第3章 配合料制备 内容提要 原料经过加工与处理后，需按制品的化学组成和经过选用的各原料 的化学组成,进行确定各原料用量配比的配料计算,并对按配料计算的 各种原料进行充分混合均化而制成配合料。在无机材料工业的不同生产 部门，对配合料的称谓并非一致。如在玻璃生产中称配合料；在陶瓷和 耐火材料生产中称坯料（前者还另有釉料），又称泥料（砖料），按成型 方法还可称干粉料和半干泥料（压制成型用）、可塑料（可塑成型用） 注浆料和泥浆（注浆成型用）等；而在水泥生产中则称为生料，其中按 生产方法又称生料粉（含水率<1%，干法用）、生料球（半干法用）、生 料块饼（半湿法用）以及生料浆（含水量在35%左右，湿法用）。水泥 生料还可分为不含煤的白生料、与部分煤一起粉磨的半黑生料（其余煤 粉在生料煅烧时再加入)以及与全部煤粉一起粉磨的全黑生料。配合料 的制备是无机材料产品质量的重要保证。 本章介绍了对配合料的质量要求和质量控制;阐述了陶瓷坯釉料配 料计算原则和方法、玻璃配料计算、水泥配料计算、配合料的称量、普 通混凝土的配合比设计，简单介绍了配合料的称量方法；对陶瓷坯料的 制备、陶瓷釉料的制备、玻璃配合料的制备、耐火材料坯料的制备工 艺流程、工艺参数及控制进行了详细的介绍；并介绍了玻璃配合料的均 化与表征、玻璃配合料的混合、陶瓷泥料的混练和陈化、水泥生料的均 化工艺。 3.1配合料制备要求与质量控制 无机材料制备过程中，首先是设计无机材料的配合料、坯料组成， 然后计算出料方，根据料方称量出各种原料的质量，并经过一些工艺处 理过程制成所要求的配合料。 3.1.1陶瓷坯料种类、品质要求与控制 3.1.1.1坯料的种类
坯料一陶瓷原料经过配料和加工后，得到的具有成型性能的多组 分混合物。或者说，是指成型前已经按要求精制好的供成型用的物料。 根据成型方法的不同，坯料通常可以分为： (1)塑性成型用坯料，简称塑性坏料。 (2)注浆成型用坯料，即注浆坯料。 (3)半千压坯料。 (4)干压还料。粉料中的含水量在3%-7%称为干压坯料 (5)热压铸坯料。 3.1.1.2坯料的品质要求和控制 A基本要求 为了保证产品品质和满足成型的工艺要求，坯料应具备下述基本条 件： (1)配方准确 (2)组分均匀 (3)细度合理 (4)气孔少 B具体要求 不同的成型方法对坯料的要求各不相同，在满足上述基本条件外， 各自还有一些具体要求，下面分别说明。 a可塑坯料的品质要求和控制 (1)坯料的可塑性。可塑性是陶瓷生产上对塑性坯料品质控制的 一个重要工艺性能之一。可塑成型要求泥料具有良好的可塑性。坯料的 可塑性主要取决于强可塑黏土的用量，而瘠性原料如长石、石英等会降 低坯料的可塑性。 (2)含水量。坏料的含水量应适宜，分布应均匀。具体的水分含 量视成型方法及黏土的可塑水量和饱水率来决定。塑性坯料含水量一般 为19%25%。 (3)细度。细度是粉状物料分散的程度，以统计的颗粒尺寸大小 来表示。坯料的细度要求能够通过万孔筛，即筛下的颗粒粒径均小于 0.06mm。生产中以通过万孔筛筛余量来控制，一般要求筛余在0.2%~1 %。 2
(4)空气含量。塑性坯料中含有7%~10%的空气。空气泡可以降 低泥料的可塑性，提高弹性，从而姥响泥料的操作性能及瓷器的强度。 应通过陈腐、真空练泥等工艺措施排除空气，以改善塑性坯料的成型性 能。 (5)生坯干燥强度。生坯的干燥强度反映出坯料结合性的强弱， 这对成型后的脱模、修坏、上釉，以及连续化成型流水线的坯体传输 取拿过程中降低破损率有重要意义。生产上多以干坯的抗折强度来衡量 塑性坯料的干燥强度。影响生坯干燥强度的主要因素是所用黏土的种类 及结合性强弱。实际生产中可以通过调节强可塑性黏土或结合性强的黏 土用量或加入添加剂来调整生坯干燥强度。 (6)收缩率。塑性坯料的干燥收缩率和烧成收缩率，对于坯体造 型和尺寸的稳定性有重要作用，尤其在生产中调整原有配方时，涉及到 石膏模型及匣钵等配套辅助用品的尺寸变动以及产品规格尺寸的稳定 更应全面考虑。收缩率可通过瘠性物料和塑性物料相对含量来调节 b注浆坯料的品质要求和控制 注浆成型的制品品质首先取决于泥浆品质，因此控制泥浆品质是保 证产品品质的主要因素。在输送、储存、浇注过程中，浆料应能满足下 面要求： (1)泥浆流动性要好，含水量要少。一般泥浆含水量在28%38 %。 (2)悬浮性好。料浆久置，固体颗粒能长期悬浮不致分层沉淀， 否则会引起制品成分不均及影响料浆的输送。 (3)触变性适当。泥浆触变性过大时，容易堵塞泥浆的管道，影 响泥浆的输送，且脱模后的坯体容易端落变形：泥浆触变性过小，生坯 强度不够，影响脱模与修坯的效果。 (4)滤过性好。即泥浆应具有适当的浇注速度。要求泥浆的渗透性 适当，既可以缩短注浆时间，提高劳动生产率，又不会因浇注速度过快， 不易掌握坯体厚薄，给操作带来困难。 (5)注件的干燥收缩要小。收缩过大，容易引起变形和开裂。配 制注浆料时要考虑到成型后的收缩率。 (6)具有足够的排湿性能，使注件容易干燥，形成坚实的坯体
