《原料天然原料》PPT课件.ppt

无机材料工程（天然矿物原料）,主讲人：封鉴秋,3.无机材料工业常用原料 3.1 天然矿物原料3.1.4 钙质原料 钙质原料是制造硅酸盐水泥、石灰、耐火材料的主要原料，也是陶瓷、玻璃等引入CaO成分的矿物质。常见钙质原料的种类、基本性质和典型用途见表2.1。表2.1 常见钙质原料的种类、基本性质和典型用途,石灰石 石灰石是石灰岩的俗称，它是由方解石组成的一种碳酸盐的沉积岩.大理石是经过变质作用再结晶、外观呈现颗粒状的石灰岩。石灰岩按矿床类型可分为纯石灰岩和含白云质石灰岩。石灰石主要用于作为水泥工业中的石灰质原料。石灰石一般在700左右开始分解，800分解剧烈，930950分解完毕。反应式为 CaCO3CaO+CO2 生石灰经加水消化即成为消石灰，在耐火材料工业中，消石灰用做生产硅砖的矿化剂和提取海水氢氧化镁的沉淀剂。,汉白玉蓝田玉,阿富汗玉-白菜,阿富汗玉,白云石（MgCO3.CaCO3）中国白云石矿产资源遍布各省，其中尤以辽宁大石桥、海城一带出产最多。与白云石共生的矿物主要是方解石、菱镁矿，因而经常按白云石的CaO/MgO比值进行分类。在中国辽宁大石桥有大型镁质白云石矿，已探明的储量达1.4亿吨。白云石、方解石、菱镁矿。用冷稀盐酸检验：菱镁矿不溶解不发泡，白云石缓慢发泡和溶解，方解石发泡并溶解。,表2.3 白云石原料的化学成分白云石的加热分解分两个阶段进行，790左右白云石中的MgCO3先行分解；940左右CaCO3和残存的MgCO3分解。,3.2 粘土类原料(铝硅酸盐类原料)粘土是一种含水铝硅酸盐矿物，是由地壳中含长石类岩石经过长期风化和地质作用而生成的.传统陶瓷坯料中粘土类原料总量可达4070%。粘土也是水泥生产的主要原料之一，1吨水泥熟料需要0.2-0.3吨粘土类原料。质纯的高岭土可生产粘土质耐火材料。粘土是多种微细的矿物的混合体。有白色、灰色、黄色、黑色、红色等多种；有的粘土柔软，有的则成石块状；,一般来说，粘土应具有以下四个基本特征：组成粘土的矿物颗粒很细小，主要由直径2m的粘粒组成。一切粘土均含大量的粘土矿物。具有独特的物理化学和工艺性质，如可塑性、粘结性、稀释性、烧结性、耐火性及吸水膨胀性等.粘土固结以后，可形成泥岩、页岩、泥板岩等半硬质岩石。,3.1.1 粘土的成因与分类 粘土主要是由铝硅酸盐类岩石（火成的、变质的、沉积的）如长石、云母等经过长期风化而成。钾长石的风化主反应为:K2OAl2O36SiO2+2H2O+CO2 Al2O32SiO22H2O+4SiO2+K2CO3 K2CO3是可溶盐会被雨水冲走，余下的主要是高岭石和石英。,一次粘土-母岩（生成粘土的原始矿物）风化后残留在原地所形成的粘土称为一次粘土(也称为原生粘土)。杂质较少，颗粒较粗，可塑性相对较差，烧结温度较高.二次粘土-母岩风化后，受水力，风力的作用，被搬运到其它地方沉积下来，由此而形成的粘土称为二次粘土（或次生粘土、沉积粘土）。,3.1.1.1 粘土的组成(1)粘土的化学组成 主要是SiO2、Al2O3，主要来源于粘土矿物。分析项目为SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O及烧失量九项；粘土的化学组成在一定程度上反映其工艺性能。SiO2含量多，游离石英多时，可塑性低，但收缩小。若含有一定量的K2O、Na2O，则烧结温度较低。Al2O3含量高说明难以烧结，若同时K2O、Na2O等碱性氧化物含量又低，则说明该粘土为耐火粘土。,Fe2O3和TiO2影响陶瓷产品烧后的颜色，呈浅黄或浅灰；钙和镁的化合物会降低粘土的耐火度,缩小烧结范围。有机物质多,吸水性强的粘土其可塑性高,干燥强度大,但收缩也较大。(2)粘土的矿物组成粘土矿物组成包括粘土矿物和杂质矿物两部分。粘土矿物 高岭石类(Al2O32SiO22H2O）这一类有高岭石、珍珠陶土、迪开石与多水高岭石。主要由高岭石构成的粘土称为高岭土。,蒙脱石（微晶高岭石）类(Al2O34 SiO22H2On H2O)主要由蒙脱石构成的粘土称为膨润土。水云母（伊利石）类（白云母 K2O3Al2O36 SiO22H2O）有水白云母、水云母，绢云母等。由它们构成的粘土称为水云母质粘土或绢云母质粘土，如我国江西、安徽等省所产瓷石即属此类。叶蜡石类（Al2O34SiO2H2O）叶蜡石因某些性质近于粘土而划归粘土之列。叶蜡石脱水平缓，脱水温度范围宽，而且脱水时略微膨胀，适合于配制快速烧成坯体。