一、當(dāng)前低溫快燒陶瓷的節(jié)能概況
從目前世界范圍建筑衛(wèi)生陶瓷制品生產(chǎn)成本比率看，燃料費(fèi)用在生產(chǎn)成本中所占比率為最大，已經(jīng)在各國(guó)陶瓷行業(yè)的總能耗中達(dá)到40%以上。目前，全世界的建筑衛(wèi)生陶瓷工業(yè)的發(fā)展一直受到高能耗的制約。由于近20年來(lái)油、電、燃?xì)饧懊禾康膬r(jià)格持續(xù)上漲，也遏制著陶瓷業(yè)的發(fā)展速度。的確國(guó)內(nèi)許多陶瓷企業(yè)由于能耗成本居高不下，導(dǎo)致產(chǎn)品價(jià)格上揚(yáng)，降低了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力還有一些企業(yè)由于能源價(jià)格上揚(yáng)，無(wú)法承擔(dān)較高的產(chǎn)品成本而瀕臨破產(chǎn)在國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家，一些企業(yè)由于無(wú)法消化能源價(jià)格高漲的成本問題，而逐漸縮小陶瓷生產(chǎn)，或者盡量到發(fā)展中國(guó)家去建廠。
現(xiàn)在，陶瓷行業(yè)節(jié)能的主要努力方面是降低燒成溫度與縮短燒成周期。從20世紀(jì)70年代以來(lái)，建筑衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品的燒成溫度有了大幅度的下降，從而節(jié)約了許多寶貴的能源，得以保證了工業(yè)陶瓷持續(xù)、穩(wěn)定的發(fā)展。如20世紀(jì)70年代前，衛(wèi)生陶瓷燒成溫度為1300℃，到了90年代以下降為1150℃-1200℃。釉面磚素?zé)郎囟扔?180℃下降到1050℃-1100℃，釉燒溫度由1080℃下降為1020℃。硬質(zhì)日用瓷由1400℃下降為1300℃-1350℃。炻器燒成由1350℃下降為1220℃-1250℃。骨質(zhì)瓷素?zé)郎囟扔?180℃下降為1100℃-1150℃。耐火材料硅磚由1400℃下降為1300℃-1340℃。從以上降低燒成溫度成果看，衛(wèi)生瓷燒成溫度下降了100℃-140℃，日用瓷磚下降了70℃-120℃，釉面瓷磚下降了70℃-130℃等等。由此看來(lái)，在瓷磚煉成的過程中，取得的節(jié)能效果是十分顯著的。
在推進(jìn)快燒與縮短燒成周期方面，過去國(guó)內(nèi)的衛(wèi)生瓷燒成周期需要時(shí)間長(zhǎng)達(dá)40小時(shí)，現(xiàn)已普遍降低為10小時(shí)左右。釉面磚燒成周期由過去幾十個(gè)小時(shí)，下降為3-4小時(shí)左右。由于采用低溫快燒工藝，在建筑衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品領(lǐng)域取得的成績(jī)最為顯著。由于大大降低陶瓷產(chǎn)品燒成溫度與縮短燒成周期，節(jié)能效果顯著，也在很大程度上降低了能耗成本。其中采用低溫陶瓷原料在生產(chǎn)工藝中發(fā)揮了極其重要作用。因此，低溫?zé)傻奶沾僧a(chǎn)品其關(guān)鍵在于開發(fā)與利用低溫陶瓷原料，以保證實(shí)現(xiàn)低溫快燒生產(chǎn)工藝。
應(yīng)該說幾十年來(lái)低溫快燒工藝的研究促進(jìn)了陶瓷節(jié)能工作的進(jìn)展。目前各國(guó)陶瓷研究機(jī)構(gòu)已成功篩選出許多種低溫陶瓷原料及低溫熔劑原料。現(xiàn)在已知可用作低溫?zé)膳黧w原料的常規(guī)陶瓷礦物原料有硅灰石、透輝石、透閃石、絹云母粘土、葉蠟石、珍珠巖等。現(xiàn)作簡(jiǎn)要介紹如下。
二、幾種常用的低溫陶瓷原料
