一、前言
鉆英石基陶瓷顏料是以ZrSiO4晶體為基體的陶瓷色料,具有優(yōu)異的性能,如在各類釉中顯色穩(wěn)定、鮮艷、高溫穩(wěn)定性好、耐化學(xué)侵蝕,能與很多種其它種類的色料配色,混溶性好等優(yōu)點。根據(jù)色元素在ZrSiO4基體中的不同狀態(tài),可以分為固溶體型如鉻釩藍、鋯譜黃和包裹型如鋯鐵紅兩類。鋯英石顏料是基于ZrO2和SiO2合成ZrSiO4的機理而形成。傳統(tǒng)的方法是以氧化鋯和石英為基本生產(chǎn)原料,由于使用昂貴的氧化鋯為原料,使得鋯英石顏料成本很高。本實驗直接利用鋯英砂這種較為廉價的原料,替代氧化鋯和石英,直接合成鋯英石基顏料——鋯釩藍、鋯鐠黃、鋯鐵紅。
二、原理
鋯釩藍、鋯鐠黃是在ZrSiO4形成過程中分別由V4+和Pr4+。占據(jù)ZrSiO4中Zr4+。的位置,進入ZrSiO4晶格而呈色。鉻鐵紅是ZrSiO4的晶體內(nèi)包裹Fe2O3而呈色。為了降低合成溫度和使更多著色離子進入ZrSiO4晶格而選用適量的氯化鈉和氟化鈉作為礦化劑。
由于鋯英石中ZrSiO4結(jié)合的化學(xué)鍵非常牢固,晶體結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定,著色離子無法直接進入其中而顯色。要想使著色離子進入鋯英石晶體,必須便ZrO2和SiO2實現(xiàn)分離,然后在其重新合成鋯英石的過程中使著色離子進入晶體而呈色。
本實驗以NaCO3,和鋯英石為原料,使鋯英石在高溫下分解,再用硫酸對其分解產(chǎn)物進行中和處理,化學(xué)反應(yīng)式如下ZrSi04+Na2CO3,=Na2SiZrO5+CO2(1)其中部分Na2SiO5用硫酸處理生成ZrO2)xSO3。Na2SiZrO5+ZrO2xSO3+SiO2=(X+1)ZrSiO4+Na2SO4(2),在(2)反應(yīng)進程中添加著色離子pr4+、V4+生產(chǎn)鐠黃、天藍。
三、實驗過程
1、將磨細的鋯英石約300M與大致等當量的Na2CO3,(當量比為11.0~2.0混合均勻,混合物煅燒至1050~1100℃保溫1~2小時。
2、將煅燒分解物置于水中,制成懸浮液,接著往懸浮液中添加98%的硫酸。添加酸后原先具有自由流動性的混合物緩慢硬化,最后則完全固化。為了保證質(zhì)量,必須將酸混合均勻,可將適量的各成分連續(xù)或者間歇引入,并要在盡量縮短湍流的時間內(nèi)進行混合。
3、將上述固化物預(yù)先干燥之后,加適量的NaF、V2O3NH4VO3制成天藍,煅燒溫度在900~1150℃;加適量的NaF、Pr6O11制成鐠黃,煅燒溫度在900~1150℃;加適量的NaF、Fe2O3制成鋯鐵紅,煅燒溫度在900~1150℃。
四、實驗結(jié)果與討論
l、鋯英砂的細度對合成天藍、鐠黃的影響很大,鋯英砂與Na2CO3比例也是,最佳比例為11.2~1.5。
2、固化物添加NaF與著色氧化物的比例,通過實驗,最佳是
天藍 NaF 5wt% V2O5 3wt%
鐠黃 NaF 5wt% Pr11O5 3.5wt%
鋯鐵紅 NaF 6wt% Fe2O3 8wt%
五、結(jié)論
1、利用鋯英砂能夠合成性能優(yōu)異的鋯英石基陶瓷顏料,其中鋯釩藍、鋯鐠黃呈色效果與傳統(tǒng)產(chǎn)品基本相同,鋯鐵紅呈色效果稍差。
2、通過實驗,確定了利用鋯英砂合成鋯英石基陶瓷顏料的工藝制度。
3、用鋯英石合成鋯基陶瓷顏料的方法與ZrO2、SiO2合成法相比,每噸顏料大概能降低成本4000-5000元,具有很好的經(jīng)濟效益。