鋯英粉合成鋯英石基陶瓷顏料技術(shù)
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(diǎn)。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(lán)、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(jī)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(shí)驗(yàn)直接利用鋯英砂這種較為廉價(jià)的原料，替代氧化鋯和石英，直接合成鋯英石基顏料——鋯釩藍(lán)、鋯鐠黃、鋯鐵紅。
二、原理
鋯釩藍(lán)、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(jìn)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(jìn)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(jìn)入其中而顯色。要想使著色離子進(jìn)入鋯英石晶體，必須便ＺｒＯ２和ＳｉＯ２實(shí)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(jìn)入晶體而呈色。
本實(shí)驗(yàn)以ＮａＣＯ３，和鋯英石為原料，使鋯英石在高溫下分解，再用硫酸對(duì)其分解產(chǎn)物進(jìn)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(jìn)程中添加著色離子ｐｒ４＋、Ｖ４＋生產(chǎn)鐠黃、天藍(lán)。
三、實(shí)驗(yàn)過程
１、將磨細(xì)的鋯英石約３００Ｍ與大致等當(dāng)量的Ｎａ２ＣＯ３，（當(dāng)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(shí)。
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(dòng)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(shí)間內(nèi)進(jìn)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(lán)，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(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
ｌ、鋯英砂的細(xì)度對(duì)合成天藍(lán)、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(shí)驗(yàn)，最佳是
天藍(lán) 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(lán)、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(shí)驗(yàn)，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(jì)效益。