以下簡(jiǎn)單介紹一下常用的低溫陶瓷原料，其中多種已應(yīng)用于建筑衛(wèi)生陶瓷的坯料中，取得良好的節(jié)能效果。有的已經(jīng)進(jìn)行過多次試驗(yàn)，并且顯示出良好的工業(yè)價(jià)值，是將來(lái)很有開發(fā)利用前途的低溫快燒陶瓷原料種類。
1、硅灰石原料
硅灰石屬于硅酸鈣礦物。自然界中的硅灰石主要存在于不純的石灰?guī)r與酸性巖漿巖的接觸變質(zhì)帶內(nèi)。在火成巖的富鈣片巖中亦可見到。與硅灰石原料伴生的礦物還有透輝石、石榴子石、方解石及石英等。均屬工業(yè)陶瓷可以采用的原料種類。
硅灰石理論化學(xué)成分為sio250.70%,cao48.30%。20世紀(jì)70年代中期，我國(guó)湖北省大冶及陽(yáng)新地區(qū)最先發(fā)現(xiàn)硅灰石礦，其實(shí)際化學(xué)成分為：sio250.23%,cao44.9%fe2o3為0.29-1.23%�；瘜W(xué)成分與美國(guó)、日本等國(guó)的成分基本相同。硅灰石具有良好的熱膨脹特性，它的熱膨脹系數(shù)隨溫度增加，呈現(xiàn)直線性上升，因此，非常有利于快速燒成的工藝要求。（硅灰石平均熱脹系數(shù)為6.30/1000000每攝氏度在室溫-200℃之間）。此外，硅灰石熔點(diǎn)溫度比較低，為1540℃，尤其在硅灰石與瓷坯中的堿-堿土成分結(jié)合時(shí)能進(jìn)行較低溫?zé)�。這一特點(diǎn)也是后來(lái)引起陶瓷界，尤其建陶工業(yè)非常重視的主要緣故。一般在坯料中摻入10-20%的硅灰石取代長(zhǎng)石、石英時(shí)，可將陶瓷制品的燒成溫度下降80℃-120℃。
硅灰石還具有獨(dú)特的工藝性能，如使用硅灰石原料后，可以有效的減少坯體收縮率。而且能夠降低坯體的吸濕膨脹，防止陶瓷坯體的后期干裂等。含硅灰石的坯體還具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和較低的介電損失。引入硅灰石的坯體，在燒結(jié)過程中成熟速度加快，可以在十幾分鐘至幾十分鐘內(nèi)使坯體成熟，大大降低了單位制品的熱損耗，其燒成周期也從過去的90小時(shí)，下降為僅僅50分鐘。硅灰石最先引入到釉面磚坯料配方中，使面磚的燒成熱能損耗由3600大卡/公斤，下降為1850大卡/公斤制品。除釉面磚外，硅灰石原料近年來(lái)已擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。其節(jié)能降耗的效果，已為陶瓷業(yè)界人士有目共睹。
2、透輝石原料
透輝石屬于硅酸鎂-硅酸鈣鐵類質(zhì)同象系列中的礦物。它常與磁鐵礦及其它含鐵礦物共生，礦物特性為淺綠色短柱狀晶體。透輝石的化學(xué)組成為鈣、鎂、硅的氧化物組成，其化學(xué)分子式為cao’mgo’2sio2。透輝石的理論化學(xué)組成為：氧化鈣25.8%，氧化鎂18.5%，二氧化硅55.7%。其實(shí)例有我國(guó)吉林省透輝石礦主要化學(xué)成分為：二氧化硅51.6%-45.71%，氧化鋁3.52%-7.29%，氧化鐵2.69%-0.27%，二氧化鈦0.13%-0.1%，氧化鈣23.78%-19.98%，氧化鉀和氧化鈉0.96%-0.63%。
透輝石的熱膨脹系數(shù)與硅灰石大體相同，從下表列出的熱膨脹系數(shù)來(lái)看，也是非常適合低溫快燒工藝的優(yōu)質(zhì)陶瓷原料。透輝石具有的熔劑性質(zhì)也很獨(dú)特，如其開始變化溫度為1170℃，軟化溫度為1280℃，熔融溫度為1290℃，軟化溫度范圍為110℃，熔融溫度范圍則為10℃。鑒于此透輝石與硅灰石同樣可以有效的減少陶瓷制品坯體的收縮率。引入有透輝石原料的面磚產(chǎn)品，其坯體的總收縮（包括干燥收縮與燒成收縮）僅為0.2%=0.4%。配入透輝石的瓷磚坯體同樣可以降低坯體的吸濕膨脹，杜絕釉面磚使用的后期龜裂缺陷，保證使用質(zhì)量。
