钻英石基陶瓷颜料是以ZrSiO4晶体为基体的陶瓷色料,具有优异的性能,如在各类釉中显色稳定、鲜艳、高温稳定性好、耐化学侵蚀,能与很多种其它种类的色料配色,混溶性好等优点。根据色元素在ZrSiO4基体中的不同状态,可以分为固溶体型如铬钒蓝、锆谱黄和包裹型如锆铁红两类。锆英石颜料是基于ZrO2和SiO2合成ZrSiO4的机理而形成。传统的方法是以氧化锆和石英为基本生产原料,由于使用昂贵的氧化锆为原料,使得锆英石颜料成本很高。本实验直接利用锆英砂这种较为廉价的原料,替代氧化锆和石英,直接合成锆英石基颜料——锆钒蓝、锆镨黄、锆铁红。
二、原理
锆钒蓝、锆镨黄是在ZrSiO4形成过程中分别由V4+和Pr4+。占据ZrSiO4中Zr4+。的位置,进入ZrSiO4晶格而呈色。铬铁红是ZrSiO4的晶体内包裹Fe2O3而呈色。为了降低合成温度和使更多着色离子进入ZrSiO4晶格而选用适量的氯化钠和氟化钠作为矿化剂。
由于锆英石中ZrSiO4结合的化学键非常牢固,晶体结构非常稳定,着色离子无法直接进入其中而显色。要想使着色离子进入锆英石晶体,必须便ZrO2和SiO2实现分离,然后在其重新合成锆英石的过程中使着色离子进入晶体而呈色。
本实验以NaCO3,和锆英石为原料,使锆英石在高温下分解,再用硫酸对其分解产物进行中和处理,化学反应式如下:ZrSi04+Na2CO3,=Na2SiZrO5+CO2(1)其中部分Na2SiO5用硫酸处理生成ZrO2xSO3。Na2SiZrO5+ZrO2xSO3+SiO2=(X+1)ZrSiO4+Na2SO4(2),在(2)反应进程中添加着色离子pr4+、V4+生产镨黄、天蓝。
三、实验过程
1、将磨细的锆英石约300M与大致等当量的Na2CO3,(当量比为11.0~2.0混合均匀,混合物煅烧至1050~110
2、将煅烧分解物置于水中,制成悬浮液,接着往悬浮液中添加98%的硫酸。添加酸后原先具有自由流动性的混合物缓慢硬化,最后则完全固化。为了保证质量,必须将酸混合均匀,可将适量的各成分连续或者间歇引入,并要在尽量缩短湍流的时间内进行混合。
3、将上述固化物预先干燥之后,加适量的NaF、V2O3、NH4VO3制成天蓝,煅烧温度在900~115
四、实验结果与讨论
l、锆英砂的细度对合成天蓝、镨黄的影响很大,锆英砂与Na2CO3比例也是,最佳比例为11.2~1.5。
2、固化物添加NaF与着色氧化物的比例,通过实验,最佳是
天蓝 NaF5wt% V2O53wt%
镨黄NaF5wt% Pr11O53.5wt%
锆铁红NaF 6wt% Fe2O38wt%
五、结论
1、利用锆英砂能够合成性能优异的锆英石基陶瓷颜料,其中锆钒蓝、锆镨黄呈色效果与传统产品基本相同,锆铁红呈色效果稍差。
2、通过实验,确定了利用锆英砂合成锆英石基陶瓷颜料的工艺制度。
3、用锆英石合成锆基陶瓷颜料的方法与ZrO2、SiO2合成法相比,每吨颜料大概能降低成本4000-5000元,具有很好的经济效益。
参考文献
l、华南理工大学《陶瓷工艺学》,北京中国建筑工业出版社,1981年。
2、俞康泰,《现代陶瓷色釉料与装饰技术手册》,1999年。