脱模后的坯体受振动而不塌，仍能保持原形。 (7)注浆成型坯体，应具有足够的强度。 (8)泥浆中气泡愈少愈好，以减少注件中气泡棕眼，并提高生坯 强度。 (9)泥浆的空浆性能要好。排除剩余泥浆后，注件内表面光滑， 不出现泥缕。即注浆前的泥浆黏度与剩余泥浆黏度最好接近一致。 泥浆的密度、黏度、流动度、触变性、滤过性（渗透性入、稳定性 等物理性能和工艺性能通过强可塑性黏土用量、泥料细度、含水率、陈 腐时间和泥浆温度来予以控制。而这些物理和工艺性能又需根据原料性 质、产品的形状大小与厚薄、石膏模的干燥与新旧程度以及注浆方法来 确定。 c干压坯料的品质要求和控制 (1)团粒大小及其级配。干压坯料的团粒大小及其级配将直接影 响干压坯体的致密度、收缩率、生坯强度及设计钢模型腔时需要考虑的 压缩比。而团粒大小及其级配是通过组筛筛孔大小来控制的，干压坯料 是由团粒、水和空气组成的。 (2)含水量。干压坯料的含水量与坯体的形状、成型压力和干燥 性能等有关。含水量较高时，干燥收缩大，成型压力可以小些。一般干 压坯料的含水量控制在4%~7%，甚至有的可为1%4%，有的干压坏 料主要添加有机黏结剂，含水量极少。不管含水量多少，都要求粉料内 的水分均匀 (3)可塑性。干压坯料对可塑性没有严格要求，一般可塑性原料用 量多的坏料其含水量也较多。为了降低干压坏体的收缩，而获得尺寸准 确的制品，可以减少可塑黏土的用量。 (4)流动性好。粉料应具有好的流动性能，能在较短的时间里填 满模型的各个角落，以保证坯体的致密度和压坯速度。 (5)堆积密度大。粉料的堆积密度常用粉料的体积密度来表示， 一般要求体积密度大，以减少堆积时的气孔率，降低成型的压缩比，使 压制后的生坯密度大而均匀。团粒的粉料体积密度，轮碾造粒的粉料为 0.90-1.10gcm3,喷雾干燥制备的粉料为0.75-0.90g/cm3. 4
3.1.2玻璃配合料质量要求与控制 保证配合料的质量，是加速玻璃熔制和提高玻璃质量，防止产生缺 陷的基本措施，对于配合料的主要要求如下。 (1)具有正确性和稳定性。配合料必须能保证熔制成的玻璃成分 正确和稳定。为此必须使原料的化学成分，水分、颗粒度等保持稳定。 并且要正确计算料方，根据原料成分和水分的变化，随时对配方进行调 整。同时要经常校正料秤，务求称量准确。 (2)具有一定的水分。用一定量的水，或含有湿润剂（减少水的表 面张力的物质如食盐)的水，湿润石英原料（硅砂，砂岩，石美岩），使 水在石英原料颗粒的表血上，形成水膜。 (3)具有一定气体率。为了使玻璃液易于澄清和均化，配合料中 必须含有一部分能受热分解放出气体的原料，如碳酸盐，硝酸盐和硫酸 盐，硼酸，氢氧化铝等。配合料逸出的气体量与配合料重量之比，称为 气体率 气o宽是w (3-1) 对钠-钙硅酸盐玻璃来说，其气体率为15~20%。气体率过高会引起 玻璃起泡，过低则又使玻璃“发滞”，不易澄清。硼硅酸盐玻璃的气体率 一般为9-15%。 (4)必须混合均匀。配合料在化学物理性质上，必须均匀一致。如 果混合不均匀，则易产生结石、条纹、气泡等缺陷，破坏了玻璃的均匀 性，而且易熔物较多之处，与池壁或坩埚壁接触时，易侵蚀耐火材料， 也造成玻璃不均匀。因此必须保证配合料充分均匀混合。 3.2配料计算与称量 3.2.1陶瓷配料计算 3.2.1.1陶瓷坯料计算 A从化学组成计算实验式 若知道了坯料的化学组成，可按下列步骤计算成为实验式。 (1)若还料中的化学组成包含有灼减量成分，首先应将其换算成不含 灼减量的化学组成：
