根据地质资料及现场看矿，并运用先进的检测手段分析得出：新安瓷石（K2O·3Al2O3·6SiO2·H2O）系由一种花岗岩一长英岩和正常长英岩经后期热液变化，其中长石已全部或大部分变成绢云母与高岭石，而少量绢云母又在中性或弱碱性条件下长期风化形成水云母类粘土。采样电子显微镜分析：主要矿物组成为石英一绢云母一长石一高岭石，其中石英50%~70%，绢云母15%~30%，长石10%~30%，高岭石0%~10%，晶体形状呈尖角或直边片状，云母质矿物集中在细粉部分，石英、长石及其它矿物呈大颗粒状态存在。差热失重分析表明：绢云母加热至500~700℃之间有特征的吸热效应，在600~700℃之间急剧失重（烧成过程中注意此段升温）。化学组成分析：瓷石原料高硅低铝，含有一定钾钠成分（K2O+Na2O=8.54%），符合伊利石类矿物原料的化学组成。物理性能试验：该矿物外观浅白色，硬质块状，重度2.65~2.75g/cm3，莫氏硬度3~4，性脆，断面粗糙，亲水性差，细分散后具有一定可塑性，但干燥强度很差，原料杂质含量不大，试块经1220℃隧道窑烧成仍为浅白色，收缩率3.42%。
河北章村土系一种优质的粘土矿物原料。电子显微镜分析：矿物组成为伊利石一石英一钠长石一白云石，矿物内有少量结晶很差的板条状晶体。差热失重分析：章村土在120~150℃时有较小吸热谷，在450℃左右有较明显的放热峰，600℃又出现较微小的吸热谷。化学成分表明：该原料硅铝平衡较好，钾钠含量较高（K2O+Na2O）=8.8%，属典型的伊利石质矿物。物理性能试验：除塑性细分散后稍优于瓷石外，烧失偏大，其余性能均近似。
考察的新安邱沟土原料属一种沉积型的劣质低铝土矿，矿物晶格发育不尽完全，杂质含量较高，铁钛含量高，高温煅烧为黄白色，化学元素组成较接近高岭石，拟为山西大同土的替代原料。另外选定的新安高岭石由于储量不大，矿源不稳，所以仅作为补充满足成分，调和物理性能用。
卫生瓷瓷胎历经精陶、炻质到全瓷质的发展，随着胎体性质的变化和卫生瓷釉面装饰发展，由过去单一的施透明釉发展到如仿的施乳浊釉、高白乳浊釉、色釉及系列贴花彩饰工艺技术，为卫生瓷坯用原料的改变打下了较好基础。本地瓷石、邱沟土、高岭石具有坯用原料相关的化学组成及物理性能，调整符合卫生瓷生产工艺的基本要求，且由于瓷石原料玻化温度在1150~1350℃之间，玻化温度较宽，烧成时绢云母兼有粘土及长石的作用，化学活性大，能生成莫来石及玻璃相，可促进成瓷及烧结作用。瓷石的可塑性不高，结合强度不大，干燥速度较快，渗透性强，可以由新安高岭石的特性给予补充与完善。同时该厂所采用的邱沟土及新安高岭石由于含碳、有机物、铁钛量较高的原因，致使烧成后收缩大，白度不尽人意。则采用调整塑性原料与瘠性原料的配比，合理陈腐泥浆，延长氧化阶段及在坯料中引入0.002%氧化钴，使产品在烧制时生成青白色硅酸钴（COO·SiO2）与高温形成棕黄色的铁钛尖晶石（TiO2·Fe2O3）互为补色，使坯体白里泛青，从而提高坯体观感白度。不仅如此，又调制适合坯体的高乳浊白釉和素雅柔和的色釉加以遮盖，较好地解决问题，使产品在不影响外观和内在性质的前提下，尽可能地使用劣质矿物原料。为了降低烧成温度，拓宽烧成范围，促进烧结。加入少量滑石，在充分起到助熔作用的同时，又可使坯体在高温下形成堇青石晶体。由于堇青石热膨胀系数很小，从而提高产品的热稳定性。加入5%~8%的煅烧熟料，不但可进一步提高原料纯度，减少收缩，而且可调整泥料塑性及注浆时间，进而提高瓷胎热震性与釉坯结合性。
在依据卫生瓷传统理论配方化学组成的前提下，根据菲尔普斯提出的“粘土质陶瓷重配原理”，满足配方的物理性能需要，扩宽化学组成范围，调整工艺制度，在平衡好“粘土质陶瓷重配方原理”关键性指标后，使用正交试验法确定数组试验配方，通过择优调整法选出几个理想配方推入生产，进行对比试验，根据产品产量、质量确定最优配方。
配方确定系列方案见表1~6。
表1 传统理论配方化学组成
|
卫生瓷坯料 |
SiO2 |
Al2O3 |
MgO |
CaO |
Fe2O3 |
K2O+Na2O |
|
化学组成（%） |
64~70 |
21.25 |
1~1.3 |
0.5~0.6 |
<1.0 |
2.5~3.0 |
表2 试验配方坯料组成
|
卫生瓷坯料 |
高岭石类 |
石英类 |
伊利石类 |
熟料类 |
矿化剂类 |
|
坯料组成（%） |
45~50 |
20~25 |
18~25 |
5~8 |
1~3 |
表3 试验配方原料组成
|
试验配方 |
新安瓷石 |
新安邱沟土 |
新安高岭石 |
石英砂 |
熟料 |
滑石 |
|
原料组成（%） |
25~30 |
19~25 |
20~30 |
18~23 |
5~8 |
1~3 |
表4 试验配方原料化学组成
|
原料名称 |
化学组成% |
|
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
