动，喷雾干燥后粉料颗粒变化大，易造成后期缺陷较多。尤其在水份过高（38%以上）的情况下，粉料多假性颗粒，微粉多，压制后砖坯容易出现分层、裂砖等缺陷。

4.3 G厂抛光砖坯料解胶试验及结果分析

解胶剂C-30对G厂抛光砖坯料解胶过程中，水份分别以32.2%（即坯料土样：200g，水95g）、33.3%（即坯料土样：200g，水100g）进行试验。

（1） 水份为33.3%的解胶

本文中解胶剂C-30对G厂抛光砖坯料解胶试验结果如表6所示。解胶剂C-30对G厂抛光砖坯料的解胶效果如图5所示。静置24h后，解胶剂C-30对G厂抛光砖坯料的解胶的触变性如图6所示。

（2） 水份为32.2%的解胶

C-30解胶剂在G厂坯料配方中解胶规律如表7所示。静置24h后，C-30解胶剂在G厂坯料配方中解胶规律如表8所示。其解胶效果如图7、图8所示。

由试验数据和图7、8可知，G厂坯料的解胶，采用C-30解胶剂最佳点在1.2%～1.4%之间，触变性有所右移，即解胶剂的加入量适当增加，触变性会变好，浆料粘度降低。

4.4 LM仿古砖坯料的解胶试验及结果分析

LM瓷质仿古砖坯料的解胶，主要是解胶剂的添加量较大，采用C-30解胶剂比较合适，最佳加入量在0.9%～1.0%时，水份可降低至32.25%，LM厂仿古砖的解胶规律如表9所示。其解胶剂的解胶效果如图9所示。

由实验数据和图9可知，LM厂仿古砖坯料的解胶主要是添加量较大，当解胶剂C-30的添加量在0.8%～0.9%时，其触变性也较大。静置24h后，流速由25s增加到40s以上。因此，结合触变性，其最佳的加入量为1.3%。

5 结论

通过上述大量的实验证明，在陶瓷生产工艺过程中，解胶剂对浆料的解胶好，即粘度低、流动性好。浆料流动性好，喷雾干燥造粒的粉料颗粒形状及颗粒级配也就较好，从而后期压制时粉料布料性能（颗粒形状、级配、密度等）更好，降低了后期工序缺陷的产生机率。另外，解胶剂的选择以及添加量的合适与否，对浆料的性能均有很大的影响，如：水份、细度。如果选择了合适的解胶剂，并调整至最佳添加量，在浆料粘度满足工艺要求的前提下，可将水份降到最低，从而提高球磨效率及产量，降低能耗。同时，也降低了喷雾干燥能耗，为实现清洁生产、降低成本、节能降耗做出贡献。

影响坯釉料解胶剂的因素及注意事项有如下几个方面：

（1） 配料配方的变化对解胶效果的影响

因坯料配方组成的变化，尤其是矿物组成的差异，对解胶剂的类型、添加量均有不同要求，既使是同一陶瓷企业，由于泥砂料批次间的波动（尤其是均化不足），对解胶剂的添加量都有不同。原料堆场大，原料均化越充分，浆料的解胶越稳定；而堆场小，频繁进料的解胶多数不稳定，通常这些就是浆料流动性波动较大的原因。一般在选解胶剂时，在泥砂料使用前，需做小试和中试试验，取配方所用的泥砂，晒干或者自然晾干，粉碎（过8～10目筛），经过小试确定解胶剂的类型及最佳添加范围，然后再进行中试，再进行大生产。一般华南区域，添加量在0.4%～0.8%，少数在0.3%～0.4%或0.8%以上；华北区域在0.6%～1.0%范围；另外，不同产区对解胶剂类型要求也不同。实际应用时均需试验确定，以达到最好的解胶效果，从而达到降低成本，增加效益的目的。

（2） 陶瓷原料的风化程度对解胶效果的影响

一般风化时间长，越容易解胶，即原矿解胶一般比次生矿难解胶。好的解胶剂在配方中的添加量也相对较少，其成本相对降低。反之，添加量变大，解胶剂成本高。

（3） 水质对解胶效果的影响

一般生产用水或者浆料中含有Ca2+、Al2+、Mg2+、Cl-、SO42-等离子较多的，解胶剂相对较难，且触变性较大，如：在沿海地区、华北地区，采用抛光线污水（因为污水中Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-等离子浓度相对较高）较高的企业，解胶成本一般较高，添加量较大，浆料水份高。另外，污水处理的净水剂对解胶也有影响，而且影响较大，如：聚丙稀铣胺、聚合氯化铝、明矾等，对这类影响解胶的物质，更应慎重使用并选择合适的解胶剂，才能降低解胶成本。

（4） 浆料温度对解胶效果的影响

通常情况下，温度高，浆料粘度低，流动性好；温度低，浆料粘度高，流动性差。所以在冬季浆料一般流动性会比夏季差5～15s，甚至更多。如果已经通过实验选择了合适的解胶剂，且添加量也选择较佳时，流动性还不能满足生产需要时，可适当提高浆料水份，以适应生产工艺参数。