馬小鵬 劉西民 楊中英 魯雅文 翟軍浩 馬欣彤

(1 咸陽陶瓷研究設計院 陜西 咸陽 712000)(2 西安建筑科技大學華清學院 西安 710043)

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延安紫砂原料評價及制陶試驗(Ⅰ)
——延安紫砂原料的特性與評價

馬小鵬1劉西民1楊中英1魯雅文1翟軍浩1馬欣彤2

(1 咸陽陶瓷研究設計院 陜西 咸陽 712000)(2 西安建筑科技大學華清學院 西安 710043)

通過對延安市21種原料的采集、原始塊狀煅燒試驗、物理性能測試、化學成分、燒成性能、礦物組成的分析、綜合判定和評價，得出延安紫砂原料性能良好、儲量豐富，適合于生產(chǎn)紫砂器類的日用陶器、藝術陶器。由系列物理化學性能測試結(jié)果得到：寶塔區(qū)川口鄉(xiāng)田嶗的紫砂矸YR-2、李渠鎮(zhèn)曹家溝的灰矸YR-5、李渠鎮(zhèn)姬莊的黃矸YR-6和富縣蓮花池大壩的粒狀紫砂FR-1、茶坊西溝門的紫砂土FR-5，這5種原料性能良好， 其中以RY-2和FR-1性能最為優(yōu)良，是進行制陶試驗的首選原料。

延安紫砂土 測試 評價

2014年8月，中國建材咸陽陶瓷研究設計院受延安市有關單位委托，對陜西省延安市的寶塔區(qū)、志丹縣、富縣的陶瓷原料進行了有針對性的樣品采集，實際取樣礦點共計21處，其中志丹縣8處、寶塔區(qū)8處、富縣5處，每個礦點取樣約100 kg，將采集下的原料運回咸陽陶研院進行分析測試并開展制陶試驗。本次采集原料地點的選取是在總結(jié)已開展過工作的基礎上優(yōu)選出來的，得到了寶塔區(qū)及兩縣相關部門的大力支持。

1 原料概況及取樣礦點

寶塔區(qū)的陶瓷原料以紫砂、粘土、砂巖、黃土為主。主要分布在羅家坪、川口田嶗、李渠鎮(zhèn)、梁村、瓷窯溝、蟠龍一帶。整個區(qū)域內(nèi)均有適合生產(chǎn)陶瓷用不同品質(zhì)的粘土原料。志丹縣的陶瓷原料以白云巖質(zhì)粘土、紫砂、砂巖、黃土為主。礦區(qū)主要分布在木長嘴一帶，主要為頁巖、陶土、砂巖和紅膠泥；任坪村一帶主要為白膠泥和紅膠泥；金鼎地區(qū)主要為白云巖質(zhì)白膠泥和紫砂巖；紅砂在全縣范圍內(nèi)均有分布。富縣陶瓷原料在蓮花池大壩和城南攪拌站主要為紫砂土，另有煤系高嶺礦物。

表1 志丹縣境內(nèi)原料取樣信息

具體取樣信息情況見表1、表2和表3。

表2 寶塔區(qū)境內(nèi)原料取樣信息

表3 富縣境內(nèi)原料取樣信息

2 原料適應性試驗

原料適應性試驗是指將采集的原料進行煅燒及部分物理性能測試工作，取得各種數(shù)據(jù)，并由此初步判斷該原料是否可用。

2.1 原料原始狀態(tài)煅燒試驗

對所取的原料觀察其外觀特征，并對樣品在原始狀態(tài)下進行煅燒性能試驗。粗選時先對表面明顯含有鐵雜質(zhì)的原料予以揀出和剔除，對通過表觀認可的原料分別進行以下試驗。

