原料的选择及加工处理Word下载.docx

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粘土是自然界中硅酸盐岩石（主要是长石）经过长期风化作用而形成的一种疏松的或呈胶状致密的土状或致密块状矿物，是一种或多种含水铝硅酸盐矿物的混合体。

1、粘土的成因和分类

（1）粘土的成因

各种富含硅酸盐矿物的岩石经风化、水解、热液蚀等作用都可以变成粘土。

（2）粘土的分类

①按成因分类

一次粘土：

又称残留粘土或原生粘土，即母岩经风化崩碎后就地残留下来的粘土。

特点：

质地较纯，耐火度较高，但颗粒较粗，可塑性较差。

二次粘土：

又称沉积粘土或次生粘土，是由风化而成的一次粘土经雨水、河川的漂流及风力作用，而迁移在低洼的地方沉积形成的粘土层。

特点：

颗粒细小，可塑性强，耐火度较低，常因混入呈色杂质而带各种颜色。

②按耐火度分类

耐火粘土：

耐火度在1580℃以上。

难熔粘土：

耐火度在1350~1580℃之间。

易熔粘土：

耐火度在1350℃以下。

③按可塑性分类

高塑性粘土：

颗粒较细，水中易分散，可塑性好，呈疏松状。

如：

膨润土、木节土。

低塑性粘土：

水中不易分散，较坚硬，可塑性较小，呈致密块状。

叶腊石、瓷石

2、粘土的组成

（1）粘土的化学组成：

主要成分是SiO2，Al2O3和结晶水，同时含有少量碱金属氧化物（K2O，Na2O）；

碱土金属氧化物（CaO，MgO）；

着色氧化物（Fe2O3，TiO2）等。

（2）粘土的矿物组成

高岭石类（Al2O3·

2SiO2·

2H2O）：

最常见的粘土矿物，由其作为主要成分的纯净粘土称为高岭土。

吸附能力小，可塑性和结合性较差，杂质少，白度高，耐火度高。

蒙脱石类（Al2O3·

4SiO2·

nH2O,n>

2）：

遇水体积膨胀形成胶状物，具有很强的吸附力和阳离子交换能力，以蒙脱石为主要矿物的粘土称为膨润土，其颗粒细小，可塑性极强，能提高坯料可塑性和干坯强度，但杂质较多、收缩大、烧结温度低，坯料中膨润土的用量一般为5%以下。

