硅酸锆与陶瓷釉.doc

金澳硅酸锆在釉料中的应用硅酸锆的形成在自然界，锆属于地壳丰度并不高的元素。它主要以岩浆岩（特别是酸性岩、碱性岩、花岗伟晶岩）广泛分布的副矿物锆英石形式存在。锆英石在碱性岩中有时可富集成矿床。这是我国锆英石的主要成矿来源， 分布于海南省、广东省的海滨砂矿。除锆英石外，常含钛铁矿、金红石、锡石等，对这些海滨砂矿， 先通过摇床等重力分离机械将大量的较轻的石英、长石、黑云母等脉石矿物与较重的锆英石、钛铁矿、金红石等重矿物分离； 再用磁选机将所含的钛铁矿等分离出去，并用静电分离器将金红石等分离出去，这样就获得了锆英石精矿。如果还要获得较纯的锆英石，还要用酸浸法除去其它重矿物（锆英石本身不溶于酸）最后再用球磨机将锆英石粉碎至550m，得到锆英石粉化工产品。锆英石的理论化学式为ZrSiO4，其中ZrO2 占67.1%，SiO2 占32.9%，它还常含氧化铪、氧化钍等成分，而氧化钍的存在常常是造成锆英石具有放射性的主要原因。一般验收锆英石化工产品的化学成分标准定为：ZrO265%。二 金澳硅酸锆在釉料中的影响 （1）对釉料的融化温度的影响虽然Zr4+的离子半径（80nm）比Si4+离子半径（41nm）几乎高出一倍，但由于Zr4+离子的d 轨道电子的屏蔽作用小， 使之有效电荷高。因此，Zr-O 之间的键强非常高，反映在熔点上，ZrO2 的熔点在2700以上，锆英石的熔点也高达2550，几乎比石英的熔点高出1000。Zr-O 之间的高键强使得它在纯的碱金属离子存在下需要高温才能熔解。而在常规的釉料及微晶玻璃的配方体系中，ZrO2（包括锆英石）的加入会明显提高其熔解温度。不过，这种增加是有一定限度的，超过熔解能力，即使再增加ZrO2（锆英石）成分，其温度提高的作用减缓。因为这时的ZrO2（锆英石）是以晶体形式出现，而不是玻璃态的ZrO2 形式。（2）对釉料粘度的影响Zr-O 的高强键使ZrO2（锆英石）可大幅度增加釉料及微晶玻璃的粘度。在较少碱金属离子存在的条件下，即使加入1%的ZrO2（锆英石）也会增加成分体系的粘度。当然，釉料的ZrO2（锆英石）晶体的存在，也会使釉料及微晶玻璃整体粘度增加，而析晶体存在越多，其粘度也会越高。（3）对釉料膨胀系数的影响仅对玻璃相而言， 玻璃态的ZrO2 比TiO2、Al2O3、B2O3更能降低热膨胀系数。而对晶体存在形式而言，ZrO2（斜锆石）的热膨胀系数不算高，锆英石晶体的热膨胀系数则较小。这表明，对于绝大多数锆釉和含锆微晶玻璃来说， 析晶相基本为锆英石，斜锆石极少。因此，即使对晶体而言，锆英石也会明显降低釉料及微晶玻璃的热膨胀系数。无论是透明釉、透明玻璃，还是乳浊釉、微晶玻璃，ZrO2（锆英石）组份对热膨胀系数的作用都是一致的，都将发挥降低热膨胀系数的作用。只有一种情况例外，如果釉料及微晶玻璃的SiO2 含量偏低，添加的ZrO2 或锆英石又较多，此时必将析出斜锆石，则此时对热膨胀系数的降低作用不明显。（4）对釉料机械强度的影响同样受Zr-O 高强键的影响，ZrO2 将增加釉料及微晶玻璃的玻璃相的机械强度，包括抗压强度、抗张强度。特别对于增加弹性来说，ZrO2 组份的作用尤为突出。它会大大改善釉料及微晶玻璃相的弹性， 这也是玻璃纤维中常常加入ZrO2 的原因。对于硬度来说，无论是玻璃态的ZrO2，还是结晶ZrO2，它们均明显提高釉料及微晶玻璃的硬度。（5）对釉料表面张力的影响ZrO2 也是属于表面非活性组份， 它可稍微提高釉料及微晶玻璃的表面张力。（6）对釉料化学耐久性的影响与所有显示高键强、高场强及方向键（共价键）的元素相类似，Zr4+将大大强化釉料及微晶玻璃的硅酸盐玻璃相结构。这不仅决定了ZrO2 具有上述提高熔化温度、增加粘度、减小热膨胀、增加机械强度等作用，还决定了它在改善釉料及微晶玻璃的化学耐久性的突出作用。ZrO2 不仅可明显提高含ZrO2 的玻璃相与晶相（斜锆石、锆英石）的耐水性、耐酸性，而且还能明显提高其耐碱性，这表明，ZrO2 是全面提高耐化学腐蚀性的成分之一， 因此被广泛用于耐蚀性能高的特殊耐火材料及特别功能材料中。（7）对釉料析晶性能的影响ZrO2 能促进釉料