表4 志丹縣塊狀(粒狀)原料煅燒后直觀性狀

表5 寶塔區(qū)塊狀(粒狀)原料煅燒后直觀性狀

表6 富縣塊狀(粒狀)原料煅燒后直觀性狀

首先對所取樣品直接觀察其初始外觀，然后在燒成溫度分別為1 130 ℃、1 160 ℃時，保溫20 min，煅燒后觀察顏色、燒結(jié)、外觀等狀態(tài)。依據(jù)樣品燒后的顏色、燒結(jié)程度、適應溫度范圍、尺寸變化等指標，判斷篩選出可以使用的種類。不同地區(qū)原始塊狀(粒狀)原料的外觀及煅燒后性狀分別見表4、表5和表6。

通過對三地原料煅燒試驗進行觀測，志丹縣原料燒后呈色欠佳，不能滿足日用紫砂器的呈色；寶塔區(qū)和富縣的原料YR-2、YR-5、YR-6、FR-1、FR-5這種類呈色較好。全面觀察21種原料的初步煅燒試驗結(jié)果，呈色大部分為土黃、棕色，可以確定，在日用陶瓷、藝術陶瓷方面開發(fā)研制紫砂器類產(chǎn)品最適合此類原料的特性。

2.2 原料的部分物理性能

每種原料的可塑性、干燥強度、線收縮率是重要的物理性能。只有了解并掌握這些參數(shù)才能設計出性能良好的泥料配方，這也是技術人員衡量判斷該原料優(yōu)劣、是否有利用價值的重要參數(shù)之一。

可塑性指數(shù)采用常規(guī)標準方法進行測試；干燥線收縮率采用試條法進行測試；干燥強度采用試條法進行測試，在105 ℃干燥24 h后,在室溫條件下測試其抗折強度。

表7 志丹縣原料部分物理性能

原料的可塑性、干燥收縮、干燥強度的物理性能測試結(jié)果分別見表7、表8和表9。

表8 寶塔區(qū)原料部分物理性能

表9 富縣原料部分物理性能

2.3 原料的燒成性能

原料的燒成性能是初步判斷其能否使用的基本參數(shù)，是對原始狀態(tài)下煅燒性能的進一步接近試制樣品的驗證。通常由燒結(jié)程度(吸水率)、是否出現(xiàn)鏡面(燒結(jié)出現(xiàn)液相)、燒后呈色狀態(tài)優(yōu)劣、試片變形程度等指標來判斷，因此測試原料的燒成性能非常重要。

先將原料打粉過60目篩，然后加水制泥、陳腐、均化，用特制的模具和獨特方法制成厚度均勻的方片狀試樣，打線作標記，烘干。先測定干燥線收縮率，然后放入電爐中進行燒成性能測試。燒成升溫速度為3.0 ℃/min，燒成溫度分別為1 130 ℃、1 160 ℃,保溫時間均為20 min，自然冷卻。降至室溫時取出觀察外觀呈色、變形等，并測定吸水率和燒成收縮率。

通過每種溫度下的燒成線收縮率、樣品吸水率等性能進行測試，選擇燒成溫度范圍寬、燒成收縮率小、吸水率低的原料作為配方原料，為制定性能達到紫砂器標準要求的配方提供工藝參數(shù)。

不同地區(qū)原料的燒成收縮率、吸水率等性能測試結(jié)果分別見表10、表11和表12。

從燒成性能參數(shù)結(jié)果分析可知，志丹縣土類原料除ZR-8為淺黃白色土外，普遍表現(xiàn)出燒后呈色欠佳、燒結(jié)范圍窄的缺點；寶塔區(qū)和富縣的原料YR-2、YR-5、YR-6、FR-1、FR-5這5種原料呈色好、燒成范圍寬、收縮變化率小。

表10 志丹縣原料制樣燒成性能

表11 寶塔區(qū)原料制樣燒成性能

續(xù)表11

表12 富縣原料制樣燒成性能

3 原料的化學、礦物成分分析

3.1 原料的化學分析

對采選的原料樣品進行化學成分全分析，結(jié)果見表13、表14和表15。

表13 志丹縣原料化學成分(質(zhì)量%)

