鹰牌陶瓷 | 《鹰视界》（原《鹰之声》第119期）
建筑陶瓷基础知识讲堂之三：坯用原料制备
一、 原料的选择
陶瓷厂原材料的选择是件非常重要的事情，尤其是坯用原料。选择坯用原料重点考察如下内容：
（1） 原料的储量和品位。如果储量偏小，可能使用不久就会枯竭，就又要寻找新的原料，调整配方。另外，还要根据该矿的品位以及在配方中的用量，考虑是否采用该矿。
（2） 原料的储藏情况。例如是否为鸡窝矿，如果是鸡窝矿，就要考虑是否使用该矿；是露天开采还是洞采，开采是否会受气候条件影响，日可开采供应量（以决定坯体配方中该矿的最大用量）。对矿山截面不同部位取样，检验不同部位的矿物性能差异，以保证在使用过程中配方的稳定性。
（3） 运输情况。在雨季或冰雪天气时能否正常运输，这一点非常重要。很多矿藏在山区，都是通过简易公路运输出来，一旦出现连续大雨雪天气，就会严重影响原料的供应，使企业面临断料之苦。
（4） 价格和付款条件。合适的原料很重要，合理的价位和付款条件也同样重要。
二、 原料进厂检验
原料进厂检验是产品质量控制的第一步。大多数陶瓷厂在原料进厂检验合格后才卸车，有的则是进料场后才检验。不管采用哪种方法，检验过程都要遵守下列要求。
（1） 注意取样的代表性
① 在不同地点取样，混合后再次取样。对于未卸车的原料，不但表面要取样，内部也要取样。
② 粉末料与块状料合理选取。
③ 对于从矿山取回来的样品，不同部位要单独取样，不能混合。
（2） 制定严格统一的试验标准
现在不少厂家重视检验，而对检验方法的科学性不重视。主要表现在取样和检验过程的随意性。制定严格统一的科学的检验操作标准主要把握如下几点：
① 固定水分。保证每次试验的加水量相同。
② 固定原料的球磨时间，保证细度一致。
③ 固定原料的入磨颗料度。对大块原料要先用破碎机破碎后再入磨。
④ 固定试样尺寸，特别是厚度。最好称重打小样，以固定试样的重量。
⑤ 固定烧成条件、烧成温度和保温时间。
（3） 判断
如果是正在使用的原料，则与原来保存的标准样对比，判断原料是否合格可用。如果不合格，则要作退货或降级处理，降级处理则意味着要调整配方。
检验结果主要从以下几个方面去判断：试样的烧结程度，主要从试样的烧成收缩来判断；试样的白度，从外观可以观察到，也可以用白度仪测量；试样的烧失量大小。如果是黏土类原料，还要检测黏土的强度指标。如果有条件的话，最好能做化学分析。对于一种新的原料，则要求做化学分析。
（4） 试样保存
所有制好的样品，都要标上日期、条件，作为技术资料实物统一保管，不能随便丢弃、随意乱放。一旦生产上出现问题或者日后销售出去的产品出现质量问题，则很方便调查原因。
三、 料场管理
料场管理的重点在两方面：一是仓位管理，二是原料的堆放和均化管理。
仓位的大小应该视各种原料的储备量和用量而定，很多厂不重视仓位管理，由于仓位不够堆放而导致原料互相混杂。仓位的顺序也很重要，一般成分比较接近的原料可以比邻而放，而比较容易混淆的或性能不同的原料应该隔离开来。另外，仓位的排放顺序应该和球磨时的上料顺序一致。仓位必须标明原料名称，仓号，进料仓和用料仓必须严格分开。
仓位管理一般按如下方法进行：原料进仓时，进仓原料按原料名称和产地分类、分仓堆放，不得相互混放（不得进入正在使用的仓内）；在指定位置上填写“原料名称”、“进仓日期”、“产地”、“待检”栏标识，并在记录表上填写进仓数量；按原料检验结果在标识牌“待检”处更名改为“已检合格”（或“让步接收”、“退货”）标识。
原料进厂后的均化相当重要。常用的均化方法为“平铺直取”，就是在堆放原料时，由堆料机连续地把进来的物料，按一定的方式堆成尽可能多的相互平行、上下重叠、厚薄一致的料层，而在取样时，选择与堆放方式相适应的取料机和取料方式，在垂直于料层的方向上，同时切取料层。这样，在取料的同时就完成了物料的混合均化，起到了预均化的作用。
原料的球磨
过去，各陶瓷厂都设有原料的粗加工破碎工序。现在，广东的陶瓷厂基本没有设破碎工序了，从原料供应商处获得的原料都是可以直接入球磨机的，粒径在10mm左右。从经济效益的角度看，原料在供应商那里统一加工成可以直接入球磨机的小颗料是最经济的。
一、球石的选用
球磨机的球石选用对球磨效率有重大影响，合理选择球石的种类和规格非常重要。大生产常用的球石种类和性能指标见下表。
大生产常用的球石各类和性能指标
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名称
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主要化学成分
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密度（g/cm2）
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硬度
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磨耗
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硅质鹅卵石
