硅酸锆作为乳浊剂广泛应用于建筑陶瓷、卫生陶瓷、日用陶瓷等,在釉料中或坯体中起增白作用,另外在精密铸造、彩色显像管、浮法玻璃、搪瓷釉料行业中也广泛的用途。 中国是世界上陶瓷生产大国,因此陶瓷色釉料及相关的主要原材料其需求量相当大。 据初步估计,我国陶瓷工业每年需用的釉用色料约10万吨t,坯用色料约20万t,熔块产量约80万t,成品釉产量约为20万t。 其中成釉和熔块中作为乳浊剂的材料主要是硅酸锆。
含锆的天然硅酸盐矿石被成为锆石(zircon)或风信子石(hyacinth),广泛分布在自然界中。
硅酸锆微粒一部分是没有熔融而残留在釉中的硅酸锆颗粒,另一部分是熔融后在冷却过程中析出的硅酸锆微晶,在生料釉中起乳浊作用的主要是残留在釉中的硅酸锆微细粒子。 当釉层中的硅酸锆微粒以残留相为主时,粒度越细,在釉层中的分散性越好、越均匀,釉的乳浊性越好。 获得乳浊效果的重要条件是硅酸锆的细度、加入量、基础釉的合理组合、釉层厚度和烧成温度,在加入量、基础釉的合理组成、釉层厚度和烧成温度不变的情况下,硅酸锆的细度起决定作用。 因此,硅酸锆超细加工过程中细度和纯度是决定其产品质量的关键因素。 硅酸锆超细粉体加工设备必用到微粉磨粉机设备。 随着粉体工程技术的发展,出现了许多新型的超细粉碎、分级设备。 在硅酸锆超细粉体加工技术发展过程中最常用的有球磨机,气流磨粉机,砂磨机,振动磨,高压微粉磨粉机,干燥设备,分级机等。 维科重工生产制造磨粉机和球磨机设备有20多年的历史,无论是你湿法生产还是干法生产都是你理想的磨机设备。 为您硅酸锆超细粉的加工提供更稳定的产品质量,超细的研磨成品。 无机物的超细粉碎技术如磁带用磁粉、涂料用硅粉等,早已引起人们重视。 尺寸为纳米级的颗粒ZnO,由于其本身所具有的量子尺寸效应 小尺寸效应 表面效应和宏观量子隧道效应,因而表现出许多特有的性质,使得其在化妆品 橡胶工业 陶瓷材料 电子以及生物 医药等方面有广阔的应用前景。 制备超细ZnO的方法很多,分为气相法 液相法和固相法。 其中,化学沉淀法是制备超细ZnO的最常用的合成方法。 工业上一般用草酸锌盐分解的方法制备氧化锌粉体,但所得粉体粒度大 分布宽且烧结性能差。 因此,如何解决沉淀粒子的团聚问题是这些方法能否工业化的关键。 但总体上说,超细ZnO粉体的制备与应用研究尚处于初级阶段,还有许多技术和理论问题需进一步探讨。
在沉淀反应体系中,结晶的形成过程包括新相的形成及其两个生长阶段。 对于球形晶核,根据化学反应动力学理论,其形成速率为B0=Zcexp(-16πδs-12M2Na/(3(RT)3(lnS)2ρs2))(1)而晶核线性生长速率为R=A1RTlnSexp(-R/T)(2)其中S为过饱和度,ρs,Α1,Ζc为常数。 比较式(1),(2)可见,成核速率对过饱和度的敏感程度高于晶核生长速率对过饱和度的敏感程度。 在所研究的Zn(NO3)2和Na2CO3反应体系中加入表面活性剂,利用表面活性剂在固液界面的双亲性,使其吸附在新生成的晶核表面上,并在界面上形成双电层保护膜。 晶核粒子由于表面活性剂亲水吸附层的空间位阻作用相互排斥而不再团聚,从而达到阻碍沉淀粒子进一步长大的目的,并获得了满意的ZnO超细粉体。 这种方法与其它沉淀方法相比,具有成本低 条件容易控制 操作简单等优点,具有极为广阔的应用前景。
1 仪器与方法1.1 实验方法称取一定量的NaCO3固体溶于二次去离子水中,加入少量表面活性剂溶液,待溶液混合均匀后,搅拌加入到等体积的Zn(NO3)2溶液中,反应得到的碱式碳酸锌固体经抽滤 洗涤 烘干,再经不同温度灼烧即得氧化锌粉体样品。 1.2 实验仪器粉体的二次粒径及团聚情况的分析采用南京化工大学的NSKC 1A离心式光透射粒度测定仪,粉体粒子的形貌和大小用飞利浦XL30TMP扫描电子显微镜(SEM)观察。 2结果与讨论2.1 反应物浓度对粒径的影响 Zn2+浓度对粒径的影响见表1。
表1表明,溶液的反应浓度对生成沉淀的颗粒度有很大的影响。 在沉淀反应其它条件恒定的情况下,如果增加反应物的浓度,即增加了反应体系中沉淀离子的过饱和度,则在反应开始的瞬间,晶核形成速率远大于晶核生长速率,溶液中会迅速形成大量晶核,这样有利于生成沉淀粒子一次粒径的超细化。 但当反应浓度过高时,体系的粘度会增加,引起搅拌和抽滤等操作上的困难,粒子的团聚更加容易,从而使得粒子的二次粒径增大,分布变宽。
因此,反应物的浓度不宜过高,一般应取1.7mol/L左右为宜。 2.2 反应中Na2CO3/Zn2+配比对粒径的影响Na2CO3/Zn2+配比对粒径的影响见表2。 由表2中的数据可以看出,生成超细ZnO的Na2CO3/Zn2+配比为1.7左右。 这是因为在沉淀反应体系中,反应物配比太低,当沉淀反应结束后,溶液的pH值在7~8之间,而碱式碳酸锌沉淀的等电点在pH7.9处。 由于此时沉淀所处的环境靠近等电点,从而使得沉淀晶核粒子的表面电位降低,排斥力减小,导致团聚现象加剧。 而当配比太高时,溶液的碱性明显增强,溶液中大量存在的OH-极易与Zn2+作用形成Zn(OH)42-等四面体配位离子,从而明显降低了Zn2+的有效浓度,使得溶液的过饱和度降低,影响了成核速率,粒子的平均粒径随之增大。 2.3 表面活性剂种类对粒径的影响 表面活性剂种类对粒径影响见表3。 从表3可以看出,加入表面活性剂可以降低氧化锌的平均晶粒度。 由于各种表面活性剂在固体表面的吸附能力不同,因而抑制晶核生长的能力也不同,其强弱顺序依次为阴离子表面活性剂 非离子表面活性剂 阳离子表面活性剂。
这是因为在制备碱式碳酸锌中间体的过程中,新生成的晶核粒子由于两性解离而使其表面带正电荷,因而容易从溶液中吸引异性电荷,排斥同性电荷。 阴离子表面活性剂由于离解后带负电,容易被吸引到晶核粒子的表面上,亲水基朝内,疏水基朝向溶液中,形成一层致密的双电层保护膜。