日本的陶瓷原料加工技术及设备
作者：柳有根
来源：河北陶瓷 发布时间：2013-7-22
为改变我国陶瓷原料加工的落后面貌,引进国外先进技术,应日本“东海日中贸易中心”的邀请,我们对日本名古屋地区的陶瓷原料加工行业进行了为期十天的考察。共参观了12个厂矿,其中,原料粉碎厂4个;陶瓷泥料加工厂3个;设备制造厂2个;陶瓷厂1个;磁选机生产厂1个。对日本陶瓷原料的开采、加工生产有了一个概括的了解。
一、陶瓷硬质原料石英、长石粉碎的工艺流程及设备
日本的石英粉碎是先采用400*600左右的领式破碎机破碎,然后用圆板式领式破碎机将石英料块破碎成10一15mm左右的粒度后,再送入球磨机进行细碎。长石粉碎分干式和湿式两种,干式是采用叶轮式粉碎机粉碎后再经于式电磁除铁器除铁做为成品;湿式粉碎是采用连续式湿式粉碎机(球磨机性质)。出来的料浆经除铁脱水后做为成品长石粉。在考察过程中,认为该长石料浆除铁用的湿式高强度磁选机较好,能将料浆中含铁、钦量4.5%左右精制成0.05%以下的长石粉成品;还有一种快速x萤光衍射元素分析仪,能自动快速分析对比记录打印出所需要的石英、长石中K、Na、ca、Mg、Si、Al、Fe、Ti等,含量精度在小数点后面三位,四十分钟测试分析一次,试样制做简单。
总的看,日本陶瓷原料的粗加工的特点是因原料制宜,由于所用石英及长石多是风化矿物松散易碎,因此,多用连续式湿式粉碎机,并且由于原料含杂质多,如云母、铁锈等,Fe、Ti含量高达4.5%,而采取本造价较高的高强度湿式磁选机来精制。其它硬质原料如硬质石英,也是采用球磨方式进行中细碎。
二、陶瓷原料加工工艺设备技术资料
(一)陶瓷原料粉碎加工方面：从所参观的丸善窑业、山森土本矿业所、大平长石株式会社来看,日本玻璃陶瓷用的石英、长石粉碎过程如下:
下面分别介绍原料粉碎的三个厂家
1.丸善窑业,该厂6人操作,月产5000吨。该厂座落在矿山脚下,矿石为风化的长英岩,长石为钾长石(白色),石英为暗灰色,未风化的硬长英岩不作为原料开采,仅作为建筑的墙基石用,松散易碎的长英岩用中型挖掘机(装载机),挖掘后由自卸汽车运下山来。粉碎工艺流程:
1)矿山开采--->运输---->转筛洗料分级---->转筛分级
2)较粗颗粒(1一2cm)入料---->振动筛分----->辊式破碎----->半成品仓
由1.2加工出来的颗粒长英岩---->入铁式料仓---->输送皮带给料----->连续式湿式粉碎机----->振动筛---->脱铁---->成品仓
2.山森土本矿业所。该厂生产电子瓷原料,主要粉碎石英,石英从印度进口,块度100一200cm,四面见白无杂质、水锈。年产量300一400吨;粉碎颗粒为微米级,粉碎工艺为水洗--->颗式破碎---->圆板式颗式破碎---->球磨机。
由山森土本矿业所社长土本真津夫介绍,该厂原系用高铝对辊粉碎机,大约使用半年瓷辊磨损厉害,不能再用,并且瓷对辊粉碎石英的粒度达不到0.5mm,需经多次对辊才有可能达到40目。粉碎时噪音大,处理量小,达不到粉碎石英的目的。他建议：1.采用连续式湿式粉碎机。该机进料粒度10一20mm,处理量sookg/h,出料粒度0.4一0.6mm。2.采用干式连续粉碎机,该机进料颗粒度10一20mm，8小时处理1吨,出料粒度可达0.4~0.6mm。
根据土本先生的建议分析,因干、湿式连续粉碎机都不可能采用,因为粉碎的矿物石英比日本的风化长英岩硬,(石英为莫式硬度7,风化长英岩用手一捏就碎)粉碎的产量少,且连续式粉碎机的内衬材料磨损快,不经济。因此,粉碎石英不能用连续式粉碎机,建议石英的中细碎仍然宜采用我国现行破碎方法。
3.大平长石株式会社,该厂座落在日本岐埠县中津川市。所粉碎的长石也是风化长石,黑云母多,并含有少量硅石,铁含量高达0.4一0.5%,矿石易碎,采用干式和湿式二种方法进行粉碎,每月产量20000吨,耗电5万度/月。
通过高强度磁选机三次,使云母除去并使料粉铁含量由4.5~5%降至0.05%,达到合格标准。该工艺流程中利用筛分法将长石和硅石分离,筛分分为三个等级。I：0~2mm;II：2一4mm;III：4一11m,11nmm以上的重新粉碎。将风化的长石进行筛分,分离长石和硅石是根据表面氧化硅风化易碎,未碎的粗颗粒都为长石而采取的。
该厂所用的化验分析设备较好,大约40分钟完成一次,可分析Si、AI、Fe、K、Na,精度可达小数点后4位。用口本理学株式会社制造的X射线衍射仪。
该厂水平带式过滤机为本厂自制,由于颗粒均匀,过滤性能好,结构简单。
(二)陶瓷泥料精制加工方面
陶瓷泥料精制加工我们参观了陶料有限会社、小里陶业,陶料株式会社三个制泥工厂,从总的看,泥料加工处理方面和我国的工艺流程相差不大。
下面分别介绍制泥加工厂
1.陶料有限会社。该厂共10人,3人开汽车,月产2000吨泥料。由于日本陶瓷原料短缺,尤其是高岭土及木节土。所以,他们把从各国进口的原料和本国的原料分清等级进行混合。