我国著名的叶蜡石矿有福建的寿山石，浙江的青田、昌化、温州等叶蜡石等。,杂质矿物 石英：（SiO2）常呈游离的砂粒状存在，颗粒较大。铁质矿物有褐铁矿(Fe2O3nH2O),赤铁矿(Fe2O3),黄铁矿(FeS2),菱铁矿(FeCO3)，磁铁矿（Fe3O4）等。铁质矿物影响陶瓷烧后色泽、制品的介电性能、化学稳定性等。碳酸盐及硫酸盐有方解石（CaCO3）、菱镁矿（MgCO3）、石膏（CaSO42H2O）、明矾石（K2SO4Al2(SO4)36H2O）及可溶性硫酸盐K2SO4，Na2SO4等。含碱矿物 主要是长石类，云母类矿物，它们的熔剂作用强烈，会大大降低烧成温度。,3.1.1.2 几种典型粘土(1)高岭土 高岭土一词源于我国景德镇附近的高岭村。国际上把这类制瓷的粘土称为高岭土。高岭土的主要矿物是高岭石。其化学通式为：Al2O32SiO22H2O；如我国著名的景德镇星子高岭土，苏州高岭土，湖南界牌高岭土，四川叙永多水高岭土等。,景德镇浮梁县高岭村,高岭村的香樟树,(2)膨润土 以蒙脱石为主要矿物构成的粘土，本身能够吸附大量的水，吸水后体积膨胀，呈胶泥状态，这种性质也称膨润性。蒙脱石的理论化学通式为Al2O34SiO2nH2O(n通常大于2)。蒙脱石呈不规则细粒状或鳞片状，颗粒较小，一般0.5m，结晶程度差，轮廓不清楚。颜色为白色或淡黄色，比重为2.02.5。如东北黑山土、福建连城膨润土等。,(3)伊利石 也称水云母类矿物。属于这一类的有水白云母、水云母，绢云母等。伊利石的晶体呈厚度不同的鳞片状，单斜晶系，颜色从白到褐，硬度1-2，相对密度2.6-2.9。伊利石是由白云母（K2O3Al2O36SiO22H2O）矿物风化作用，转变为蒙脱石或高岭石的中间产物，主要由它们构成的粘土称为水云母质粘土或绢云母质粘土，如我国江西、安徽等省所产瓷石即属此类。(4)瓷石 瓷石是一种由石英、绢云母组成，并含有若干高岭土、长石等的岩石状矿物。由于其本身就含有构成瓷的各种成分，并具有制瓷工艺与烧成所需要的性质。,云母,（5）球粘土（软质粘土、结合粘土）球粘土指可塑性极强，颗粒细微，在水中易分散，烧后黄或白色与褐煤共生的铝硅酸盐沉积矿物，名称源于英国。球粘土化学成分：Al2O3 20-35%，SiO2 45-70%，组成波动大，不稳定。矿物组成：主要矿物为高岭石（无序）；次要矿物有微晶高岭，膨润土，埃洛石,伊利石等；粒度小，2m占75%以上，同一矿区，细颗粒越高，Al2O3越多，因石英颗粒粗。球黏土广泛应用于陶瓷行业，注浆成形。耐火材料行业是常用于不定型耐火材料，提高干燥强度。,6）硬质黏土（耐火黏土）：作黏土熟料的原料，含95%以上的高岭石矿物，含Al2O3高，杂质少，结构致密，硬度大，可塑性低，遇水不分散。如山东淄博地区的焦宝石，焦作地区的硬质黏土等。耐火黏土主要用于生产黏土质耐火材料。(7)叶蜡石化学通式为：Al2O34SiO2H2O；又称寿山石，青田石，印章石等，叶蜡石有蜡的手感，珍珠光泽，油脂感，片状解理为主，层状结构，块状，纤维状，不透明或半透明，与滑石相似，呈白色，淡绿，淡青，淡红等颜色。硬度2-3。,中国蜡石主要分布在福建寿山，浙江青田和昌化等地，占全国75%。较纯的蜡石很少见，主要用于雕刻印章和艺术品。寿山石产于福建福州市郊寿山。色彩丰富，微透明-半透明，蜡状光泽。橘黄、黄金色的名“田黄”最为珍贵。青田石产于浙江青田的方山。色彩较丰富，青色居多。微透明-半透明，蜡状光泽。质地似牛角的“灯光冻”最为珍贵。,情满西厢，银裹金田黄冻,昌化石产于浙江昌化，迪开石，微透明-半透明，蜡状光泽。灰白，浅黄等色。硬度2-3。其中含辰砂（HgS）而呈朱红色如鸡血凝结者，称“鸡血石”。巴林石产于内蒙古林西-巴林右旗一带，迪开石，性质同昌化石，但裂纹不发育，大块者多，含辰砂者，称为“巴林鸡血石”。巴林鸡血石较昌化鸡血石细嫩且血色较亮。,昌化鸡血石 海市蜃楼,3.1.1.3 粘土的工艺性质(1)可塑性与结合性：可塑性-粘土加水（一定量的润湿水）膨润后可捏练成团，这种泥团在外力作用下产生变形，塑造成所需形状，在外力除去后仍保持该形状，这种性质称为可塑性。可塑性是粘土的主要性质之一，是塑性法成形的基础。可塑性通常用塑性指数和塑性指标来表征。分为：强可塑性粘土（可塑性指数15，可塑性指标3.6）；中可塑性粘土（可塑性指数715，可塑性指标2.53.6）弱可塑性粘土（可塑性指数17，可塑性指标2.5）；非可塑性粘土（可塑性指数1。）