石英砂作为陶瓷原料的研究

石英砂是一种天然风化的硅质砂灰石,一般含SiO293%以上,呈颗粒状、颗粒大小为0．05～0．5毫米。无胶结物的石英砂具有不规则形状和不整齐边缘，彼此齿状结合紧接，如有胶结物的石英砂颗粒是圆的和带角的，是蛋白石及正绿方石英，它们以复膜形态包围石英颗粒；从宏观构造看很致密，色彩呈浅灰深灰色，断口常呈贝壳状，坚硬。各地的石英砂稍有差别，但相差不大。

化学组分为：SiO2 93～99%。个别达到99.9%
Al2O3 0.15—2% Fe2O3 0.2—1.5% CaO 15—1.5%
比重2.30—2.65

目前，石英砂应用在陶瓷工业中作原料最大的难题是烧成时制品膨胀收缩太大容易开裂。为此，我们对这个问题进行了研究，发现解决这个难题是：烧成的石英砂颗粒组成因素是主要原因。

石英砂只有致密的砂石颗粒才能应用到陶瓷原料，因为只有这种石英砂石才能制造在烧成时完全热稳定的生坯及具有致密的陶瓷坯体。而热稳定性又取决于石英砂的膨胀的开始温度,温度对于不同的石英砂是不同的，一般在1150-1225℃，这个温度较低，生坯形成裂纹的倾向愈大，这是由于坯体中不存在缓和应力的液相，或者存在液相但其粘性很高。烧成时激烈膨胀开始温度低于1150℃时的热稳性差，在大于1150-1225℃时，烧成热稳定性好，大于1225℃以上烧成时，高度稳定性好。

对于石英砂的技术评价必须是在试验后所测定的性质而决定，主要看生坯在窑炉中烧成的状况。好的生坯在烧成时就抵抗破裂，剧烈膨胀的开始点低于1120-1150℃，坯料断面致密,反之则生坯在烧成时不抵抗破裂,剧烈膨胀开始点低于1150℃，生坯料略显烧结或砂状、松散、气孔率高、强度低，在不同的石英砂配料中，生坯的激烈膨胀开始 温度，是由加入配料中粗颗粒部分的石英砂所决定。对在同一种石英砂中其激烈膨胀开始温度又取决于石英砂粉末的颗粒组成、颗粒愈粗，此温度就愈低。在烧成时的膨胀不相同的一般波动在0.139—0.357%的范围内。在每一类石英砂中，其显微结构愈粗，这种膨胀就愈大，因为细颗粒有较好的流动性，且膨胀比较粗颗粒更容易被生坯中的气孔所消除。在烧成时生坯中同时进行着两个过程，一是由于粗颗粒度而造成的松软，和细颗粒转变而引起的烧结，细颗粒部分，特别是﹤0.0880毫米部分，在生坯中是促进生坯烧结的活性最大的体现者，因此，为了合理地降低 陶瓷制品在烧成时的膨胀,采用颗粒组成较细的粉末制造产品十分有利。

在颗粒组成较细的制品液料中,有部分石英转变为鳞石英。获得的方石英数量较少，对于不同颗粒组成的液料，它们的比重也有不同，其比重也与颗粒组成部分有关，颗粒细其比重越大，气孔率也越小，在最小0.088毫米筛分的含量，气孔率可最小，并可获得致密的制品。结晶物体的颗粒在超过一定的粉碎程度后，在同一温度下，溶解度就越大，晶格已改变或变形，溶解度就提高，形成饱和的溶液,当晶体继续粉碎到一定极限时，在每一个晶体相当大的一部分容积中发生晶变形,并且由此对非常细碎的晶体是饱和的溶体；对于较粗的晶体来说则是过饱和，然后呈鳞石英形态从熔体中结晶出来，在1000～1450℃区间，鳞石英是最稳定的形态。

粗颗粒在不同程度上进行上述再结晶作用，因为粗颗粒在燃烧中过程会裂开，熔体会渗入这些裂缝中，鳞石英从熔体中结晶出来的同时，石英颗粒还起着方石英的作用，由于在低于1470℃的温度下制品的燃烧中有一部分方石英也熔解在熔体中，并且随后结晶成为鳞石英。在制品坯体中，大约有50-70%的石英转变为鳞石英，没转化的微粒也与方石英连成一片。在煅烧时，生坯的总膨胀取决于石英转变为鳞石英和方石英的程度。从烧成曲线上看，在接近石英转变效应的温度573℃时，温度的上升速度应该减慢，在700-1250℃之间，只要保证生坯加热均匀，可以尽快地升温，此后升温速度应该逐渐减低，直到烧成的止火温度为止。

从目前石英砂矿物来看，氧化硅的含量在90%以上都可以使用，而且矿物呈粉末形态，杂质含量少，绝大部分本身已具备陶瓷生坯料的细度；但从原矿细度组成来看，仍然需要再加工粉碎筛选、分级；从配料来看，调节石英砂颗粒细度可以减少制品的膨胀收缩变形。由于石英砂毫无粘性，因此在成型中还应增加塑性材料。从试验来看，石英砂制成的泥料应该具有颗粒细度组成：最大颗粒不能超过4-5毫米，含量不能大于1%，在3-2毫米的颗粒中的含量为12-15%，小于0．5毫米的含量为40-50%，小于0.088毫米的含量在35-40%。在陶瓷的制品中，利用石英砂使原材料可以降低粉碎费用及提高耐火度是有利的，加入量的多少数量取决于石英砂的颗粒组成，可以在25-40%的范围内变动。

据资料介绍，我国石英砂矿藏资源比较丰富，在江西、湖南、浙江和广东等省其储量都在千万吨以上。而且，石英砂氧化硅含量高，含有害杂质少，稍为加工后的细度符合生产工艺要求。在应用上发生坯料膨胀收缩大，制品易开裂。只要我们掌握了石英砂在配料中的粗细颗粒组分就可以避免这个问题的出现。所以，我们只要掌握了石英砂的细度和工艺制作要求，石英砂完全可以作为陶瓷原料来应用。（谢建忠）