作為優(yōu)秀的低溫快燒原料，引入透輝石的建筑陶瓷制品，其燒成溫度極低，僅為980℃-1020℃左右，較之硅灰石坯體的燒成溫度還要降低100℃左右。因此，將來(lái)擴(kuò)大透輝石原料的使用范圍，將具有更大的節(jié)能降耗效果，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。
3、珍珠巖原料
珍珠巖屬于一種酸性火山巖漿噴發(fā)的玻璃質(zhì)熔巖。在珍珠巖內(nèi)常含有一些透長(zhǎng)石、石英的斑晶微晶及各種形態(tài)的雛晶及穩(wěn)晶礦物等，如角閃石剛、葉蠟石、黑云母等等。珍珠巖的化學(xué)組成范圍一般為二氧化硅68-75%，氧化鋁9-14%，氧化鐵0.5-4%，二氧化鈦0.13-0.2%，氧化鎂0.4-1%，氧化鈣1-2%，氧化鈉2.5-5%，氧化鉀1.5-4.5%，水3-6%。珍珠巖的氧化與熔融溫度為：開始收縮溫度為1025℃，軟化溫度為1175℃，熔融溫度大于1500℃，軟化溫度范圍為150℃，熔化溫度范圍為325℃。
從上述數(shù)據(jù)來(lái)看，珍珠巖開始收縮的溫度比長(zhǎng)石低120℃，軟化溫度低75℃，軟化范圍加寬95℃。由于這些特性，珍珠巖在陶瓷制品燒成中可以大大降低燒成溫度，改進(jìn)燒結(jié)的質(zhì)量。通過進(jìn)一步深入研究，珍珠巖還有一種特性，即含有珍珠巖的陶瓷坯體中，莫來(lái)石晶體形成較早，從而有利于燒結(jié)過程的展開。這樣一來(lái)，含珍珠巖坯體除具有與長(zhǎng)石-石英-黏土（高嶺礦物）三元系坯體配方相同的工藝特性之外，還能降低燒成溫度（從原來(lái)的1280℃降低為1180℃-1160℃），并且具有良好的熱穩(wěn)定性。
三、目前國(guó)內(nèi)低溫陶瓷原料的儲(chǔ)藏與開發(fā)利用現(xiàn)狀
通過幾十年的勘探與陶瓷原料普查，證明我國(guó)低溫陶瓷原料儲(chǔ)藏非常豐富。一是種類多，二是儲(chǔ)藏量大。如硅灰石礦分布在湖北大冶、遼寧鐵嶺、吉林延邊與盤石等地，儲(chǔ)量都比較多，此外福建省、江西省、安徽省及湖南河北等地都有發(fā)現(xiàn)，有已經(jīng)開采利用多年。透輝石礦主要分布在東北地區(qū)的吉林省及黑龍江省，其礦產(chǎn)儲(chǔ)量都在400萬(wàn)噸-500萬(wàn)噸以上。至于珍珠巖礦資源，更為豐富，全國(guó)各地均有發(fā)現(xiàn)，早已開采利用多年。如遼寧法庫(kù)、建平縣，內(nèi)蒙古包頭、山西靈邱縣、吉林九臺(tái)縣、黑龍江穆棱縣及河南信陽(yáng)地區(qū)等。有的儲(chǔ)量高達(dá)數(shù)億噸。這些豐富的儲(chǔ)存都為推廣低溫快燒陶瓷工藝，提供了物質(zhì)條件。
近20年來(lái)，我國(guó)陶瓷行業(yè)在采用低溫陶瓷原料，節(jié)約能耗與縮短燒成周期方面，取得許多成果，但仍然有許多不盡人意之處。我國(guó)陶瓷企業(yè)產(chǎn)品燒成溫度仍然普遍高于國(guó)外先進(jìn)企業(yè)，能耗及產(chǎn)品成本也高于國(guó)外同行。有許多實(shí)踐證明了的成熟的工藝技術(shù)，尚未大規(guī)模普及與推廣。近年來(lái)，又相繼開發(fā)與研制成功更多種類的低溫陶瓷原料，如透閃滑石、鋰云母、鈣長(zhǎng)石、透閃巖，高云母量葉臘石等，更需要普及與推廣。隨著低溫快燒工藝水平的普及與提升，我國(guó)陶瓷工業(yè)的整體素質(zhì)與效益將有較大改觀，產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力也會(huì)大大加強(qiáng)。