,测定粘土可塑性的方法：（1）塑性指数法：表示粘土呈可塑性状态时含水量的变化范围，代表粘土可塑性的程度，其值等于液限与塑限之差。WN=WTWP WT 液限是粘土呈可塑性状态时的上限含水量，系粘土由流动状态进入塑性状态时的含水量。WP 塑限是粘土呈可塑性状态时的下限含水量，系粘土由固体状态进入塑性状态时的含水量。塑性指数愈大，则可塑性范围愈大，成形性能好；陶瓷可塑成形所需的可塑水量在液限与塑限之间，约20%-30%。,（2）塑性指标法：直接测定方法。采用一定直径的泥球，当外力作用后发生变形并开始产生裂纹，以应力（变形力）与应变（变形的程度）的乘积来表示其可塑性程度。将软泥制成球径为46mm的球状。可塑性指标 S=（a-b）P a-泥球试验前D(cm)b-泥球在压后高度（cm）P 泥球出现裂纹时的负荷重量（kg）,粘土的结合性:软泥干燥后能保持原有形状，具有一定的强度，这种性质称作结合性，这是因为粘土颗粒的结合力作用而相互牢固地结合在一起的缘故。一般可塑性愈强,粘土的结合力愈大，可通过可塑性大小来判断其结合能力。结合性通常以能够形成可塑泥团时所加入的标准石英砂的数量来表示。结合性强：加砂量50%；结合性中等：加砂量50%-25%；结合性弱：加砂量25%以下。,（2）吸附性和吸水性：粘土具有对各种气体、液态物质、有机质的吸附能力，这是由于粘土颗粒具有很大的表面积与表面能。由蒙脱石组成的漂白土吸附能力最大，被广泛用作净化剂、脱脂剂以及漂白剂。膨润土吸水能力最强，能吸收相当于本身体积八倍的水分，体积膨胀1030倍。,（3）离子交换性 黏土颗粒由于其表面层的断键和晶格内部离子的被置换，黏土表面总是带有电荷，同时又吸附一些反离子。在水溶液中，这种吸附的离子又可被其它相同电荷的离子所置换。各种黏土的交换能力不同。离子交换能力一般用容量表示，是100g干黏土所吸附能够交换的阳离子或阴离子的量。不同黏土矿物的离子交换容量可以从下表2.10看出。黏土颗粒大小与阳离子交换容量的关系示于表2.11。,（4）触变性黏土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，黏度会降低而流动性增加，静置后逐渐恢复原状。这种性质统称为触变性。泥料触变性过小时，生坯的强度不够，影响脱模与修坯。触变性过大,管道输送不便，生坯也易变形。触变性主要取决于粘土的矿物组成，粒度大小和形状，水分含量等。蒙脱石的遇水膨胀要比高岭石和伊利石高，矿物颗粒也较细，其触变性较大。粘土颗粒愈细，活性边表面愈多，形状愈不对称，愈易呈触变性。粘土吸附的阳离子其价数愈小或价数相同而离子半径愈小者，其触变效应愈大。,温度升高，粘土质点的热运动剧烈，使粘土颗粒间的联系力减弱，不易建立触变结构。触变性的测定：以厚化度（或稠化度）来表示。泥浆的厚化度是泥浆放置30min和30s后其相对粘度之比。泥浆厚化度=t30min/t30st30min100ml泥浆放置30min后，由恩氏黏度计中流出时间；t30s100ml泥浆放置30s后，由恩氏黏度计中流出时间。,(5)干燥收缩和烧成收缩：软泥干燥时体积有干燥收缩。干燥过的粘土制品在烧成过程中有烧成收缩,两种收缩之和称为总收缩。一般用线收缩率表示：线收缩率 SL=L0-L1/L0*100(%)式中：L0试样原始长度，L1试样干燥后或烧成后的长度。线收缩与体积收缩的关系一般按体积收缩是线收缩的3倍。收缩情况取决于其组成，含水量，吸附离子及其它工艺性质等，细粒粘土及呈长形纤维状粒子收缩较大。,(6)烧结性：粘土没有固定熔点，只是在一个相当大的温度范围内逐渐软化，当温度超过800时(T1)，粘土中的液相逐渐增加而气孔率相应地有所降低，结构愈趋致密。当温度达到T2时，粘土中的显气孔率接近于零时，收缩率达到最大，称为烧结。温度继续升高到T3，开口气孔全部消失，液相量增加到一定数值，坯体发生软化。烧结范围-从烧结至开始软化之间的温度范围(T2到T3)称之为烧结范围。T1、T2和T3分别称为开始烧结温度、烧结温度和软化温度，T3也称为过烧膨胀温度。优质高岭土的烧结范围可达200，不纯粘土约为150，伊利石类粘土仅为5080。,(7)耐火度：耐火度反映粘土原料抵抗高温作用不致熔化的能力。粘土完全软化变形的温度称为耐火度。粘土原料可按其耐火度区分为以下几种：易熔粘土 耐火度低于1300难熔粘土 耐火度在13001580耐火粘土 耐火度大于1580高级耐火原料 耐火度高于2000；高岭土的耐火度一般在17401770之间。粘土的耐火度主要取决于其化学组成。