1)原料的混合及精制,采用四种蛙目土混合,用小装载机以1:1的比例进行混合,混合好的蛙目粘土再进行陶洗精制,精制方法是:
水洗--->捞料斗提升---->沉淀罐---->沉淀池---->双缸泵--->滤泥机。看来这种方法比较简单,属于25年前的粘土陶洗精制方法,但至今都沿用此法,成本低,设备不易出故障。蛙目粘土在水中浸泡后搅拌沉淀,再用链式刮板将比重较重的硅砂捞出,售给玻璃行业。清理出硅砂的粘土浆液经两次过筛后进入旋流水力分选器(即沉降槽)将粘土和细砂再一次分离,在沉降槽下部排出硅砂渣,沉降槽上部溢流出来的粘土浆液,再流入沉降池,用双缸泵将浆液打入滤泥机过滤,制成白粘土泥,并出售给用户。
2)原料制泥工艺。采用混合入磨---->泥井---->双缸泵---->过筛---->除铁---->双缸泵---->滤泥机---->自动出泥饼机(或人工起泥饼)---->成品小车。
该工艺流程中与我国不同的是强磁除铁和自动出泥饼机。
强磁除铁机:采用ERIEZ公司生产的H工W湿式高强度磁选机。该机过滤层是由网状磁滤芯结构,过滤网是一环型并能进行旋转。未精制泥浆经过滤层后将铁屑云母等杂质吸住,旋转到一定部位磁性消除,再用清水将铁屑冲除下来,而获得精制泥浆,磁性过滤层连续清洗,不必间歇进行。该磁选机磁场强度达2万高斯,过滤原料40目颗粒不会堵塞,处理能力每小时17吨,耗电230v,32kw,精制长石由铁含量4.5%通过2一3次过滤除铁后达0.08%左右。
自动出泥饼机:采用獭户铁工所生产的28FP一AIC一DC,该机结构传动比较平稳,控制不十分复杂,经过二年多来使用可靠,可大大降低劳动强度。使用滤泥机的双缸泵压力为1.47~1.96MPa,泥饼水分25%,滤布为帆布,一年换一次,经济效果好。
2.小里陶业。该厂15人,月产2000吨,所采用工艺流程同上。该厂厂房面积4500m2,10台2.5吨球磨机。
3.陶料株式会社。该厂是具有较高水平的制泥加工厂,月产泥料6500吨,釉料600t/月。全广共36人。主要原料高岭土从中国进口,有福建龙岩土;·湖南衡阳土;苏州土和云南的高岭土。另外,从南朝鲜、新西兰等国进口,月使用量2000吨。
日本泥料产品铁含量标准为:精制白坯泥料:Fe2O30.1%~0.12%二级;0.18%三级;0.18一0.23%四级;0.23一0.48%五级;0.48%以上为六级。日本天草陶石为0.48%;南朝鲜高岭土为0.37%;埃及高岭土为0.45%。
白坯泥料试烧后白度78,透明度较好,为还原焰烧成,烧成温度1300℃。其烧成温度比我国湖南礼陵烧成温度低100℃左右。由于泥料精制较好,所以,烧成温度低也能获得较好的白度,如泥料精制较差,则需要较高温度烧成获得较白的瓷质。使烧成瓷质不黄。
日本陶瓷泥料球磨时间为23小时,是按工人工作时间定的,泥料的磨碎细度由球石比、球磨转速来控制,速度快的较细,大小球石混合使原料易碎。
泥料组成为如下原料:
蛙目粘土、长英岩细料(经酸洗产品)、陶石、广东高岭土、南朝鲜高岭土、长英岩粉、页岩(大致与中国三节、四节土相同).四种蛙目粘土的精剑泥料、绢云母式陶石、钠长石。
制瓷泥料的水很重要,该厂使用的水碱性高,含铁低,能得到较好的泥料。
工艺流程为:斗式配料--->球磨机--->过筛--->脱铁--->双缸泵---->滤泥机.
该工艺中2一3次反复过筛和除铁,由继电器自动控制以获得精制的含铁量较低的泥料。
(三)原料粉碎设备制造方面
1.中工精机株式会社。该厂仅20一30人左右,设计室办公室为四间房大小,加工车间约为200m2左右,该厂生产高铝质二段式对辊粉碎机和连续式湿式粉碎机。
在生产车间发现有较多被磨损的高铝瓷对辊约15一20个,直径200mm左右,长约250一300mm,对辊中部磨损量较大,达20~30mm的深凹。据了解,该对辊用于颜料的粉碎。
连续式湿式粉碎机内衬可以为瓷石、橡胶等,要求进料粒度在3mm以下才能连续加工出直径0.2一0.3mm左右的粉料。产量为5t/h,耗电25Kw。若要加工硬质石英把握性不大。
2.牧野铁工所。该厂220人,固定资产为8800万日元(约300万人民币),办公室为12间房大小。干式粉碎有以下几种设备:对辊粉碎机、叶轮粉碎机,这两种设备的加工缺点是对辊和叶轮磨损大,加工后铁质不易除去,叶轮如粉碎石英2~3天就应更换,最多使用5一6天。
湿式粉碎机为连续式粉碎机,估计粉碎石英、长石其内衬应为硅石,该机直径约需2.6m,长度为6.7m,进料粒度应在3一5mm左右,如大于5mm,则生产效率大大降低。
粉碎石英若用对辊粉碎机,高铝辊磨损比较快,产品合格率下降10%,因此,在日本也很少用对辊机粉碎石英。
陶瓷原料的粉碎加工都存在粉尘、研磨介质、除铁设备、料水分离,废水回收等一系列难题,都有待于在我国现实生产中不断进行摸索与创新。
