高分子型复合陶瓷浆料减水助磨剂的研制与应用

1、高分子型复合陶瓷浆料减水助磨剂的研制与应用摘要 笔者设计、合成和配制出一种由改性腐植 酸、聚羧酸钠和无机盐组成的高分子型复合陶瓷浆料 减水助磨剂。通过实验和工厂的生产结果表明，所研 制的减水助磨剂可使球磨时间减少 25% ，浆料含水率 低于 31% ，节能效果显著。关键词 陶瓷浆料，减水助磨剂，节能1 引 言目前我国墙地砖生产通常采用湿法工艺，即陶瓷 原料先球磨成泥浆，再喷雾干燥成粉料，这个过程所 消耗的能量约占生产总能耗的一半，因此，提高原料 细磨效率和降低喷雾干燥塔中泥浆含水率对陶瓷厂的 节能降耗和生产效率的提高有着重要的现实意义。陶瓷原料的球磨是一个高能耗、低效率的工艺过程，通 过调整球

2、磨介质、球磨机内衬和料球水比例等操作可 提高球磨效率 ,但其效果有限，且增加磨材的费用 1 。许多研究和生产的结果表明，陶瓷浆料制备中外加适 量化学添加剂能有效改善矿物颗粒的表面性质，获得 流变性好、分散均匀、固含量高且稳定的浆料，因此 能大幅减少球磨和料浆喷雾干燥的能耗25。本研 究设计、合成和配制出一种低成本高分子型复合陶瓷 浆料减水助磨剂， 通过实验和工厂应用结果表明 ,该陶 瓷助剂减水和助磨效果显著。2 实验部分2.1 主要原料 本研究所用泥料为闽清某陶瓷公司生产用的粘土，60 目；改性腐植酸钠和低成本聚羧酸类高聚物均由闽 清金石陶瓷化工有限公司提供；偏硅酸钠和三聚磷酸 钠均为市售品，

3、工业一级。2.2 减水率的测定将 80g 的水和不同量的减水助磨剂加入到 100g 的粘土中， 用高速研磨机研磨 10min 后，用涂-4 杯测 泥浆的流动时间 ,以泥浆流动时间减少的幅度来确定 复合减水助磨剂的减水效果。2.3 减水助磨剂的生产应用 高分子型陶瓷浆料减水助磨剂的作用效果的测 定在闽清某陶瓷公司的 25 吨球磨机上进行，不改变 生产中磨料的配方，按表 1 设计的方案改变球磨时间 和加水量，研磨后用重量法在110 c下烘干测定泥浆的含水率和过 200 目筛的筛余量。3 结果与讨论3.1 高分子型复合陶瓷浆料减水助磨剂的设计 陶瓷原料的主要成份为石英、长石、高岭土、绢 云母等， 高

4、岭土等粘土矿物颗粒属于胶粒范畴 ,具有胶 体的一般特性，而石英等瘠性原料不属于胶粒范畴。 在未加入化学添加剂的浆料中，自由水吸附在粘土颗 粒表面，需加大量水稀释来使浆料具有流动性，这样 磨球才能通过有效冲击、 挤压等作用使矿物颗粒磨细。 外加化学添加剂还能起到降低矿物颗粒表面自由能与 硬度以及稳定分散的作用。因此所设计的泥浆减水助 磨剂应具有优良的使矿物颗粒自由水脱附、降低矿物 颗粒表面自由能及硬度和使矿物颗粒分散的功能 国内陶瓷生产中一般使用水玻璃、碳酸钠、三聚 磷酸钠、腐植酸钠等传统减水剂，其主要能起到使矿 物颗粒自由水脱附的作用，添加量较大，但作用效果 差，不过价格偏低。国外先进陶瓷生产

5、工艺中基本不 使用单一组分的化学添加剂，一般使用聚羧酸类高聚 物为主的复合陶瓷浆料助剂。这种复合陶瓷浆料助剂 具有上述的多种功能，但其价格高，目前国内还主要 用于特种陶瓷等高档陶瓷的生产中。为了研制低成本 多功能的陶瓷浆料助剂，本研究首先对天然高聚物的 腐植酸进行了低成本改性 ,将更多的亲水基团引入腐 植酸分子中 ,大幅提高其取代矿物颗粒表面吸附的自 由水和分散矿物颗粒的能力。其次设计了负电荷密度 和空间位阻大的聚羧酸类高聚物，选用多种性价比高 的单体，并改进了合成工艺，使聚羧酸类高聚物的生 产成本降低一半以上。最后比较了无机盐减水剂在陶 瓷浆料生产中的性价比，选择高效低成本的无机盐与 改性腐