*,3.1.3 硅质原料3.1.3.1 概述 硅质原料泛指以SiO2为主要成分的天然矿物原料。地壳中的SiO2类原料含量高且分布广，使其存在的形式也多种多样。表2.13 地壳中主要造岩矿物含量 据报导，SiO2的物相已超过22种。SiO2是自然界物质以多形存在的典型。按结构可以将分为下述各种类型。,(1)晶态SiO2：石英、鳞石英、方石英、各种单晶水晶(紫晶、玫瑰晶、烟晶、茶晶、)(2)隐晶质SiO2：玉髓、燧石、玛瑙、碧玉、红玉髓等；(3)非晶态SiO2：蛋白石、硅藻土等；(4)玻璃态SiO2：黑曜岩等。,石英,隐晶质SiO2：玛瑙,玛瑙：雨花石,隐晶质SiO2：蓝玉髓、红玉髓等；,3.1.3.2 硅质原料的主要类型 主要使用晶态和隐晶态的SiO2，例如各类石英岩与燧石等。脉石英：呈岩脉状产出，故而得名。属结晶硅石的一种,硬度高，纯度也高(SiO298%)，半透明，玻璃光泽，贝壳状断口，无解理；石英砂：含量通常95%。由0.12mm的石英组成的砂粒,分海砂和山砂。由硅石和石英砂矿岩经打碎加工，也可制成石英砂。,石英砂岩：由硅质胶结物（蛋白石及玉髓）胶结石英砂粒构成。砂粒中石英含量在99%以上。根据颗粒大小分为粗粒砂岩，中粒砂岩，细粒砂岩。硅石：由无定型SiO2胶结而成的硅质砂岩经地质变质作用形成的变质岩，在变质过程中石英颗粒发生重结晶，挤压等过程，因而岩石的硬度，强度较大。石英质砾石-鹅卵石，白，灰，黑色等，白色的为上述品种风化，磨圆而成，色黑者多为由燧石组成。质地坚硬，硬度为7。可做研磨介质。,燧石-也称“火石”，隐晶质石英。颜色暗淡无光，浅灰，褐黑色，致密块状，呈结核状，主要产于石灰岩中。致密度高，耐磨性好，做研磨内衬，研磨球。蛋白石：SiO2*nH2O 非晶质SiO2的凝胶体，透明或半透明，颜色不一，纯者无色，玻璃光泽，性脆，硬度5-5.5，是火山区温泉的沉淀物。色泽美丽的为贵蛋白石，可做装饰品。硅藻土-是一种生物成因的硅质沉积岩，主要由古代硅藻的遗体组成。硅藻土是疏松状，孔隙率80%90%。松散密度为0.30.5g/cm。松散密度是评价硅藻土质量好坏的一个重要指标。松散密度越小，质量越好。硅藻土细腻，松散，多孔，吸水，渗透性强，是热电，声的不良导体。,硅藻土含SiO2 80%-94%以上。硅藻土的比重是0.40.9，导热系数极小，0.53的硅藻土=0.0158w/m.k（200），=0.0219w/m.k（800）。硅质原料的应用：脉石英：生产日用细瓷，制造高硅质,高密度硅砖,硅石：生产硅砖，优质硅石可生产高硅质，高密质硅砖，生产一般陶瓷。石英砂：它们均是玻璃工业的重要原料。硅藻土：常用来做保温隔热材料。我国部分地区的石英原料的化学组成 见表2.15,3.3.3 石英的多晶转变石英晶型转化过程中的体积变化值 见表2.16。晶型转化对生产的指导意义:如利用石英的膨胀应力作用，预先将块状石英煅烧，产生裂纹，有利于破碎；在制品烧成和冷却时，处于晶型转化的温度阶段，应当控制升温与冷却速度，保证制品安定不开裂.,3.1.2长石类原料 长石是地壳中分布最广的普通矿物资源之一。长石矿物主要用于玻璃、陶瓷、搪瓷等工业部门，部分用于化工部门作为提取钾肥及烧碱的补充资源。3.1.2.1长石的种类 长石是一种造岩矿物，它差不多占地壳矿物组成的60%。从化学组成上来说，它是碱金属或碱土金属的铝硅酸盐。自然界长石种类很多，归纳起来都是由下面四种简单的长石矿物组合而成：,钠长石(albite，Ab)Na2OAl2O36SiO2钾长石(orthoclase，Or)K2O Al2O36SiO2钙长石(anorthite，An)CaO Al2O32SiO2钡长石(celsian，Cn)BaO Al2O32SiO2 上述四种长石以前三种居多，后一种较少。钾长石与钠长石在高温下能形成连续固溶体，但温度降低则可混溶性减弱，因溶体会分解。钾长石和钡长石可形成不同比例的固溶体，分布不广。钾长石与钙长石在任何温度下几乎都不混溶。钠长石与钙长石能以任何比例互溶，这就是常见的斜长石。地壳中单一的纯长石很少，多数是几种长石的互溶物。,钾长石,钠长石,钾钠长石亚族：钾钠长石外观多数为肉红色、粉红色，有的呈灰白色、淡黄色等。这类长石是陶瓷的优质原料。斜长石族：斜长石是钠长石与钙长石的互溶物,外观为白色或浅灰色。含钙长石在10%以下的称为钠长石，含钠长石在10%以下的称为钙长石，这中间比例的互熔物统称为斜长石。