原料(石英长石)全解课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,材料科学与工程学院,第二节 石英类原料,一、石英类原料的种类和性质,自然界中的SiO,2,结晶矿物统称为石英，俗称玛瑙、水晶。,在陶瓷、玻璃、耐火材料生产中采用得较多的石英类原料主要有脉石英、砂岩、石英岩、石英砂、硅藻土、隧石等。,SiO,2,存在的方式（地壳中丰度60）：由于地质产状不同，SiO,2,呈现为多种状态：,1、以硅酸盐矿物的形式存在，构成矿物岩石,2、以独立状态存在，单矿物实体，其中结晶态二氧化硅统称为石英。,石英,水晶结晶良好的,石英,水晶结晶良好的石英,石英砂,硅砂，白色，淡黄色、浅灰色或红褐色。,优质的硅砂：玻璃工业原料。成分主要是SiO2,并含有少 量的A1,2,O,3,、K,2,O、Fe,2,O,3,等杂质，而Fe,2,O,3,、Cr,2,O,3,和TiO,2,等 是极其有害极其有害的成分。,耐火度,是指材料在高温作用下达到,特定软化程度的温度，表征材料抵,抗高温作用的性能,脉石英,致密结晶态，火成岩。,外观特点：纯白，半透明呈油脂光泽，断口呈贝壳状。,SiO,2,99%，是生产日用细瓷、耐火硅砖、釉料的良好原料。,砂 岩,碎屑沉积岩，石英颗粒由胶结物结合，根据胶结物不同分为：,石灰质砂岩，粘土质砂岩，石膏质砂岩，云母质砂岩，硅质砂岩,。,陶瓷中仅用：硅质砂岩。,SiO,2,含量 90 95%。,石英岩,硅质砂岩经变质作用，石英颗粒再结晶形成的岩石。,外观特点：灰白色，光泽鲜明，断面致密，强度大，硬度高。,SiO,2,97。,用于制作高级玻璃和陶瓷。,其它,玉髓、燧石、玛瑙：硬度高，可作研磨材料，砌筑球磨机内衬，研磨体球石用。,球形石英（俗称鹅卵石）：杂质有限、硬度高和外形圆滑，用作研磨球石。,自然界中尚存在有无定形的非晶质SiO,2,，如外观为致密块状或钟乳状的蛋白石（SiO,2,nH,2,O），由硅藻的遗骸沉积所形成的硅藻土（含水 SiO,2,）等。,SiO,2,物理性质,外观：,视其种类不同而异，大多呈乳白色，有的呈灰白色，半透明状态，断面具有玻璃光泽或脂肪光泽。,硬度：,莫氏硬度为7。,密度：,晶型不同密度不同，变动范围2.222.65。,化学稳定性：,具有强耐酸侵蚀力（除HF外）；与碱作用，生成可溶性硅酸盐；与碱金属氧化物作用生成硅酸盐与玻璃态物质。,熔融温度范围：,1400,C,1770,C,，由SiO,2,的形态和杂质含量决定。,莫氏硬度,1.滑石 2.石膏 3.方解石,4.萤石 5.磷灰石 6.正长石,7.石英 8.黄玉 9.刚玉,10.金刚石,二、石英的晶型转化,重建性,位,移,性,石英晶型转变温度和体积变化情况,高温型的迟缓转化（横向转化或一级转化）,由表面向内部逐步进行，结构变化。因为形成新的稳定晶型，所以需较高的活化能；转变速度慢；体积变化较大，所以需较高温度及较长时间。,低温型的迅速转变（纵向转变或二级转变）,由表及里瞬间同时转化，体积变化小，结构不特殊变化，位移型转变（键之间的角度稍做变动为位移型转变），易进行，且转化可逆。,自然界中石英大部分以,石英,存在，很少以鳞石英或方石,英的介稳状态存在。,石英多晶转变的体积效应：,一级转变的体积变化大，但由于其,转化速度慢,，体积效应小，,且在高温下有液相存在，对坯体,影响不大,。,二级转变的体积变化小，但,转化速度快,，瞬间完成，体积效,应大，无液相，对坯体影响大，必须,严格控制,。,石英预烧，利于粉碎：1000,C,煅烧,急冷,变松，利用,石英573,C,晶型转化时的体积变化效应。,陶瓷的烧成过程，必须注意升降温速度的问题，之所以要控制升降温速度就是由于一些原材料在加热或冷却过程中伴随着体积的膨胀或收缩。如果控温不当，这些膨胀或收缩在极短的时间完成，会造成坯体或制品开裂。,SiO,2,晶型转化与生产应用,耐火材料中加入矿化剂。