粘土 相關資料

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1、 2.2.1 粘土 2.2.1.1 概況 粘土是一種或多種呈疏松或膠狀致密的水鋁硅酸鹽礦物，是多種微細礦物和雜質(zhì)的混合物。自然界中的粘土是多種含水鋁硅酸鹽礦物的混合物，外觀多為土狀或致密塊狀，呈白、黃、紅、黑、灰等多種顏色，顆粒細微，大多數(shù)均不大于2μm，晶體呈片狀、管狀、球狀以及六角鱗片狀等。 粘土的主體是由各類粘土的礦物組成，通常還含有雜質(zhì)礦物，如未風化的巖石碎屑、石英砂、長石、云母、方解石、黃鐵礦、有機物雜質(zhì)等。 自然界的粘土是由富含如長石、偉晶花崗巖等鋁硅酸鹽礦物的巖石經(jīng)過長期地質(zhì)年代的風化、水解、熱液蝕變等作用而形成的。例如： 2.2.1.3 粘土的組成 粘土的

2、組成包含化學組成、礦物組成和顆粒組成等三個方面。 1. 化學組成 由于粘土是由含水鋁硅酸鹽礦物組成的混合物，故粘土的主要化學成分為SiO2、Al2O3和H2O，同時還含有堿金屬氧化物（K2O、Na2O）、堿土金屬氧化物（CaO、MgO）、著色氧化物（Fe2O3、TiO2）以及燒失成分（機械結(jié)合水、化合水、有機質(zhì)、碳酸鹽、硫酸鹽等）。 根據(jù)粘土的化學組成可以初步判斷和估計粘土的一些性能。如粘土中Al2O3含量較高，雜質(zhì)含量較少時，原料耐火度較高且難以燒結(jié)；當粘土中SiO2較多時，說明該粘土中游離石英較多，砂性重，成型時可塑性較差；若粘土中K2O和Na2O總量大于2%時，燒結(jié)溫度較低；當F

3、e2O3含量大于0.8%時，制品白度降低，呈灰白色、黃色，甚至暗紅色。 2. 礦物組成 天然粘土通常并不是單一礦物，而是由多種礦物的混合物，只是其中一種是主要礦物。根據(jù)主要粘土礦物的不同，可將天然粘土分為高嶺石類、蒙脫石類和伊利石類三種。 （1）高嶺石類 高嶺石是一種常見的粘土礦物，其主要成分是高嶺石（Al2O3·2SiO2·2H2O），其中Al2O3 39.5%、SiO2 46.54%和H2O 13.96%，結(jié)構(gòu)式為Al4[Si4O10](OH)8。 高嶺石是高嶺土原料中的主要礦物成分。當高嶺土中的高嶺石礦物含量高，雜質(zhì)較少，耐火度也較高，燒成后顏色較白，高溫時莫來石發(fā)育較好，機械

4、強度、熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性均較好。但因其吸附能力弱，分散度較小，故其可塑性和結(jié)合性較差。 （2）蒙脫石類 蒙脫石又稱微晶高嶺石或膠嶺石，是一種常見的粘土礦物。以蒙脫石為主要礦物的粘土稱為膨潤土。呈白色或灰白色，有時因含雜質(zhì)而呈黃色、淺紅色、藍綠色等。比密度為2.2~2.9，硬度1~2。屬于單斜晶系晶體，其理論化學通式Al2O3·4SiO2·nH2O（n通常大于2），晶體結(jié)構(gòu)式為Al4(Si8O20)(OH)4·nH2O。 蒙脫石易于粉碎，顆粒細小，可塑性較強，遇水體積膨脹，干燥收縮率較大，干燥強度高，但含雜質(zhì)較多，收縮較大，故燒成溫度較低。在陶瓷生產(chǎn)中其用量一般控制在5%以下，否則，產(chǎn)品