,3.1.2.2 长石的性质(1)长石的物理化学性质表2.18各种长石的物理化学性质表2.19 部分长石原料的化学组成 长石成分中最有害的成分是铁质，它能使制品染色，甚至产生黑斑并降低制品的绝缘性和化学稳定性，因此与长石共生的黑云母、黄铁矿等都是有害成分。,(2)熔融特性 熔融范围：不同长石熔融温度范围为：钾长石：11701530 钠长石：11001250 钙长石：12501553 钡长石 1710 熔体粘度：同温度下钾长石熔体的粘度比钠长石熔体的大，随温度变化的速度也慢；而钠长石熔融后粘度小，且随温度变化的速度快；钾钠长石熔体粘度和温度的关系见表2.20,钾长石由于熔点不高，熔融间隔时间长，熔体粘度高等优点，故应用比钠长石为广。助熔性：长石熔融体对其它矿物有助熔作用，其助熔能力与温度及长石的种属有关。纯高岭石和石英完全熔化的温度都在1700以上。K2O-Al2O3-SiO2 系统中三元低共熔点为98520，但在同一温度下的钠长石熔融体对石英的助融作用大于钾长石熔融体。,(3)长石的主要用途和作用 陶瓷坯体配料:烧成前起瘠性原料作用，减少干燥收缩和变形，缩短干燥时间；烧成时作熔剂降低烧成温度，促使石英和高岭土熔融，并在液相中互相扩散渗透而加速莫来石形成。长石在陶瓷坯体中的用量一般在1030%之间。陶瓷釉料主要由长石、石英、方解石和粘土原料等配成。其中长石可达1060%。陶瓷坯、釉料用长石一般均采用钾长石或微斜长石。一般要求K2O+Na2O总量大于11%，其中K2O/Na2O应大于3，CaO+MgO总量不大于1.5%,Fe2O3含量在0.5%以下为宜。另外长石的熔融温度要求在1230以上。,玻璃熔剂:长石是玻璃混合料的成分之一。主要用来提高玻璃配料中的Al2O3含量，降低玻璃生产中的熔融温度，同时增加碱含量，以减少纯碱的用量。另外长石熔融后变成玻璃的过程比较缓慢，结晶能力小，可以防止在玻璃形成过程中析出晶体而破坏制品，长石还可用来调节玻璃液的粘度。一般供作各种玻璃混合料用的长石是钾长石和钠长石，对其质量要求如表2.21。表2.21 玻璃工业用长石的质量要求(%),搪瓷原料:主要用长石和其它矿物原料掺配以制珐琅，长石的掺配量通常为2030%。磨具:在制作磨具时常用长石作陶质胶结物的组分，其用量可达2845%。#,独山玉（南阳玉、独玉）-矿物成分主要为斜长石（钙长石）以及透闪石（Ca、Mg的硅酸盐）、绢云母等。也称东方玉，五色玉。仅产于河南南阳独山。硬度：6.57透明度：半透明、微透明至不透明。光泽：玻璃至油脂光泽，蜡状光泽。颜色:呈绿、绿白、粉红、酱紫、白色、透水白、黄、黑等色；绿色最佳。,独山玉牡丹花瓶,独山玉 梅竹,独山玉为中国四大名玉之一 中国四大名玉:白玉,独玉,岫玉,绿松石(铜和铝的含水磷酸盐)四大名玉:白玉:新疆 翡翠:缅甸 独玉:河南南阳独山 岫玉:辽宁岫岩县,.,白玉-矿物成分主要以透闪石为主，Ca2Mg5Si4O112(OH)2 也称闪玉、软玉。产于新疆南部和贝加尔湖一带。硬度5.5-6.5。不透明.光泽:油脂光泽.其中洁白晶莹，质感滋润滑腻如脂肪者，称为“羊脂玉”为最佳，如“和田玉”。颜色:白色或微带青色，称白玉和青玉，少数有杂色.,和田白玉：白色，其中以羊脂白最好含透闪石94%以上，阳起石2%左右，绿帘石2%。,翡翠-辉石族的一种，（Na2OAl2O34SiO2），也称辉玉、硬玉、南方玉。产于缅甸。莫氏硬度:6.5-7.光泽:玻璃光泽。透明,微透明.颜色:多为单色玉，少数为两种或两种以上的杂色玉。呈绿、白、黄、紫、红等色，绿色为上，血红艳紫也佳，称翠玉和翡玉。红为翡，绿为翠；称翡翠；,翡翠的识别：质地细腻润泽；清澈明亮；颜色鲜艳；做工精细；造型设计别致；颜色搭配巧妙；块头大；分A货:天然玉质,B货:经酸洗处理.C货:经人工染色.,这条平均直径为15.6毫米的27颗翡翠玉珠链，于1997年11月6日举行的香港佳士得公司秋季拍卖会上，以七千二百六十二万港元成交，创下翡翠首饰拍卖的世界纪录。,.,岫玉-辽宁丹东市西部，岫岩县特产的玉石.属蛇纹石类（3MgO2 SiO22 H2O）。硬度3-4，透明,半透明.光泽:蜡状光泽。颜色:呈淡橄榄绿色、淡黄、暗绿等色.,绿岫玉八骏图蛇纹石质玉石，产于辽宁岫岩县者，称为岫岩玉,花岫玉：虾篓,绿松石含水的铜铝磷酸盐，晶体化学式为CuAl6(H2O)4PO44(OH)8。绿松石工艺名称为“松石”，晶体呈蓝色，块体多呈天蓝、淡蓝、绿蓝、蓝绿、苹果绿和带蓝的苍白等色。绿松石硬度为4.55也称土耳其石。