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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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较大
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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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较大
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中铝瓷球
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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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较小
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刚玉瓷球
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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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锆英石瓷球
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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世纪，坯体球磨使用的大多数是天然球石，现在大多数厂家使用人工合成的中铝球石、刚玉球石和锆英石瓷球。还有一种称为碳化硅球石，它也属于普通瓷球范围，因为原料中的铁钛含量高，烧成后颜色呈黑色，这种球石用于抛光砖生产时要小心，如果有烧成不好的球石混在里面，由于耐磨性差，容易破碎，可能会造成小碎片颗粒混在粉料中而污染粉料，导致在抛光砖中产生黑色斑点。一般在抛光砖生产中建议不要使用黑色的碳化硅球石。
二、球衬的选用与安装
球衬的材质最好与球石的材质一致。现在建筑陶瓷企业使用最多的就是中铝球石配以中铝球衬。同样的球磨机，用中铝球衬代替石英衬，可以显著提高生产能力和效率。
三、球磨机的装球量和球石补充
球石的级配和装载量，直接关系到球磨机的生产效率。确定球磨机装球量的原则是：球磨机在转动时球石的冲击和研磨所做的功消耗在被粉碎的物料中。所以，当装入球磨机中的球石在球磨机转动时，每一层球石各按自已的抛物线运动轨迹运动，而不与其他层球石乱碰，这才是最合理的装球量。最合理的装球量是，当球磨机静止，磨机中心至球石的水平面的距离应为：
a=0.16R(R为球磨机筒体内半径)
这时球石所占的体积与球磨机容积之比为0.4，在这种情况下对球磨机的操作最为有利。装入球磨机中的原料量，应以能充满所有的球石空隙，并稍稍超过它为准。生产经验证明，当球石装入量为球磨机容积的45%~50%时，对提高单位时间的产量是有利的。
现在的球磨机规格越来越大，一般都在40t以上，同时由于材料的更新，一般都采用中铝球石和球衬，现代球磨机料、水、球石装填量应为球磨机有效容积的80%~90%，即填充系数为0.8~0.9，其中球石的填充量一般为有效积的45%~50%。
究竟多大的填充系数合适，各个厂家要自已试验决定。有专家曾经对40t球磨机使用不同球衬和不同球石使用量的球磨效果进行了对比，B厂使用8.5cm厚的球衬，球石和原料共82t，料：球：水的比例为1：0.95：1.5；C厂使用15cm厚的球衬，球石和原料共92 t，料：球：水的比例为1：1.05：0.5。而单位吨料生产成本B厂比C厂低得多，所以，控制浆面空高很重要，40t的球磨机浆面空高控制在65~75cm合适，大约是球磨机内的容积保持有15%左右的空隙。
浆面空高是生产过程控制的核心参预数，测量空高变化来补充球石。还有根据球磨主电机的电流变化补充球石。
四、球石的级配
从球磨机的粉磨过程来看，主要是物料受到球石的碰撞及球石表面对物料的碾压作用。根据这一粉磨过程，可通过提高球石与物料的接触面积来提高研磨效率。在球磨机内球石装填量一定的条件下，球石的尺寸越小，则数量越多，比表面积越大，物料的研磨效率越高，这就是所谓的“小球球磨原理”。当然球石不能太小，过小的球石被抛落时冲击力小，反而会导致球磨效率降低。在实际生产中，不能只用小球石，在粉碎粗物料时需要有较大的冲力，这就要求球石自身具有一定的大小与质量，即球石的尺寸大小也应根据被粉碎物料的粒径来确定。