TiO2 |
CaO |
MgO |
K2O |
Na2O |
I·L |
|
章村土 |
41.88 |
40.92 |
0.36 |
0.43 |
0.66 |
1.37 |
5.95 |
2.85 |
4.94 |
|
大同土 |
43.44 |
39.44 |
0.27 |
0.09 |
|
0.24 |
0.38 |
|
10.07 |
|
石英 |
98.84 |
0.48 |
0.19 |
|
|
|
|
|
|
|
禹县土 |
46.15 |
32.58 |
1.32 |
1.02 |
1.27 |
0.43 |
0.7 |
0.74 |
16.16 |
|
介牌土 |
63.18 |
24.47 |
0.54 |
|
0.21 |
0.12 |
0.34 |
|
10.40 |
|
邱沟土 |
44.54 |
38.44 |
1.98 |
0.45 |
|
1.48 |
1.70 |
0.15 |
11.48 |
|
熟料 |
64.90 |
27.22 |
0.95 |
1.58 |
0.71 |
|
|
|
0.47 |
|
滑石 |
60.45 |
0.12 |
0.72 |
|
|
30.95 |
|
|
|
|
瓷石 |
79.62 |
10.01 |
0.16 |
0.22 |
|
0.12 |
8.41 |
0.13 |
0.18 |
|
新安高岭石 |
55.39 |
25.19 |
3.32 |
0.74 |
|
0.76 |
|
|
11.71 |
试验配方与生产配方釉式比较
生产配方 试验配方
表5 “粘土质陶瓷重配原理”关键性能指标确定
|
试验配方 |
SiO2 |
Al2O3 |
K2O+Na2O |
高岭土 |
伊利土 |
云母 |
石英 |
有机物 |
颗粒大小(<1μm) |
胶体指数 |
I·L |
|
关键性指标（%） |
62.5 |
22.8 |
2.70 |
35.3 |
6.2 |
4.3 |
24.5 |
0.38 |
28 |
3.12 |
7.83 |
表6 试验配方物理性能
|
类别 |
指标名称 |
单位 |
试验配方 |
|
浆料性能 |
球磨时间
料：球：水
细度
密度
流动度
厚化度
PH值
温度 |
h
万孔筛余%
g/cm3
s/100ml(孔径4mm)
30′/30″(100ml)
℃ |
12
1:2.0:0.43
0.8~1.2
1.7~1.74
23~30
1.88
8~9
25 |
|
坯品性能 |
可塑性指数
干燥敏感系数
总收缩率
干燥强度 |
%
%
kg/cm2 |
10
1.28
13±0.5
45 |
|
成瓷性能 |
吸水率
容重
耐压强度
抗折强度
平均膨胀系数
冲击韧性
抗裂性能 |
%
kg/m3
Mpa
Mpa
(200~700℃)
N·m/m2×103
110±3/3~5℃ |
0.04
2.3×103
3.65×102
3.9×10
3.0×10-6
2.193
一次不裂 |
试验配方由于大量采用瘠性原料，故原使用的一次加磨法不适应生产所需，现为二次加磨法，球磨效率达到最佳状态。为进一步提高泥浆悬浮性和稳定性，引入一定量的坯体增强流增强剂 。属一种有机化合物，具有显著增强、增塑作用，但在烧成过程中需加强氧化，防止黑心或起泡现象出现。在此次本地原料配方使用中除新安瓷石外，其余均属含铁钛量高的劣质高岭石，经试验表明：原料中所含的铁均属赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4）、黄铁矿（FeO）、铁锈等中强度铁质，这些铁质在高温烧成过程中参与反应，少部分难熔的铁质在1200左右能基本保持原晶相。但由于其它低熔点物质的熔融而粘附在铁质周围，使其磁性减弱，转变为弱磁性铁质。如果部分铁质处于液相包围之中成为包裹物，则变成无磁性铁质，而废瓷的要利用，这样易造成恶性循环，同时处于弱磁性物质（单位磁化率25×10-6~300×10-6）和无磁性铁质（单位磁化率<25×10-6）导致常规的永久磁铁和湿法除铁都很难除去，除以必须强化除去原料中的中强铁质，利用化学方法和工艺方法除去弱磁性减弱为无磁性的铁质。具体工艺处理如下：
（2） 保证在绝对的氧化气氛中烧成，使深棕色的铁钛尖晶石不易形成，所以要注意推车速度，防止过快，以免使坯料氧化不够。烧煤隔焰隧道窑窑内处于零压位，氧化气氛较易保证，但应防止跑烟造成还原气氛，而促使铁钛尖晶石的形成和长大。
实践证明，新安瓷石属一种优质矿物原料，经河南省多家厂家试验使用确定，该原料是日用细瓷、炻瓷、卫生陶瓷、陶瓷耐磨玻化砖等陶瓷行业坯用、釉用优质原料的首选用料。 信息来源：中国陶瓷信息资源网
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