第七章陶瓷原料2022优秀文档

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,*,陶瓷原料按其来源可分为,天然原料,和,化工原料,两大类。人类最初使用的陶瓷原料是粘土。我们从天然原料中的粘土开始了解陶瓷原料。,7.1 粘土类原料,粘土是多种微细的矿物的混合体。它主要是由铝硅酸盐类,岩石经长期风化而成。,粘土：,东北的灰色、灰黄色粘土；,南方的红壤、黄壤,黄土：,主要分布在西北、华北,页岩、粉砂岩：,缺少粘土的山部地区,河泥、湖泥：,靠近江河湖海的地区,各种粘土情况千差万别，但在一定程度上它们或多或少,都有,可塑性,。这种性质是指把粘土细粉加水调匀后，可以塑,造成各种形状，干燥后维持原状不变，并且有一定强度。,（,1,）粘土类原料的种类,按成因分类,按可塑性分类,原生粘土,：质地较纯，颗粒稍粗，,可塑性较差，耐火度较高。,次生粘土,：颗粒细，杂质多，,可塑性较好，耐火度较差。,高塑性粘土,：分散度大，多呈疏松或板状，,如膨润土、木节土等。,低塑性粘土,：分散度小，呈致密块状或石状，,如叶腊石、瓷石等。,耐火粘土,：,耐火度在,1580,以上，杂质较少，灼,烧后多呈白色、灰色或淡黄色，为瓷,器、耐火制品的主要原料。,难熔粘土,：,耐火度为,13501580,，含易熔杂,质在,10,15,左右，可作陶器、耐酸,制品、装饰砖及瓷砖的原料。,易熔粘土,：,耐火度在,l 350,以下，含大量的各种,杂质，多用于建筑砖瓦和粗陶等制品。,按耐火度分类,按粘土的主要矿物,高岭石类粘土,蒙脱石类粘土,伊利石类粘土,（,2,）粘土类原料的组成,粘土是含水铝硅酸盐的混合体，,无固定的化学组成,。,化学成分：,SiO,2,、Al,2,O,3,、结晶水，同时含少量的碱金属,R,2,O,（,K,2,O,、,Na,2,O,）,与碱土金属氧化物（,CaO,、,MgO,），,以及着色氧化物,(,Fe,2,O,3,、,TiO,2,),等。,在自然界中粘土矿物很少以单矿物出现，经常是数种粘土,矿物共生形成的多矿物组合。根据结构与组成的不同，工业所,用粘土中的主要矿物可分为,高岭石类,、,蒙脱石类,及,伊利石类,。,高岭石,-,最常见的粘土矿物,组成：,A1,2,O,3,SiO,2,2H,2,O,晶体构造式：,A1,4,(Si,4,O,10,)(OH),8,晶体呈白色，一般是六方鳞片状、粒状、也有杆状的，,二次高岭土中的粒子不规则，边缘折断，尺寸也小。,高岭土的,吸附能力小，遇水不膨胀，可塑性和结合性较差，,杂质少，白度高，耐火度高,。加热至,400600,会排出结晶水,。,蒙脱石,以蒙脱石为主要矿物的粘土叫做,膨润土,。,化学通式：,Al,2,O,3,4SiO,2,nH,2,O(n,通常大于,2),晶体构造式：,A1,4,（,Si,8,O,20,）,(OH),4,nH,2,O,蒙脱石呈不规则细粒状或鳞片状，颗粒较小，一般,0,.,5,微米，结晶程度差，晶体轮廓不清。,颜色为白色或淡黄色。比重为,。,容易碎裂，颗粒微细，可塑性强，干燥后强度大，但干燥收缩也大。,蒙脱石中,A1,2,O,3,的含量较低，又吸附了其他阳离子，杂质较多,因此烧结,温度较低，蒙脱石的离子交换力很强。,吸水性很强，吸水后体积膨胀。,Montmorillon,伊利石,：一种云母类矿物,晶体构造式：,K,2,(AI,Fe,Mg),4,(Si,A1),8,O,20,(OH),4,nH,2,O,。,结构上，伊利石和蒙脱石相似。,电子显微显微图像一般呈带有尖角的片状。也有呈边界,圆滑的片状及板条状。,一般可塑性差、干后强度低，干燥收缩小、烧结温度低，,一般在,800,左右开始烧结，完全烧结在,10001150,。,粘土的颗粒组成,颗粒组成是指粘土中含有不同大小颗粒的百分比含量。,粘土矿物直径一般小于,12,微米,。颗粒组成对工艺性质的影,响如下：,粘土的细颗粒,(,1um,的颗粒,),愈多则可塑性愈强、,干燥收缩大、干后强度高，而且烧结温度低。