5、易出現(xiàn)變形、開裂等質(zhì)量缺陷。 （3）伊利石類 伊利石類礦物又稱水云母類礦物，是由云母水解成高嶺石的中間產(chǎn)物。伊利石屬于單斜晶系，晶體呈厚薄不等的鱗片狀，有時有劈裂、折斷痕跡，也有呈板條狀。純的伊利石多呈白色，含雜質(zhì)時呈黃、綠、褐等色，比密度為2.6~2.9，硬度1~2。 伊利石類粘土一般可塑性較差，干燥強度低，干燥和燒成收縮均較小，燒結(jié)溫度低，燒結(jié)范圍窄。 3. 顆粒組成 粘土的顆粒組成是指粘土中含有不同大小顆粒的百分比含量。粘土中的粘土礦物顆粒較細，粒徑在2μm以下。當然，粘土種類不同，顆粒大小亦有區(qū)別，蒙脫石、伊利石類粘土的顆粒比高嶺石類粘土細小一些。 由于顆粒粒徑的差異，在工

6、藝上亦有不同。細顆粒粘土礦物，其表面積大，表面能較高，因此，粘土中的細粒礦物較多時，可塑性較強，干燥收縮大，干燥強度高，易于燒結(jié)成致密的坯體，有利于提高坯體的機械強度、白度、半透明度以及釉面光潔度和平整度。 2.2.1.4 粘土的工藝性能 粘土的化學組成、礦物組成和顆粒組成決定著粘土的工藝性能。 1. 可塑性 粘土與適量的水混合后形成泥團，在外力的作用下，泥團發(fā)生變形但不開裂，外力散去后，仍能保持原有形狀不變，粘土的這種性質(zhì)稱為可塑性。粘土的可塑性通常用塑性指數(shù)或塑性指標表示。 根據(jù)粘土的塑性指數(shù)或塑性指標的大小，可將粘土分為以下四類： （1）強塑性粘土：塑性指數(shù)＞15或塑性指標＞

7、3.6； （2）中塑性粘土：塑性指數(shù)7~15或塑性指標2.5~3.6； （3）弱塑性粘土：塑性指數(shù)1~7或塑性指標＜2.5； （4）非塑性粘土：塑性指數(shù)＜1。 在陶瓷生產(chǎn)中，通常采用以下幾種措施來調(diào)整粘土或坯料的可塑性：當需要提高粘土或坯料的可塑性時，可將粘土進行淘洗、風化或陳腐；增加粘土的細度，對泥料進行真空練泥；適當摻入高塑性粘土；增加適量的有機或無機塑化劑，如糊精、膠體SiO2、羧甲基纖維素鈉等；當需要降低粘土或坯料的可塑性時，可適量引入非可塑性物質(zhì)，如石英、瘠性粘土、熟料等。 2. 結(jié)合性 粘土的結(jié)合性是指粘土結(jié)合非塑性原料而形成良好的可塑泥團并且有一定的干燥強度的能力。粘

8、土的結(jié)合性對于半成品的干燥、修坯和上釉存在著重要的影響。粘土的結(jié)合性由其結(jié)合瘠性料的結(jié)合力的大小所決定的，而結(jié)合力的大小又和粘土礦物的種類、結(jié)構(gòu)等因素相關。一般來講，可塑性強的粘土，其結(jié)合力也大。 3. 觸變性 粘土泥漿或可塑泥團受到振動或攪拌時，粘度會降低，而其流動性則會增加，靜止后逐漸恢復原狀。此外，泥漿放置一段時間后，在保持原水分不變的條件下也會出現(xiàn)變稠和固化的現(xiàn)象。粘土的這種性質(zhì)稱為觸變性。 影響粘土的觸變性的因素主要有粘土的礦物組成、顆粒大小及形狀、水分含量、吸附離子的種類、水化性以及泥料或泥漿的溫度等。 在陶瓷生產(chǎn)中，希望泥漿有適當?shù)挠|變性。當泥漿觸變性大時，在管道中輸送時

9、會很不方便，注漿后的產(chǎn)品易發(fā)生形變；當泥漿觸變性過小時，則生坯強度較差，影響脫模以及精坯的質(zhì)量。 4. 收縮 粘土泥料在一定溫度下干燥時，由于顆粒間水分的排出，顆粒之間相互靠攏以及顆粒間距縮短而引起的體積收縮，稱為干燥收縮。干燥后的粘土泥料經(jīng)過高溫煅燒時，由于發(fā)生諸如脫水作用、分解作用、莫來石的生成、石英的晶型轉(zhuǎn)化、易熔雜質(zhì)的轉(zhuǎn)化以及各類熔融物填充質(zhì)點間空隙等一系列物理化學變化，使得粘土泥料進一步收縮，稱為燒成收縮。成型粘土樣品經(jīng)過干燥和煅燒后的尺寸總變化稱為總收縮。 影響粘土的收縮的主要因素包括粘土的組成、顆粒形狀、含水分量、離子交換能力以及其他工藝性質(zhì)等。粘土礦物組成與收縮的關系如2