(2)以各氧化物的摩尔质量，分别除各该项氧化物的质量分数，得到 各氧化物的量(mol): (3)以碱性氧化物或中性氧化物总和，分别除各氧化物的量，即 得到一套以碱性氧化物或中性氧化物为lmo1的各氧化物的数值： (4)将上述各氧化物的量按RO-R2O-RO2的顺序排列为实验式。 B由实验式计算坯料的化学组成 若已知道坯料的实验式，可通过下列步骤的计算，得到还料的化学 组成。 (1)用实验式中各氧化物的量分别乘以该氧化物的摩尔质量，得 到该氧化物的质量： (2)算出各氧化物质量之总和： (3)分别用各氧化物的质量除以氧化物质量之总和，可获得各氧 化物所占质量分数。 C由配料量计算实验式 由坯料的实际配料量计算实验式，应按下列步骤进行计算： (1)首先要知道所使用的各种原料的化学组成，即各种原料所含 每种氧化物的质量分数。并把各种原料的化学组成换算成不含灼减量的 化学组成： (2)将每种原料的配料量（质量），乘以各氧化物的质量分数，即可得 到各种氧化物质量： (3)将各种原料中共同氧化物的质量加在一起，得到坏料中各氧 化物的总质量： (4)以各氧化物的摩尔质量分别去除它的质量，得到各氧化物的 量(mo1): (5)以中性氧化物的总量去除各氧化物的量，即得到一系列以中 性氧化物(RO,)系数为1的一套各氧化物的摩尔系数： (6)按规定的顺序排列各种氧化物，即可得到所要求的实验式。 【例1】某厂的坯料量如下：石英13%，长石22%，宽城土65%， 滑石1%。 各种原料的化学组成如表3-】所示，试求该坯料的实验式。 6
表31各种原料的化学组成t% 、化学组 成 SiO: Fe:O Cao Mgo Na,0灼减品 合计 原料名称 长石 65.6219.420.71 0.20 8.974.85 0.41 100.18 石英 98.54 0.72 0.27 0.37 0.25 100.15 宠城土 58.43 30.0 0.31 0.470.42 0.48 0.12 9.64 99.98 游石 60.441.19 0.143.1029.02 5.32 99.21 【解】()将各种原料的化学组成换算成不含灼减量的化学组成如 表3-2所示 (2)计算各种原料中每种氧化物的质量： 长石中： Si02=22×65.77%=14.47(g) A1,0,=22×19.47%=4.28(g) Fe,03=22x0.71%=0.16(g) Ca0=22×0.20%=0.04(g) K,0=22×8.99%=1.98(g) Na0=22×4.86%=1.07(g) 石英中： Si0,=13×98.54%=12.81(g) A1,0=13x0.72%=0.094(g) Fe03-13×0.27%-0.035(g) Ca0=13×0.37%=0.048(g) Mg0=13×0.25%=0.033(g) 表3-2不含灼戚量的各种原料的化学组成M% 化学组成 SiO: Al0 Fe:O:CaO Mgo KO Na:O 合计 原料名稀 长石 65.7719.470.71 0.20 8.994.86 100.00 石英 98.540.72 0.270.370.25 100.15 宽城士 64.76 33.25 0.34 0.520470.530.13 10.00 /64.37 1.270.153.3030.91 10.00 宽城土中： Si02=65×64.76%=42.09（g) A10=65×33.25%=21.61(g)
Fc,0=65×0.34%=0.22(g) Ca0=65×0.52%=0.34(g) Mg0-65×0.47%=0.31(g) K20=65×0.53%=0.34(g) Na20=65x0.13%=10.085(g) 滑石中： si02-1×64.37%-0.64(g A10=1×1.27%:0.013(g) Fe0,-1x0.15%-0.0015(g) Ca0=13.3%=0.033(g) Mg0-1×30.91%-0.31(g) (3)将各原料中的同种氧化物加和，求出坯料中每种氧化物的总 质量： Si02=14.47+12.81+42.09+0.64-70.01(g) A1,0,-428+0.094+21.61+0.013-25.997(g) Fe0=0.16+0.035+0,22+0.0015-0,4165(g) Ca0-0.04+0.048+0.34-0.033=0.461(g) Mg0-0-0.033+0.31+0.31=0.653(g K,0=1.98+0+0.34+0=2.32(g) Na,0=1.07+0+0.085+0=1.155(g) (4)用每种氧化物的摩尔质量分别去除每种氧化物的质量，得到 每种氧化物的量n(mo1) Si02=70.01-60.1=1.1649(mo1) A1,0=25.997÷101.9=0.2551(m0o1) Fe0=0.4165-159.7-0.0026(mo1 Ca0=0.461+56.1=0.0082(mo1) Mg0-0.653+40.3=0.0162(mo1) K,0=2.32=94.2-0.0246(m01) Na0=l.155-62-0.0186(mol (5)计算出中性氧化物(RzO3)的总量： 0.2551+0.0026=0.2577(mo1) (6)以0.2577分别除每种氧化物的量