有关试验认为，使用中铝球石和球衬的40 t球磨机，最佳球石配比为：30mm 20%~28%，40mm 32%~38%，50mm 25%~29% ，60mm12%~13%。
五、球磨机的转速
球磨机的转速与能耗直接相关。根据有关理论的推导，球磨机工作转速与临界转速比约等于0.76时具有较高的研磨效率。随着现代球磨机的不断大型化，所需动力越来越大，如果一味追求较高的研磨效率和较短的研磨周期，必将使能耗大幅跃升，这是很不经济的。为了维持经济与效率的平衡，理论设计和实际应用中在满足生产需求的前提下，应该适当降低球磨机的工作转速，减少功耗，同时将研磨效率和周期保持在合理的水平。过快和过慢的转速都不能产生好的效果。
关于球磨机的转速计算，有研究人员根据经验提出以下公式：
式中 n-----球磨机工作转速，r/min ；
D-----球磨机有效内直径，m（球磨机有效内直径指镶好内衬后的内直径）。
其计算结果基本满足生产实际需要。但是要注意，上面的公式只考虑球磨机直径，而工作转速还与下列因素相关：球石的种类、原料的性质、球磨机装料量、球石加入量等。因此，要根据实际情况确定转速。
六、料球比例
球磨机的料、球、水三者比例，对球磨机的运行效率有非常重大的影响。
对于料、水之间的比例，在生产中摸索出了泥浆相对密度与球磨时间的关系。当泥浆相对密度增大到1.72时，在较短的时间内便可完成对物料的研磨，此时球石对物料的研磨作用最强；当相对密度较小时，泥浆对球石的悬浮力较小，球石间物料少，此时主要是球石之间的研磨，难以对物料进行研磨，球石消耗大且易破碎；随着相对密度的增加，泥浆对球石的悬浮力增加，球石间的物料多，球石对物料的研磨作用增强；而当相对密度大于1.72时，泥浆黏度过大，泥浆与球石之间不能发生相对研磨。因此泥浆相对密度宜控制在1.68~1.72，对应含水率为33%~35%。
泥浆相对密度与球磨时间的关系
因为加水量取决于泥浆流动性的要求，为了节约能源，企业都是在保证泥浆流动性的前提下，尽可能降低泥浆的水分，以降低后续喷雾干燥工序的能耗。水分取决于配方中黏土原料的使用量和种类，以及所使用的减水剂的性能和加入量。一般企业的泥浆含水率在30%~35%，流动性在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
配料工序要严格按技术部门下达的配方配料。此外，要注意以下几方面的问题。
（1） 准确测定原料的含水率，定期测量原料的含水率。如果原料是露天堆放，则在下雨天要注意原料含水率的波动。
（2） 称量要准确。泥砂料的精度控制在20kg以内；减水剂的精度在0.25kg以内；水量容器精度在100L以内；色料的精度在0.1kg以内。
（3） 装料顺序。装料顺序一般如下：部分砂质料垫底，以利于皮带输送；量少的或易扬尘的料夹在中间；可塑性的黏土、部分砂质料在上面；搭配的回尾料在最上面。注意上料顺序尽量与料仓顺序一致。设置料仓时要考虑上料的顺序。
（4） 一定要有人监磅。验证称量是否正确，要求误差在10kg以内；料仓位置是否正确；所有原料是否混有杂物；是否把剩余的料放回原料仓；减水剂和加水量是否正确。
（二）泥浆检验
球磨机中的泥浆，经过检验合格后才能放浆。各环节的要求如下。
（1） 取浆
球磨机一停就要取样，在球体液面中央1/2深处取样约1kg。并测量球体至浆料面的空间距离，以决定是否补充球石。当停磨较长时间，应先开机转动10~30min，待球体内的浆料均匀后，才能抽取。
（2） 细度检测
测试前，先要搅拌均匀样品，再从中取样、检测。筛余的检测要统一按标准进行，不得随意进行，不要因操作员不同而有不同结果。把检测结果通知球磨机操作工，以决定是出浆还是加时球磨。
在出浆之前，一定要检测浆料的细度，检测合格后方可出浆。目前佛山大多数厂家细度控制在250目筛筛余0.7%~1.0%。细度控制避免走只控制上限而忽略下限的极端。不要出现过细现象。
八、泥浆除铁
在陶瓷原料的运输和粉碎过程中，由于机械设备的磨损，往往会混入若干细小的铁粉或含铁化合物，这些含铁杂质经高温煅烧后，一般呈黄色，会降低制品的白度和透明度，特别是比较粗的颗粒，烧后往往成为从褐色到黑色不等的斑点，严重影响制品的外观质量；由于资源的日益消耗，高品位矿源日趋枯竭，含铁杂质较多的中低档矿源已慢慢被利用；市场流行的产品对原料的白度要求越来越高，如聚晶微粉砖、雪花白砖等，对原料的铁杂质含量要求非常严格。因此，陶瓷厂原料加工过程中的除铁工序非常重要。
九、过筛与浆池管理
过筛需要引起注意的是，过筛处理时必须随时注意筛上料所占比例的变化和筛上料矿物化学成分的变化。有许多厂因原料硬度发生变化后，筛上料增多，导致泥浆成分发生变化，影响了坯体成分，最终坯料出了问题，造成后续工序的损失。
泥浆入浆池前，有两项重要的工作要做：过筛、除铁，主要目的是为了过滤粗粒、杂质。一般过80~100目筛，含铁量低于0.3%。除铁是非常重要的一个工序，绝对禁止未经除铁直接出浆入池，要有足够长度的除铁槽，或使用高效电磁除铁器，并且要经常清洗磁源。
下一期的建筑陶瓷基础知识讲堂预告：陶瓷原材料加工之喷雾干燥