,片状结构比杆状结构的颗粒堆积致密、塑性大、,强度高。,结晶程度差的颗粒可塑性也大。,测定粘土颗粒大小的方法有显微镜，电子显微镜，水簸法，,混浊计法，吸附法等。最常用的方法是,筛分析,(,以上,),与,沉降法,(,150um,),。,（,3,）粘土的工艺性质,粘土原料的工艺性质主要取决于其化学、矿物与颗粒,组成；粘土的工艺性质是工业生产中合理选择粘土原料的,重要指标。,可塑性,结合性,触变性,收缩 性,烧结温度与烧结范围,可塑性,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。,粘土坯料与可塑性的关系,塑性限度,(,塑限,),液性限度,(,液限,),塑性指数,相应含水率,以蒙脱石为主要矿物的粘土叫做膨润土。,滑石系天然产含水硅酸镁。,这些夹杂矿物主要有碳酸盐(白云石、方解石、菱,矿物共生形成的多矿物组合。,颗粒表面荷电是粘土产生触变性的主要原因。,粘土试样的总收缩St与干燥线收缩Sld与烧成线,碳化物因有高的结合强度，因而熔点和硬度高，其热涨系数较低，是很好的耐高温陶瓷原料。,状态存在，成为单独的矿物实体。,片状结构比杆状结构的颗粒堆积致密、塑性大、,在传统陶瓷生产中，除要用到上述三种基本组分外，还常会用到其它一些天然原料。,用其作陶瓷原料，可减少玻璃相和体积变化，提高陶瓷强度。,质量好的燧石也可作陶瓷原料。,860-976分解生成CaO和CO2可作引入CaO的原料。,滑石系天然产含水硅酸镁。,相应含水率,陶瓷生产中使用石英原料的技术要求：,铁和钛等着色氧化物较少。,难熔粘土：耐火度为13501580，含易熔杂,单斜晶系，成分上是钾长石或钾钠长石。,粘土：提供了可塑性，以保证成型的工艺要求。,5 微米，结晶程度差，晶体轮廓不清。,较多，约占配合料重量的6070以上。,化学通式：Al2O34SiO 2nH 2O(n通常大于2),在传统陶瓷生产中，除要用到上述三种基本组分外，还常会用到其它一些天然原料。,温度较低，蒙脱石的离子交换力很强。,水泥生产中不用此类原料。,陶瓷工业用的透辉石和锂辉石均属单斜晶系。,经煅烧处理后作混合材；,多，碱金属氧化物含量较高，,滑石系天然产含水硅酸镁。,结合性,结合性,：它是指粘土能结合非塑性原料形成良好的可塑泥团、,有一定的干燥强度的能力。,结合性与可塑性的关系,：一般情况下，可塑性强的粘土，,其结合性也大。,粘土的结合性的检测,：通常以能够形成可塑泥团时所加入标,准石英砂,(,颗粒组成为：毫米,70,，毫米,30,),的数量及干,后抗折强度来反映。,触变性,触变性,：粘土泥浆或可塑泥团在静置以后变稠或凝固，当受到,搅拌或振动时，粘度降低而流动性增加，再放置一段,时间后又能恢复原来状态，这种性质称为触变性。,产生触变性的原因,:,颗粒表面荷电是粘土产生触变性的主要原因。,此外,影响粘土颗粒电荷的各种因素，如矿物组成、颗粒大小和形状、水分含量、电解质种类与用量，以及泥浆,(,或可塑泥料,),的温度等也会对泥浆的触变性产生影响。,收缩,粘土和坯料的收缩分三种：,干燥收缩、烧成收缩和总收缩,。,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，,称为干燥收缩。,烧成收缩,：,干燥后的粘土经高温煅烧，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，称之为烧成收缩。,线收缩,S,1,可按下式计算：,S,1,=,（,L,o,L,1,）,/,L,o,100%,式中：,L,o,试样的原始长度；,L,1,试样干燥后或烧成后的长度。,体积收缩,S,v,可用下式计算：,S,v,=,（,V,0,V,1,）,/,V,0,100%,式中：,V,0,试样的原始体积；,V,1,试样干燥后或烧成后的体积。