Si02-1.1649+0.2577=4.5204 Al03=0.2551*0,2577=0.9899 Fc,0,-0.0026+0.2577-0.0101 Ca0=0.0082*0.2577=0.0318 Mg0-0.0162+0.2577-0.0629 K0=0.0246+0.02577=0.0955 Na20-0.0186+0.2577=0.0722 (7)将各氧化物按规定的顺序排列，得到该坯料的实验式： 0.095K,0 0.0722Na0 0.9899Al,0) 0.0318Ca0 a0101Fe045204s0, 0.0629Mg0 由坯料的实际配料量计算其实验式，如果首先已知道了各种原料的 实验式，或者把原料的已知化学组成事先换成为实验式，也可将各种原 料中所含共同的每种氧化物的量加在一起，按照规定的方法，将中性氧 化物(R,O)的系数换算成1，把得到的各种氧化物按规定顺序排列成 为所要求的坯式。由于计算各种原料的实验式较麻烦，所以通常很少采 用此法，只有当所用原料比较纯的时候，接近理论实验式时，才采用此 法计算。 D由实验式计算配料量 由坯料的实验式计算其配料量时，首先必须知道所用原料的化学组 成，其计算方法如下： (1)将原料的化学组成计算成为示性矿物组成所要求的形式，即 计算出各种原料的矿物组成： (2)将坏料的实验式计算成为黏土、长石及石英矿物的质量分数。 在计算中，要把坯料实验式中的K,O、Na2O、CaO、MgO都粗略地归并 为KO,则坯料的实验式可写成如下形式：aR,0·6A1,O,·cSO, (3)用满足法来计算坯料的配料量，分别以黏上原料和长石原料 满足实验式中所需要的各种矿物的数量，最后再用石英原料来满足实验 式中石英矿物所需要的数量。 【例2】某厂坯料的实验式下： 9
0.031Na,0 0.078K,0 >·1.0A102·3.05Si02 0.047Ca0 使用原料的化学组成如表33所示： 表3-3使用原料的化学组成(%) 化学组成 原料名 Fe:O: TiO: Cao K:O Na:O 高岭土 49.04 38.05 0.20 0.040.05 0.01 0.19 0.03 长石 65.14 1853 0.12 0.34 0.0s 14.19 1.43 石英 99,40 0.11 0.08 试计算该坏料的配料量 [解]（①将各种原料的化学组成换算成示性矿物组成。为简化计算过程可将原 料中的K,O、Na,O、CaO、MgO、Fe,O、TO均作为熔剂部分，即作为长石来计 。 例高岭士原料可简化为：Si0,49.04%,A,0338.05%,K,00.28%。再进 行换算（见表3-4： 表3-4配料量计算过程(A) 化学组成 项目 Al:O3 K,0、Na,0、CaO、Mg0 高岭土成分 49.04 38.05 0.28 用摩尔质量除，得到氧化物的量 0.817 0373 0.003 高的士中含长石矿物0.003m0l 0.003 利余量 高岭士中含精士矿广物0.370m心 0 0.74 0,370 周分量 0.059 0 高岭土中含石英矿物0.059mol 0.059 0 高岭士原料中含各种矿物组 0003×5568=167 粘 物：0.370×258.2=95.53 英矿物：0.059×60.1=3.54 =100.74g 共质量分数为： 长石矿物：1.67÷100.74×100%-1.66 :95.53*100.74x100%=94.83% 长石原料中含 石矿物：96.33% 石英矿物：3.67% 石英原料中含：石物：9940% ②计算坏料实验式中所需要的各种矿物组成的百分数。在计算过程同样把 K,0、Na,0、Ca0作为K,0的量来计算（见表3-5）. 坯料中含各种矿物组成为： 长石矿物：0.156×556.8=86.86 粘士矿物：0.884×258.2=217.92 石共物：0.426×60.0=25.56 ∑=330.34g) 10