伊利石类（K2O·

3Al2O3·

6SiO2·

2H2O·

nH2O）：

又称水云母，一般可塑性低，干燥后强度小，干燥收缩小，烧结温度较低，一般在800℃左右开始烧结，完全烧结温度在1000～1150℃。

（3）粘土的颗粒组成

粘土的颗粒组成是指粘土中含有不同大小颗粒的百分含量。

粘土矿物颗粒较细，一般直径在2µ

m以下。

蒙脱石、伊利石类粘土的颗粒比高岭石类粘土细小。

粘土颗粒越细，可塑性越强，干坯强度、干燥收缩也越大。

3、粘土的工艺性能

（1）可塑性：

是指粘土与适量水混练后形成的泥团，在外力作用下，可塑造成各种形状而不开裂，当外力除去以后仍能保持该形状不变的性能。

可塑性指数：

粘土的液性限度（由塑性态进入流动态的最高含水量）与塑性限度（由固体态进入塑性态的最低含水量）之间的差值。

可塑性指标：

指在工作水分下，泥料受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积。

强塑性粘土：

指数>

15指标>

3.6

中塑性粘土：

指数7~15指标2.5~3.6

弱塑性粘土：

指数1~7指标<

2.5

非塑性粘土：

指数<

1

（2）结合性：

指粘土结合瘠性原料后仍可形成可塑泥料并具有一定干坯强度的能力。

一般可塑性强的粘土其结合力也大。

（3）离子交换性：

粘土颗粒因表面层的断键和晶格内部离子的不等价置换而带电，它能吸附溶液中的异性离子，这种被吸附的离子又可被其他相同电荷的离子所置换，这种性质称为粘土的离子交换性。

交换容量：

PH=7时100克干粘土所吸附能交换的阳（或阴）离子的物质的量。

（4）触变性：

粘土泥浆或可塑泥团当受到振动或搅拌时，粘度降低而流动性增加，静置后逐渐恢复原状。

此外，当泥浆放置一段时间后，在原水分不变的情况下出现变稠和固化现象，这种性质称为触变性。

厚化度（或稠化度）：

以泥浆粘度变化之比或剪切应力变化的百分数表示。

（5）收缩性：

干燥收缩：

粘土经110℃干燥后，由于自由水及吸附水排出所引起的颗粒间距离减小而产生的体积收缩。

烧成收缩：

干燥后粘土经高温煅烧，由于脱水、分解、熔化等一系列的物理化学变化而导致的体积进一步收缩。

总收缩：

试样经干燥、煅烧后的尺寸总变化。

（6）烧结性能

开始烧结温度：

当粘土在煅烧过程中，温度超过800～900℃以上时，低共熔物出现，并填充在固体颗粒之间，由于其表面张力的作用，使固体颗粒进一步靠拢，引起体积急剧收缩，气孔率下降，密度提高，这种开始急剧变化时的温度叫开始烧结温度。

烧结温度：

当温度继续升高时，收缩将不断增大，气孔率不断降低。

当密度达到最大值时，称为完全烧结，此时的温度叫烧结温度。

软化温度：

从粘土试样完全烧结开始，温度继续上升，会出现一个体积密度及收缩较稳定的阶段。

持续一段时间后，如再继续升温，试样中的液相不断增多，以至于不能维持试样原有形状而变形，此时因发生一系列化学变化，使试样内气孔率增大，出现了膨胀现象。

出现此情况的最低温度就叫软化温度。

烧结范围：

通常将烧结温度到软化温度之间试样处于相对衡定的阶段的温度区间称作烧结范围。

（7）耐火度：

系粘土原料抵抗高温作用不致熔化的能力。

它反映了材料在无荷重时抵抗高温作用

的稳定性。

耐火度的测量见下图

图试样的耐火度测定

1-熔融开始之前；

2-开始熔融，顶端融及底座，到达耐火度；

3-高于耐火度的温度下全部熔融

（二）石英类原料

1、石英的种类

自然界中的SiO2结晶矿物统称为石英，常用的石英类原料有：

脉石英：

由含二氧化硅的熔融岩浆充填于地壳表层的岩隙中经急冷凝固成为致密状结晶态石英，并呈矿脉状产出。

SiO2含量可高达99%，杂质很少，外观呈白色，半透明，有油脂光泽，硬度高，是陶瓷秞料和优质玻璃的好原料。

砂岩：

石英颗粒被胶结物胶结而成的一种碎屑沉积岩。

SiO2含量为90~95%，多呈白、黄、红等颜色。

石灰质、粘土质、石膏质、硅质砂岩等。

石英岩：

系硅质砂岩经变质作用，石英颗粒再结晶的一种变质岩。

SiO2含量为97%以上，外观呈灰白色，有鲜明光泽，硬度高，断面致密。

石英砂：

是由含硅高的岩石（如花岗岩、正长岩等）风化而成碎屑，经流水搬运，在河流、湖泊、海滨沉积而成。

其粒细，不用破碎，但杂质含量多，成份波动大。

硅藻土：

由吸收溶解于水中的部分二氧化硅的微细硅藻类水生物死亡后演变而成的产物。

质轻多孔，吸水和吸附能力强，熔点高，常用于隔热和隔音材料。

燧石：

含SiO2溶液经化学沉积在岩石夹层或岩石中的隐晶质SiO2。

2、石英的性质

石英的外观因种类不同多呈乳白色、灰白色、半透明状，其断面具玻璃或脂肪光泽，莫氏硬度为7。

密度波动于2.22～2.65，熔点1710℃，热膨胀系数小，传热性差，不导电。

在常压下石英有七种结晶态和一个玻璃态，这些晶态在常压和在一定的温度条件下其结晶型态、结构会互相转化，并伴有体积会发生变化。

（三）长石类原料

长石是一种常见的造岩矿物，约占地壳总质量的50%。

结构：

属空间网架结构硅酸盐。

化学组成：

碱金属或碱土金属的铝硅酸盐，主要是含钾、钠、钙和少量钡的铝硅酸盐。

1、长石的种类

正长石亚族：

正长石亚族是钾、钠长石的连续类质同相系列，含正长石、透长石、微斜长石。

正长石：

解理面交角为直角。

理想化学组成同钾长石。

常混入Na2O，CaO等。

透长石：

正长石的高温变体（>

900℃）。

微斜长石：

解理交角呈89º

40'