但土耳其并不产绿松石，传说古代波斯产的绿松石是经土耳其运进欧洲而得名。,3.1.5 高铝质原料 高铝质原料主要用于制造高铝陶瓷、高铝质耐火材料、高铝水泥、各种氧化铝、棕刚玉磨料等。常见的高铝质原料主要有高铝矾土和硅线石族矿物。2.1.5.1 高铝矾土 我国高铝矾土资源丰富，产地从黄河以北的山西、河北和山东，穿过中部的河南和广西，直到西南的贵州和云南，探明储量为20亿吨，据世界首位，与圭亚那、巴西共为世界矾土资源大国。我国出产铝矾土熟料主要在山西，河南和贵州,其次为湖南，广西等。,世界四大珍贵宝石:钻石,红宝石,蓝宝石,祖母绿.,1）铝矾土的矿物组成和分类：我国铝土矿划分为两个基本类型：一水型铝土矿,绝大部分地区铝土矿属此类.三水型铝土矿。铝矾土主要由铝的三种氢氧化物和黏土矿物组成。铝的三种氢氧化物为：一水硬铝石；一水软铝石；三水铝石；,（1）一水硬铝石 又称铝石，硬水铝石。化学式为-Al2O3H2O.是我国铝矾土中最主要矿物。属斜方晶系，薄片状或柱状、针状。颜色为白色、灰绿、灰白、淡紫或黄褐色。硬度67，比重3.33.5。水化可变为三水铝石，加热时于530600失水变为-Al2O3。（2）一水软铝石 又称勃姆石或水铝矿。化学式为-Al2O3H2O或-AlO（OH）。属斜方晶系。晶体呈小菱形片状或扁豆状，在铝矾土矿中呈隐晶质块状或胶状形成物。颜色白或微黄，硬度3.54，比重3.013.06。一水软铝石可溶于酸和碱.一水软铝石形成于酸性介质，水化可变为三水铝石，加热时于530600失水变为-Al2O3。,（3）三水铝石 化学式Al2O33 H2O.白色或带浅灰、浅绿、浅红色，有玻璃光泽。硬度2.53.5，比重2.43。加热时于160时开始失水，250时已经逸出2个分子的结晶水，有转变为勃姆石的现象，继续加热到500时，并逐步从-Al2O3转变为-Al2O3。拜尔法生产氧化铝时，就是根据三水铝石的这种特点。,3）铝矾土中的其他矿物组成：主要是黏土类矿物，有高岭石，叶腊石和伊利石。高岭石:为细鳞状结晶，有时可以见到结晶发育较好的晶体，高岭石与水铝石有时也均匀分布。金红石:为铝矾土的主要杂质矿物之一，其含量约为2%4%，四川西南部铝矾土含TiO2较高，一般为6%8%.含铁矿物质:以褐铁矿或赤铁矿为主，但偶尔也见到磁铁矿或菱铁矿。中国铝矾土一般含铁不高，分布比较均匀。我国铝矾土主要为一水硬铝石型，占全国储量的98%；三水铝石型很少，仅仅在海南省和福建省有发现；,4）铝土矿的化学组成：主要化学成分有Al2O3、SiO2。Al2O3是主要化学成分，主要是铝的氢氧化物，其次还有黏土矿物；SiO2一般成黏土矿物存在，很少是游离的石英。TiO2是含量较高的杂质之一，通常为2%4%。在母岩风化过程中钛与铝均是惰性元素，因此Al/Ti经常保持恒量比值关系。Ti元素主要是锐钛矿和金红石。TiO2在级矾土中，主要与莫来石形成固溶体，进入玻璃相量少，对制品的烧结不利，但有利于制品的高温力学性能。TiO2在特级、级矾土中，进入玻璃相较多，因而增加液相量，降低液相粘度，有利于烧结，但不利于制品的高温性能。,其他含量较少；烧失量，绝大部分为铝的氢氧化物、黏土矿物和铁矿物的结构水。我国硬水铝石型铝矾土的烧失量常在12%14.5%之间；三水型铝矾土一般为20%25%左右。,5）铝矾土的加热变化以水铝石高岭石为例,铝矾土的加热变化可分为三个阶段：分解阶段、二次莫来石化阶段和结晶烧结阶段。（1）分解阶段（4001200）铝矾土中的水铝石和高岭石在400时候开始脱水，700800完成。水铝石脱水后形成刚玉假象，此种假象保持原来水铝石的外形，但边缘模糊不清，在高温下逐步转变为刚玉。高岭石脱水后形成偏高岭石，950以上时偏高岭石转变为莫来石和非晶态SiO2，后者在高温下转变为石英。其反应式为：,（2）二次莫来石化阶段（12001400或1500）在1200以上，从水铝石脱水形成的刚玉与高岭石分解出来的游离SiO2继续发生反应形成莫来石，被称为二次莫来石：12001400或15003Al2O3+2SiO2 3Al2O32SiO2 二次莫来石，V=10%左右 在二次莫来石化时，发生约10%的体积膨胀。液相的形成，有助于二次莫来石的进行，同时也为重晶烧结阶段准备了条件。,（3）烧结阶段（14001500）随着二次莫来石化的完成，烧结作用开始迅速进行。在14001500以上，由于液相的作用，刚玉与莫来石晶体长大，进入重结晶烧结阶段。气孔率降低，物料迅速趋向致密,体积密度达3.03.2g/cm3。