6、植酸、聚羧酸类高聚物进行复配，进一步降低 了高分子型复合陶瓷泥浆减水助磨剂的成本。3.2 高分子型复合陶瓷浆料减水助磨剂的减水作 用如下图比较了偏硅酸钠、三聚磷酸钠和复合减水 助磨剂对浆料粘度的影响。随用量由 0.1% 增大至 0.3% ，三种化学添加剂都使浆料的流动时间减小，即 浆料的粘度减小，但降幅大不相同。 0.2% 的复合减水 助磨剂的添加使浆料的流动时间减为 18.7s ，而相同 用量的偏硅酸钠或三聚磷酸钠，其浆料的流动时间分 别为 40.6s 和 24.6s ，表明复合减水助磨剂的减水效 果远大于偏硅酸钠。当化学添加剂的用量超过 0.3% 后，添加偏硅酸钠或三聚磷酸钠的浆料其流动时

7、间反而增加，而添加复合减水助磨剂的浆料的流动时间变 化较小。这是由于泥浆中钠离子浓度随偏硅酸钠和三聚磷酸钠用量增加而增大，浆料胶粒的双电层厚度变小，产生凝聚，从而使浆料粘度变大。而复合减水助 磨剂主要由高聚物组成，它的作用机理与偏硅酸钠和 三聚磷酸钠不同，主要通过其在泥浆胶粒表面的吸附、 静电斥力和空间位阻作用使泥浆分散，从而使粘度减 小。上述实验结果表明，复合减水助磨剂的减水、分 散作用比传统的偏硅酸钠、三聚磷酸钠大，且其适用 用量范围更大，便于生产操作。3.3 高分子型复合减水助磨剂的生产应用 复合减水助磨剂的作用效果测定在闽清某陶瓷公 司的 25 吨球磨机上进行，结果如表 1 所示。当磨

8、料 与水的质量比为25： 14.6时，添加0.35%的复合减水 助磨剂，研磨 9h 后，浆料的细度达到 9%，其含水率 为 33% ；而用相同用量的偏硅酸钠需研磨 12h 才能使 浆料的细度达到 9%，且其含水率为 35% 。将磨料与 水的质量比改为 25：13.3 时，用 0.40% 的复合减水 助磨剂研磨 10 h 可使浆料的细度达到 9%，且其含水 率减少为 31% 。这些生产应用的结果表明，所研制的 复合陶瓷泥浆减水助磨剂具有非常显著的减水、助磨 效果。3.4 高分子型复合减水助磨剂的经济效益分析 由表 2 的经济效益分析可知，复合减水助磨剂的 使用在节能、提高生产效率和降低生产成本方

9、面具有 显著的效益。在磨料与水的质量比相同时，使用复合 减水助磨剂的研磨时间是 9h ，比使用偏硅酸钠减少 3h，每次球磨机用电量降低了 225kWh，生产成本减 少了 108.7 元，同时研磨时间的减少也减少了磨球的 损耗对于喷雾干燥料，含水量的降低使干燥时的能耗 减小，并相应增加粉料输出量。据文献报道，降低泥 浆中含水量的 1%，粉料输出率可增加 5% 。本研究中 泥浆含水量最高减少了 4 个百分点，即加水量减少了 1300kg ，后续的浆料喷雾干燥中可减少蒸发这些水分 的能耗。此外泥浆含水量的降低对注浆料也十分重要。注 浆泥料中低的含水量可降低坯体的收缩，减小石膏模 的吸水量，缩短模型的干燥时间，提高生产效率。4 结 论（ 1） 高分子型复合减水助磨剂的减水、分散作 用比偏硅酸钠和三聚磷酸钠大， 且其适用用量范围大， 便于生产操作。2) 工厂生产结果表明 , 复合减水助磨剂的使用可使球磨时间减少 25%，泥浆含水率低于 31% 。 参考文献1 张万胜 . 提高球磨效率浅析 J. 陶瓷， 2004 ，(3): 39 412 曹丽云 , 沈清 . 有减水作用的新型高效陶瓷助磨剂研制J.陶瓷学报，2004 ,25 (2):