用锆英粉合成锆英石基陶瓷颜料工艺
一、前言
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ＺｒＯ２）ｘＳＯ３。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１０５０～１１００℃保温１～２小时。
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、Ｖ２Ｏ３ＮＨ４ＶＯ３制成天蓝，煅烧温度在９００～１１５０℃；加适量的ＮａＦ、Ｐｒ６Ｏ１１制成镨黄，煅烧温度在９００～１１５０℃；加适量的ＮａＦ、Ｆｅ２Ｏ３制成锆铁红，煅烧温度在９００～１１５０℃。
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 ＮａＦ ５ｗｔ％ Ｖ２Ｏ５ ３ｗｔ％
镨黄 ＮａＦ ５ｗｔ％ Ｐｒ１１Ｏ５ ３．５ｗｔ％
锆铁红 ＮａＦ ６ｗｔ％ Ｆｅ２Ｏ３ ８ｗｔ％
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。