,高铝矾土的加热变化过程如下：示意图,铝矾土烧结的主要影响因素:有二次莫来石化、液相及铝矾土的组织结构。二次莫来石化:是D-K型铝矾土在煅烧过程中二次莫来石化反应，引起10%左右的体积膨胀，对烧结起妨碍作用。如果高岭石加热分解出的SiO2与水铝石分解出的Al2O3正好达到莫来石的组成，则二次莫来石的量将会达到最大。二级铝矾土，Al2O3/SiO2比值接近莫来石的Al2O3/SiO2比值（2.55），二次莫来石化程度最大，最难于烧结；特级或三级铝矾土的Al2O3含量较高或较低，烧结比较容易，温度也较低。,液相:铝矾土煅烧时所形成液相量（一，二级铝矾土约10%，三级约2030%）不足以添满颗粒间的全部空隙。液相的作用首先是把固体颗粒拉在一起，使它们相互接触。但二次莫来石化引起的膨胀却是把它们推开。液相使固体颗粒相互接触，逐渐发生着固体颗粒的溶解与析晶过程，逐步导致晶体堆积致密，直到最后形成连续的固相骨架，液相填充空隙，使铝矾土完成烧结。液相也有其有害作用，液相量增多，或熔点、黏度降低，则降低铝矾土的高温机械性.,组织结构:铝矾土的组织结构即均匀致密程度及鲕状体的数量与分布，直接影响到铝矾土熟料的烧结程度与致密型。鲕状体较多的二级铝矾土，组织结构复杂，不均匀，烧后一般呈黄色、白色，白色为水铝石富集部分，黄色为高岭石及一些杂质集中部分，且常有膨胀现象，烧结困难。铝矾土熟料等级划分：我国耐火材料用铝矾土熟料等级根据Al2O3含量、耐火度分为下面几个等级，如表2.24：表2.24 耐火材料用铝矾土熟料等级的划分（YB2212-82）,3.1.5.2 硅线石族原料 硅线石族矿物包括硅线石、蓝晶石和红柱石三种同质异形体，耐火材料工业称其为三石。三种矿物的化学式均为Al2O3.SiO2。硅线石族矿物在前苏联被称为蓝晶石族矿物，澳大利亚称硅线石族矿物，法国称红柱石族矿物。我国目前已发现大型矿床有：蓝晶石:河南南阳，江苏，新疆等；红柱石:河南西峡，新疆拜城，辽宁岫岩等；硅线石:河南西峡-内乡-镇平-叶县，黑龙江鸡西-林口，福建莆田等。,1)硅线石族矿物基本性质:见表2.252)硅线石族矿物的精矿质量标准表2.26 三石的质量指标3).硅线石族矿物的加热变化 三石矿物在高温下均不可逆地转变为莫来石和SiO2，伴有体积膨胀。三石的Al2 O3理论含量（63%）比莫来石低，莫来石含量就取决于三石中的Al2 O3含量。,1.蓝晶石转变为莫来石的温度低（1100），且速度快（1300时最快），体积膨胀大（16%-18%），常用于不定形耐材抵消收缩。影响因素:a：纯度：纯度越高，Al2O3含量越高，膨胀越大，莫来石含量越多。b：粒度：颗粒粗，结晶大，膨胀越大。膨胀量可通过控制颗粒大小来进行调节。颗粒越细，莫来石化温度越低。c:烧成温度与保温时间,烧成温度高，保温时间长，则莫来石含量多。,2.红柱石1300开始生成莫来石，1350莫来石含量明显增加。1400-1450莫来石晶体长大。莫来石化后生成的SiO2玻璃液或包裹在莫来石晶面上，或填充于晶粒孔隙中，对莫来石的润湿性很好，可使因相变引起的体积膨胀效应大大降低。由于莫来石与红柱石二者密度差异小，故加热膨胀最小。可不用煅烧而直接使用。3.硅线石1400-1450开始分解形成莫来石，在1550时莫来石化明显，1650完成。,4).三石原料的应用(1)改善耐火材料性能:a：提高荷重软化温度，提高抗蠕变能力。低蠕变高铝砖在大型热风炉中使用，就是通过添加三石改性的结果；b提高热震性能。如制作堇青石莫来石窑具，德国最早将硅线石和红柱石用于窑具，代替一部分莫来石，既延长了窑具寿命又降低了窑具成本；c调整烧成收缩。如在堇青石莫来石窑具中加入10%的蓝晶石，则烧成收缩为0%左右。,(2)用于不定形耐火材料 利用其膨胀性来补偿不定形耐火材料在高温下的收缩，防止产生结构剥落，主要使用蓝晶石。三石原料既可做骨料，又可做粉料（硅线石和红柱石），也可做膨胀剂（蓝晶石）。(3)红柱石直接用于制砖 抗蠕变能力强，比Al2O3量高的高铝砖好；高温强度高，且随温度上升而下降的较小；高温体积稳定性好；热震稳定性好；抗化学侵蚀性好。(4)合成莫来石 既可直接煅烧，又可加入锆英石形成锆莫来石。,3.1.7碳质原料碳有非常高的熔点和升华温度，在常压下温度升高到3000以上也不会融化。以碳做耐火原料已有200年历史。含碳耐火材料:抗熔体侵蚀能力，导热性好，热震稳定性好。虽然其抗氧化性弱，但可通过加入抗氧化剂和增加制品的体积密度而使其提高。