,三、石英类原料的作用,石英类原料的应用领域、主要作用和品质要求：,第三节 长石类原料,自然界中长石的种类很多，归纳起来都是由以下四种长石组合而成：,钠长石(Ab)NaAlSi,3,O,8,或Na,2,OAl,2,O,3,6SiO,2,钾长石(Or)KAlSi,3,O,8,或K,2,OAl,2,O,3,6SiO,2,钙长石(An)CaAl,2,Si,2,O,8,或Ca OAl,2,O,3,2SiO,2,钡长石(Cn)BaAl,2,Si,2,O,8,或BaOAl,2,O,3,2SiO,2,长石是架状结构的碱金属或碱土金属的铝硅酸盐。,一、长石原料种类和性质,钠长石,钾长石,钙长石,钡长石,钾长石 KAS,6,：,115020分解为白榴子石，1530 全部熔融，熔融温度范围宽，高温粘度大，随温度升高粘度下降慢。,钠长石NaAS,6,：,1120 开始熔融，钠长石的开始熔融温度比钾长石低，熔化时没有新的晶相产生，液相稳定，粘度低，易引起产品变形；,钙长石CaAS,2：,熔点高达1550，熔融范围窄，熔体不透明，粘度小，冷却易析晶，化学稳定性差，配制的瓷料机械强度大。,钡长石 BaAS,2：,熔点高达1725，熔融范围不宽，普通陶瓷不采用，可人工合成，电学性能好。,混熔特性：,几种基本类型的长石，由于其结构关系，彼此可混合形成共熔体，钾钙不共熔。,钾长石+钠长石：,钾长石和钠长石常以固熔体存在,钾长石和钠长石高温互溶，低温分离；据含量不同，晶体折射率不同；钾钠长石的固熔体，钠长石含量少时形成晶斑；含量多时，形成条纹。,实际生产中，常用的为钾钠长石。所谓的钾长石指以钾长石为主的的钾钠长石。所谓的钠长石指以钠长石为主的钾钠长石。,钾钠长石的命名方法：,钠长石含量 50%透长石,钠长石含量 30%正长石,钠长石含量 20%微斜长石,钠长石+钙长石：,钠长石和钙长石高温下任意比互溶，低温下也不分离。,钠长石和钙长石命名方法：,钠长石,90%,钠长石,钙长石,90%,钙长石,其余称,斜长石,。,钾长石+钙长石：,钾长石和钙长石的固溶性差，小于10%，在任何温度下几乎不互溶。,长石的种类及性质,二、长石的作用,玻璃和陶瓷工业的主要原料之一。,玻璃中：引入Na,2,O、K,2,O，减少了纯碱用量；,陶瓷中：熔剂性矿物，降低陶瓷产品的烧成温度；在釉料和色料中，它又是形成玻璃的主要成分。,长石在陶瓷及玻璃工业中的主要作用和品质要求简表,长石是陶瓷、玻璃生产中主要熔剂性原料，一般用作坯料、釉料、色料熔剂等的基本成分，用量较大，是日用陶瓷的三大原料之一。长石在坯料和釉料中做为主要成分，起熔剂的作用。,为使坯体既易烧结，又不变形，则希望长石有,较低的熔化,温度，,较宽,的熔化温度,范围,。,为使釉料在坯料烧结温度下成熟，要求釉料具有较高的始熔温度，较宽的熔融温度范围。,这就要求在烧成过程中，长石既具有良好的熔剂作用（即较高的溶解其它物质的能力），又使熔融液相具有,较高粘度,（坯体不易变形坍塌；釉料不易流釉）。,通常在陶瓷配料中主要使用钾长石，玻璃中使用钠长石。,第四节 钙质原料,、钙质原料的种类和性质,硅酸盐水泥、陶瓷和玻璃,常见钙质原料的种类和性质下表：,硅灰石的工艺特性,硅灰石的工艺特性有：具有针状晶形，甚至细小的颗粒也呈纤维状，纤维的长度与其直径之比通常为78:1，有的可达1520:1；具有内在的助熔性质，是一种天然低温助熔剂；不含化学结晶水和碳酸盐，烧火量小，在焙烧过程中可减少产生排气现象，具有稳定的物理化学性能，硅灰石的吸水率和吸油率低，100g吸收2060mg；具有良好的介电性能和较高的耐热性能,表1-1-7 常见钙质原料的种类和性质,二、钙质原料在生产中的作用及其品质要求,水泥：生产1t水泥熟料需要约1.21.3t石灰石干原料。方镁石膨胀造成的水泥安定性不良，石灰石中氧化镁的含量小于3.0%。,陶瓷：较纯，熔剂矿物，降低烧成温度。硅灰石还可作为日用瓷、低损耗无线电陶瓷、火花塞及磨具、釉料等的主要原料。快速烧成。,玻璃：增加化学稳定性和机械强度。