按紫砂器原料要求，志丹縣的幾種原料中鋁、鐵含量普遍較低，ZR-9原料雖然鋁、鐵含量適宜，但鈣、鎂含量較高，嚴重影響呈色與燒結(jié)范圍而不可用。寶塔區(qū)的原料中YR-2、YR-5、YR-6原料中的鋁、鐵含量較高，鈣、鎂含量較低，尤以YR-2化學成分最優(yōu)；富縣的原料中FR-1、FR-5的化學成分均符合紫砂器要求，燒后呈色FR-1略比FR-5好，因此選擇FR-1較為理想。

化學成分與燒后呈色存在一定的相關性，尤其和硅、鋁、鐵、鈣、鎂幾種氧化物的含量相關性最高，這種特性在本實驗中表現(xiàn)得較為明顯。

表14 寶塔區(qū)原料化學成分(質(zhì)量%)

表15 富縣原料化學成分(質(zhì)量%)

3.2 原料的礦物組成分析

采用日本島津公司(Shimadzu)的X-射線衍射儀XRD-6000，對各種原料進行礦物組成和含量分析。由分析結(jié)果可知，大部分原料的礦物類型和含量相近，都是以石英含量為主，同時含有伊蒙混層、伊利石、綠泥石、高嶺石、少量長石、少量方解石的混合礦物組成，主物相為石英-伊蒙混層-高嶺石-赤鐵礦系。與宜興紫砂原料相比較，主礦相基本相同。在擬定配方時盡可能選擇高嶺石、伊蒙混層、石英、赤鐵礦等礦物含量高的原料。如寶塔區(qū)川口鄉(xiāng)田嶗的紫砂矸YR-2和富縣蓮花池大壩的粒狀紫砂FR-1。

由于X-衍射譜線圖繁多，大部分結(jié)果相近，因此在此僅列舉制陶試驗時用到的兩種原料YR-2、FR-1的譜線和礦物類型與含量。

礦物含量:石英：58%；伊蒙混層+伊利石：33%；高嶺石：6%；赤鐵礦：2.5%；銳鈦礦：0.5%圖1 寶塔區(qū)川口鄉(xiāng)田嶗紫砂矸YR-2 XRD譜線與礦物含量

礦物含量：石英：58%；伊蒙混層+伊利石：34%；高嶺石：5%；赤鐵礦：2%；銳鈦礦：0.5%；方解石：0.5%圖2 富縣蓮花池大壩粒狀紫砂FR-1 XRD譜線與礦物含量

4 結(jié)語

通過對延安市21種原料的原始塊狀煅燒試驗和化學成分分析得出，寶塔區(qū)、富縣的部分原料適宜生產(chǎn)制造紫砂器類的日用陶瓷、藝術陶瓷。志丹縣原料或因呈色欠佳或因鈣含量較高，不適宜用于生產(chǎn)日用陶瓷、藝術陶瓷。

由物理性能、化學成分、燒成性能、礦物組成幾方面綜合判定，寶塔區(qū)川口鄉(xiāng)田嶗的紫砂矸YR-2、李渠鎮(zhèn)曹家溝的灰矸YR-5、李渠鎮(zhèn)姬莊的黃矸YR-6和富縣蓮花池大壩的粒狀紫砂FR-1、茶坊西溝門的紫砂土FR-5，這5種原料性能良好，其中以寶塔區(qū)川口鄉(xiāng)田嶗的紫砂矸YR-2和富縣蓮花池大壩的粒狀紫砂FR-1性能最為優(yōu)良，是進行制陶(瓷)試驗的首選原料。通過實地采樣可以看到，延安紫砂原料儲量豐富、易開采、運輸方便，具有良好的工業(yè)前景。

(未完待續(xù))

馬小鵬(1959-)，碩士，教授級高級工程師；主要從事陶瓷工藝技術及色釉料的研發(fā)工作。

TQ174.4

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1002-2872(2016)11-0025-07