，含Na2O,含量超过K2O时称钠微斜长石或歪长石。

斜长石亚族：

钙、钠长石的连续类质同相系列。

解理面交角86º

，化学组成为（100-n）Na[AlSi3O8]~nCa[Al2Si2O8]，其中n＝0~100。

此外,往往有钾长石以类质同相混入物存在。

钡长石亚族：

是钾、钡长石类质同相系列，解理面交角近90º

。

2、长石的性质

钾长石：

具有很宽的熔融范围（1150℃~1530℃），熔化转变成白榴石（K2O·

Al2O3·

4SiO2）和氧化硅。

高温下钾长石熔体的粘度很大，且随温度的增高降低得很慢。

钠长石：

钠长石的熔化温度较低，约1120℃，熔化时无新相产生，液相的组成与晶相相同，粘度较低。

在烧成过程中易引起坯体变形，但有利釉面的平整度。

与钾长石相比较，能迅速烧结和熔融，并能大量溶解石英和粘土。

钙长石：

钙长石的熔点较高（1550℃），熔融温度范围窄，高温下熔体不透明，粘度也小，故斜长石在陶瓷生产中多不采用。

钡长石：

钡长石的熔点更高（1710℃），熔融温度范围不宽，普通瓷制品不选用。

但其电学性能好，特别是介电损耗低，是无线电陶瓷的主要原料。

人工合成原料

应用较广泛的有氧化铝、氧化锆、莫来石、碳化硅、氮化硅、碳化硼、塞龙（Sialon）材料等。

塞龙材料是以组成这种材料的四种元素（Si，Al，O，N）的符号首字母来命名的，化学式为Si6-nAnlOnN8-n，当n=4.2时可得到一种单相固溶体—β相赛龙，β—赛龙可由细分散的SiN粉、Al粉和刚玉粉的混合物在1800～1900摄氏度，100～300MPa下热压产生。

赛龙材料高温时强度高，耐氧化、热膨胀性小、导热性中等，有较好的稳定性和耐磨性而成为一种新型的高温结构材料。

人工合成新原料正在不断出现，在许多无机非金属新材料中得到了广泛的应用。

工业固体废料

工业固体废料主要有粉煤灰、炉渣、矿渣、煤矸石、尾矿及其它工业固体废料，在新型建筑材料特别是墙体材料中得得到广泛应用。

结合剂原料和添加剂原料

分无机粘结剂、有机粘结剂、复合粘结剂三种，各类添加剂原料种类更多，将在后续章节中分别介绍。

二、原料选择的依据

大多数无机非金属材料是由上述多种原料制成的。

为了在选用原料时做到主次分明，也可以把原料大致分为主要原料（基本原料）、辅助原料和结合剂（粘结剂）及添加剂。

主要原料是形成材料产品使用性能的基础，辅助原料用于协助主料达到或改善材料产品的使用性能，并在工艺过程中发挥调节作用。

结合剂一般用于改善材料的成型条件，使坯体或制品形成一定的形状。

添加剂主要用于对制品性能和外观特征进行局部性调整（如着色等）。

无机非金属材料的结合剂和添加剂可以是无机的，可以是有机的，也可以是金属的。

原料选择的依据是：

（1）原料的选用既要考虑其化学组成和结构特性，还必须充分考虑或利用物相在制造和使用过成中的晶形、体积变化和与介质的化学反应。

很多天然原料，如二氧化硅、氧化铝、氧化锆、蓝晶石、蛭石等在加热或冷却过程中伴随有晶形变化和体积变化。

ZrO2在室温下的稳定晶形为单斜晶体，但在1000oC以上转变为四方晶形，伴随有很大的体积变化。

石英在不同的温度下具有多种晶形变化和体积变化，这种变化对材料性能都会产生一定的影响。

故要注意各种原料在生产过程中的相变和体积变化及对材料性能的影响。

（2）