CaO含量大于50%，有害着色物质Fe,2,O,3,的含量小于0.15%。,三、钙质工业废渣,电石渣、糖滤泥、碱渣、白泥等都可在水泥生产中使用。,表1-1-8 水泥工业钙质原料的质量指标,第五节 镁质原料,镁质耐火材料、镁质胶凝材料的主要原料，陶瓷和玻璃工业常用的熔剂原料之一。,常见种类和性质如下：,表1-1-10 常用镁质原料的种类和性质,菱镁矿,作用：,用菱镁矿部分取代长石，可降低坯料的烧成温度，并减少液相量。,提高坯体的半透明性，机械强度。,釉料中，加入菱镁矿引入,MgO,，作用与滑石类似，可加宽釉料的熔融温度范围，改善釉层的弹性，稳定性。,应用：,电子工业用的镁质瓷，其他陶瓷坯料很少用，常用滑石引入MgO。,陶瓷工业：熔剂原料、镁质瓷。,白云石,在陶瓷工业中，白云石的使用能同时引入CaO及MgO。,作用：,一般起熔剂作用,降低烧成温度，促进石英的转化与莫来石的形成，加入釉中可提高透光性，不易乳浊。,透辉石,在坯体中作用,低温快烧,降低烧成温度：,降温幅度,150,200,。,快速烧成：,针状、柱状等晶型提供坯体水分快速逸通路,，可快速干燥；不含有机物、结晶水、吸附水等，无明显吸热、放热效应，不发生快速相变，膨胀系数小,能够快速烧成。,减少烧成收缩：,透辉石质面砖烧成收缩约为,0.3,0.5,，而普通釉面砖的收缩率为,1,1.5,左右。,提高机械强度：,透辉石质釉面砖主要以透辉石、石英为骨架，钙长石、方石英及少量的莫来石与玻璃体填充空隙而构成交织结构，因而使制品具有较高的机械强度。,热稳定性好：,坯釉料结合较好。,熔剂：,降低烧成温度，在较低温度下形成液相，促进莫来石的生长，同时扩大烧成温度范围。,坯体中加入滑石，提高坯体白度，透明度，机械强度，和热稳定性。,釉中加入滑石，提高釉的弹性，热稳定性，加宽釉的熔融温度范围。,应用：,日用瓷，釉面砖，电瓷（滑石瓷），堇青石质陶瓷，或堇青石质窑具。,滑石 作用,注意事项,由于滑石多数是片状结构，破碎时易呈片状颗粒，使得挤压成型时，坯料中的滑石易按一定方向排列，烧成时不同方向收缩不一致而引起开裂。针对原料这种特性，为了保证产品的质量，工厂中常采用的办法是：,1)采用几种不同类型或不同地区的滑石原料同时配料，利用原料本身结构性质的差异，来补偿或抵消单一原料结构上的缺陷。,2)将滑石预烧，再行粉碎。这样可以破坏滑石原有的片状结构，同时可减少收缩、降低介电损失、提高抗折强度。预烧的温度随原料组织结构而有不同，一般在1350左右。,耐火材料工业：镁砖、镁质耐火制品、白云石耐火材料。,玻璃生产中：白云石和菱镁矿引入MgO的主要原料。改善玻璃成形性能，提高玻璃的化学稳定性和机械强度。,水泥工业中：菱镁矿、白云石等镁质原料在适当温度煅烧分解后可获得活性较高的MgO，与水或氯盐作用，生成具有一定强度的水硬性镁质胶凝材料。,第六节 其它原料,地壳中的含量15.34。来源：铝土矿、高岭土等矿物。,1.氧化铝(Al,2,O,3,),1、氧化铝的主要晶型 -Al,2,O,3,：三方柱状晶体：O,2-,六方紧密堆积，Al,3+,填充个O,2-,围成的八面体中心。由于Al,3+,与O,2-,个数比例为2:3，所以Al,3+,只能填充O,2-,八面体空隙的2/3；高温稳定型，熔点高，硬度大（9），耐化学腐蚀，优良的介电性能。,-Al,2,O,3,：含碱金属（碱土金属）的铝酸盐的总称。用,RO6A1,2,O,3,和R,2,O11A1,2,O,3,表示。,2.助熔剂（碱金属氧化物）,3.含硼原料(B,2,O,3,),4.辅助原料,澄清剂,着色剂,脱色剂,乳浊剂,5.碎玻璃、稀土元素氧化物在玻璃生产中应用,目的：,原料预处理：,预烧、破碎、筛分、除铁等。,第七节 原料预处理,一 预烧,1.,原因：,多种结晶型态,，晶型转变时，必然会有体积变化；,特殊结构,，不易磨细，片状结构，定向排列，收缩不一样;,原料灼减量,较大则烧成时收缩较大，也会引起开裂、变形。,2.,预烧作用,