10、.4所示。 粘土的收縮通常以線收縮和體收縮來表示，一般而言，體收縮約為線收縮的3倍大小。 表2.4 各類粘土的收縮范圍 粘土種類 線收縮（%） 干燥收縮 燒成收縮 高嶺石類 3~10 2~17 伊利石類 4~11 9~15 蒙脫石類 12~23 6~10 5. 燒結(jié) 粘土是由多種礦物混合而成的，沒有固定的熔點，而是在一定的溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。當粘土在加熱煅燒的過程中，到達一定溫度（800℃~900℃）后，繼續(xù)升高溫度時，粘土中低共熔物質(zhì)開始熔化，液相出現(xiàn)并逐漸增加，填充在固體顆粒之間，由于液相表面張力的作用，使得未熔顆粒進一步靠攏，引起體積急劇的收縮，氣

11、孔率下降，密度提高，這種對應體積開始急劇變化時的溫度稱為開始燒結(jié)溫度，如圖2.2中t1所示。當溫度繼續(xù)升高時，收縮將不斷增大至最大值，氣孔率降至最小值，密度達到最大值，粘土完全燒結(jié)，此時對應的溫度稱為燒結(jié)溫度，如圖2.2中t2所示。從粘土燒結(jié)完全開始，繼續(xù)升高溫度，出現(xiàn)一個體積密度和收縮相對穩(wěn)定的階段，此時，若繼續(xù)升高溫度，粘土試樣中的液相不斷增加，以至于使得試樣發(fā)生形變而不能保持原有形狀，試樣氣孔率增大，體積膨脹，出現(xiàn)這種情況的最低溫度稱為軟化溫度，如圖2.2中t3所示。一般將燒結(jié)溫度到軟化溫度之間的溫度區(qū)間稱為燒結(jié)溫度范圍，即t2→t3。 粘土中的化學組成和礦物組成是影響粘土燒結(jié)的主要因

12、素，如含堿性礦物較多、游離石英較少時，易于燒結(jié)且燒結(jié)溫度較低以及燒結(jié)范圍較窄。因此，不同產(chǎn)地、不同組成的天然粘土礦物的燒結(jié)溫度（t2）和軟化溫度（t3）以及燒結(jié)溫度范圍（t2→t3）均有較大的變化。 圖2.2 粘土燒結(jié)時的收縮率和氣孔率曲線 摘自：曹文聰, 楊樹森. 普通硅酸鹽工藝學. 武漢: 武漢工業(yè)大學出版社. 1997 2.2.1.5 粘土在陶瓷生產(chǎn)過程中的作用 粘土所具有的工藝性能是陶瓷生產(chǎn)過程中陶瓷成型、燒結(jié)的基礎。因此，粘土在陶瓷生產(chǎn)中起著十分重要的作用。 （1）粘土的可塑性是陶瓷制品得以成型的基礎； （2）粘土的結(jié)合性可以合理地將各種原料結(jié)合在一起，是設計和實現(xiàn)多種原料有效配合、成型的基礎； （3）加入適量粘土的注漿料以及釉料，呈現(xiàn)較好的懸浮性和穩(wěn)定性，使得漿料組成均勻，不至于發(fā)生沉淀分層和成分偏析； （4）粘土所具有的離子交換能力，使得可以通過添加電解質(zhì)而獲得流動性好、含水量適當?shù)臐{料； （5）粘土中Al2O3以及雜質(zhì)的含量是確定陶瓷坯體的燒結(jié)程度、燒結(jié)溫度和軟化溫度的主要因素指標； （6）粘土原料中Al2O3系陶瓷坯體生成莫來石晶體的主要成分。通過莫來石的形成及其含量的調(diào)控，可以獲得機械強度、介電性能、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性等性能均較好的陶瓷制品。