矿物体中的碳有三种形态：金刚石、石墨和各种煤炭。金刚石和石墨是结晶形碳，具有晶体的特征；各种煤炭则无晶体特征，因而也称无定形碳。,金刚石高压稳定相。石墨低压稳定相。具有共价键叠加金属键的六角环形网状体平面层，各层再由分子键的引力结合起来。无定形碳-煤炭、木炭、焦碳都是无定形碳，结构也是近程有序的。在2000以上可转化为石墨。石墨在极高压力下可转化为金刚石.,1.天然石墨,1）石墨的基本性质石墨具有一系列特殊的性质。（1）耐高温性能石墨熔点极高，在真空中为385050。在低压下升华，升华温度2200，与一般耐高温材料不同，当温度升高时石墨不但不软化，强度反而增高，在2500时石墨的抗拉强度反而比室温时提高一倍。（2）导热、导电性：石墨具有良好的导热性与导电性。石墨的导热性在室温下具有非常高的导热系数，但温度升高后，导热系数反而下降，在极高温度下石墨甚至成为热的绝缘体。,（3）特殊的抗热震性能：石墨的膨胀具有各向异性，宏观膨胀系数不大，201000为1.41061，251600为3.341061。在温度骤变的情况下，石墨体积变化不大，且有良好的导热性能，使抗热震性能优良。（4）润滑性：石墨层间为范德华力，结合力弱，使之具有润滑性。润滑性取决于石墨鳞片的大小:鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性越好。（5）良好的化学稳定性和抗腐蚀能力；常温下不受任何强酸、强碱及有机溶剂的侵蚀；碳原子之间以共价键牢固结合，使表面能降低，不为熔融炉渣所润湿，抗侵蚀能力极强。但在空气中容易氧化，用于碳结合耐火材料时应采取防氧化措施。,2）天然石墨的工业分类根据石墨的结晶形态，国际上通常将石墨分为三类：无定形石墨、鳞片石墨和块状石墨。我国通常将前者成为土状石墨，而将后者称为晶质石墨。见表2.27。表2.27天然石墨分类 无定形石墨：是最低级别的天然石墨。无定型石墨不是没有石墨结晶，而是其结晶太小，具有微晶结构，称为微晶石墨。主要在湖南、吉林和福建省。无定形石墨中碳的含量一般在75%89%，真密度约2.28/cm3。其主要用途是制造耐火材料、油漆涂料和钻井润滑剂，价格较低。,鳞片石墨：石墨为晶质鳞片状或叶片状，呈黑色或钢灰色，主要赋存在长石、石英或透辉石、透闪石颗粒间，具有明显的定向持列，与层面方向一致。石墨鳞片一般为(1.02.0)X(0.5-1.0)mm，片厚0.020.05mm，最大鳞片可达45mm，最小为(0.51.0)X(0.250.5)mm。石墨含量一般为3%10%，个别可达20。经选矿后的鳞片石墨含碳量一般为80%99.5%。,大量供应国际市场的有中国、加拿大、巴西、马达加斯加、俄罗斯、德国和南非。这些国家的鳞片石墨选矿厂可以生产1、2、3不同级别的产品，1级鳞片石墨鳞片直径非常大，2级产品具有中等尺寸的直径，3级是细鳞片石墨。中国鳞片石墨矿藏最丰富，主要产地有山东南墅、黑龙江柳毛和内蒙古兴和等。块状石墨：非常稀少，斯里兰卡是最著名的产地。它是一种天然的纯净石墨，碳含量达8899%。这种石墨的特性是它的制模能力，当受到压力时，块状石墨具有流动的现象，就好像是咀嚼口香糖一样。,3)鳞片石墨(精矿)的技术条件 中国国家标准GBT 3518-95根据固定碳的含量将鳞片石墨(精矿)分为四类：高纯石墨，高碳石墨、中碳石墨和低碳石墨。其固定碳范围和分类代号列于表2.29中，产品牌号由分类代号、粒径、固定碳含量依次排列组成，意义见表2.29中的牌号举例四类鳞片石墨的技术条件分别 见表2.28,2 鳞片石墨的性能与使用要求鳞片石墨抗热冲击性强，耐侵蚀性好，是碳结合耐火材料使用的主要碳素原料。1)鳞片石墨的结晶状况X射线衍射分析表明，中国主要产地的鳞片石墨均为六方晶系石墨，石墨化度接近100%，晶体密度接近理论值,质地优良，非常接近于理想石墨的晶体结构。2)鳞片石墨的组成按碳素材料的工业分析，鳞片石墨的成分主要是固定碳含量、灰分、挥发分、和水分构成。石墨的纯度主要用碳含量来表示。,灰分是指石墨在850左右的温度下充分氧化后的残留物，它是石墨中所夹杂的硅酸盐矿物.挥发分是石墨中的可挥发物质，其含量是将石墨试样放在850左右条件下加热三分钟而测得。水分的测定是将石墨试样在105加热直至恒重后，重量减轻部分即为水分。中国产鳞片石墨和世界上其他主要产地石墨的组成:见表2.29,3)鳞片石墨的氧化在空气中加热石墨，碳可直接被O2化为CO和CO2，典型的