,粘土试样的总收缩,S,t,与干燥线收缩,S,ld,与烧成线,收缩,S,lf,之间的数学关系如下：,S,lf,=,（,S,t,S,ld,）,/,（,100-,S,ld,）,100%,测定收缩是研制模型及制作生坯尺寸放尺的依据。,烧结温度与烧结范围,粘土加热过程气孔率和收缩率的变化,1,气孔率；,2,收缩率,T,1,开始烧结温度,T,2,完全烧结温度,T,3,软化温度,烧结范围：,是指完全烧结,温度,T,2,与软化温度,T,3,之间,的温度范围。,耐火度,耐火度,：是指材料在高温作用下达到特定软化程度时的温度。,它反映了材料抵抗高温作用的性能。,粘土的耐火度主要取决于化学组成。,耐火度的测定,三角锥弯倒情况,1-,三角锥原貌,2-,三角锥顶点与底面接触,3-,三角锥弯倒过大,（,4,）粘土质工业废渣,某些工业废渣（如：,赤泥、粉煤灰、煤矸石,等）其化学成分与粘土相近，因此，它们可代替,天然粘土作硅酸盐工业生产的原料。,使用工业渣时要注意其成分的的波动。,名 称,主要来源,化学成分,用途,石 煤,煤矿生产废渣,以,SiO,2,、,Al,2,O,3,为主，少量,Fe,2,O,3,、,CaO,1.代替粘土配料；,2.经煅烧处理后作混合,材；,3.作沸腾燃烧室燃料，,其渣作水泥混合材。,煤矸石,低碳煤,赤 泥,烧结法从矾土中提取氧化铝时所排出的赤色废渣,与水泥熟料化学成分相比，,Al,2,O,3,和,Fe,2,O,3,含量高,CaO,含量低,可作湿法生产的粘土质原料。,粉煤灰,煤粉燃烧后粉状灰烬,以,SiO,2,、,Al,2,O,3,为主,1.作混合材料；,2.代替部分或全部粘土,参与配料。,炉渣,锅炉煤灰渣,（,5,）粘土原料的作用,在硅酸盐水泥生产中的作用,粘土主要提供,生成熟料矿物所需的,SiO,2,、,Al,2,O,3,以及,Fe,2,O,3,等成分。通常生产,1t,水泥熟料需要粘土质原料。,粘土质原料的,SiO,2,与,Al,2,O,3,和,Fe,2,O,3,之和之比为,；,通常粘土应尽量不含碎石、卵石；,应控制粘土中的碱含量；,粘土中氧化镁含量应小于,3%,；,粘土的工艺性能对水泥生产影响较大。,在陶瓷生产中的作用,粘土的可塑性、结合性，调水后成为软泥，能塑造成形，,烧后变得致密坚硬的性能，构成了陶瓷生产的工艺基础，赋予,陶瓷以成型性能与烧成性能，以及一定的使用性能。因而,粘土,是陶瓷生产的基础原料。,游离石英的影响；,含铁矿物的影响；,碳酸盐矿物和硫酸盐矿物的影响；,含碱矿物的影响。,淘洗除去,淘洗、电磁选矿除铁,在玻璃生产中的作用,质地较纯的高岭土可用于制造无碱玻璃、仪器玻璃。,7.2 石英类原料,石英是自然界中构成地壳的主要成分。部分以硅酸盐,化合物状态存在，构成各种矿物岩石。另一部分则以独立,状态存在，成为单独的矿物实体。虽然它们的化学成分相,同，均为,SiO,2,，但由于造岩成矿的条件不同，而有许多种,状态和同质异形体；又由于成矿之后所经历的地质作用不,同，而呈现出多种状态。,对于硅酸盐工业，石英是不可缺少的基本原料。,水晶,脉石英,石英岩,(,硅石,),砂岩,石英砂,硅砂,水晶,：最纯的石英晶体称为水晶。不作硅酸盐原料使用。,脉石英,：,SiO,2,含量高（,SiO,2,99%,），杂质少。,石英岩,(,硅石,),：石英岩含有一定量的杂质，,SiO,2,含量为,97%,左右。,砂岩,：是由粘土或其它物质胶结细粒二氧化硅晶体的水成岩石,称为砂岩。,SiO,2,含量,95%,。,石英砂,：石英砂又称硅砂，质地纯净的硅砂为白色，一般硅砂,因含有铁的氧化物和有机质，故多呈淡黄色、浅灰色或红褐色。,硅砂,：是理想的玻璃工业原料。,玛瑙,（,2,）,石英的组成,石英化学成分为,SiO,2,，,少量杂质成分，如,A1,2,O,3,、,Fe,2,O,3,、,CaO,、,MgO,、,TiO,2,等。,这些夹杂矿物主要有碳酸盐,(,白云石、方解石、菱,镁矿等,),、长石、金红石、板铁矿、云母、铁的氧化物,等。此外，尚有一些微量的液态和气态包裹物。,（,3,）,石英在加热过程中的晶型转变,石英是由,SiO,