无机材料工艺原理2原料.ppt

无机材料工艺原理,原料,无机材料制备原理原料概述,无机非金属材料的原料种类繁多、来源丰富，既有天然的岩石、矿物，也有人工合成的高纯、超细、改性原料，甚至还有工业固体废弃物。,无机材料工艺原理原料,本章主要内容 天然原料 人工原料 工业废渣 原料的评价、选择 原料的预处理 原料评价示例,天然原料概述,无机非金属材料的原料来源十分丰富。我们所见到的，几乎都可作为生产无机非金属材料的原料。,天然原料概述,从元素含量看：地壳中O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg这8种元素占98.56，其中O、Si、Al即占了82.45，其它元素仅占1.44。,天然原料概述,而O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg等元素，也正是无机非金属材料的主要成分。这就是无机非金属材料原料来源丰富的根本原因。问题：既然无机非金属材料的原料十分丰富，是否就是取之不尽？可以无限制地开采？,天然原料概述,实际情况：仍然存在着好矿、富矿与贫矿的区别。仍然存在着选矿、仍然存在着尾矿、仍然有着环境问题。景德镇，采高岭土，留下了石英及其它废石我们要爱惜资源，保护好环境。,天然原料概述,从构成来看，地壳的岩石，都可作为无机非金属材料的原料：而地壳中岩石按成因可分为：岩浆岩：约占地壳岩石总量的95%，沉积岩：沉积岩的出露面积则占整个岩石出露面积的70%。变质岩。,天然原料概述,三大类岩石相互关系,天然原料概述,岩浆岩的化学成分主要为SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、FeO、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2、H2O，其含量占99%。无机非金属材料的主要成分。,天然原料概述,组成岩浆岩的矿物有铁镁矿物（如橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等）和硅铝矿物（如石英、长石、似长石、白云母等）两个系列。,天然原料概述,组成沉积岩的矿物有20多种，最重要的有石英、长石、云母、粘土类、碳酸盐类、硫酸盐类、卤素化合物类以及含水的氧化铁、氧化锰、氧化铝等。泥质岩、砂岩、碳酸盐岩是分布最广的沉积岩，约占全部沉积岩的99%。,天然原料概述,在变质岩中，正变质岩往往都含有几种主要的造岩氧化物，且含量范围比较集中；负变质岩，有时某些造岩氧化物特别集中，如SiO2、CaO、Al203、Fe203等。变质岩中常见的矿物有十字石、蓝晶石、矽线石、红柱石、阳起石、透闪石、滑石、叶蜡石、硅灰石、堇青石、蛇纹石、绢云母、刚玉、钠长石等。,天然原料概述,岩浆岩常具有大面积分布的特点，岩石成分、结构、构造一般变化较小；沉积岩具成层分布特点，一般岩石成分和结构、构造沿走向较为稳定，而在垂直走向方向上往往变化较大。正变质岩的分布特点与岩浆岩相似，副变质岩则与沉积岩相似。接触变质岩具环带分布特点，沿半径方向逐渐变化。,天然原料概述,想一想：无机非金属材料的原料主要来源于上述哪些类型的岩石？在化学成分与矿物成分上各有何特点？,天然原料概述,耐火材料岩浆岩，次为沉积岩和变质岩水泥原料沉积岩为主化工原料沉积岩为主玻璃原料石英岩类为主铸石原料中基性岩浆岩为主；建材原料几乎遍及了所有的岩石类型。,天然原料概述,想一想：普通陶瓷的原料，你认为应来源于哪种类型的岩石？,天然原料总论,粘土类原料石英类（硅质）原料长石类原料钙质类原料铝质原料其它类原料,天然原料粘土类原料,凡粒径多数小于2，主要由粘土矿物组成的土状岩石均称为粘土，为细而分散的含多种含水铝硅酸盐矿物的混合体，其主要化学组成为SiO2、Al2O3和结晶水。粘土矿物是由SiO4四面体组成的(Si2O5)n层和由铝氧八面体组成的AlO(OH)2层相互以顶角联接起来的层状结构。,天然原料粘土类原料,我国粘土矿产资源丰富，开采历史悠久，但正规开采的大型矿山少，矿产的深加工少，距标准化原料仍然有很大的距离。,天然原料粘土类原料,现有200多个高岭土矿点，总储量约为32500万吨，其中储量在2000万吨以上的有3处。目前几个主要矿山年产高岭土原矿仅30万吨左右，加上地方开采的矿山，估计总量也不会超过50万吨。而国际高岭土产量约为1700万吨。今后随着陶瓷工业、造纸工业与其他工业的发展，对高岭土的需求量将越来越大，迅速发展我国以高岭土为主的粘土工业，已是当务之急。,天然原料粘土类原料,天然原料粘土类原料,粘土分类方法,我国高岭土矿床成因分类,1)风化残余型,产在中酸性岩石，特别是酸性侵入岩，如白云母花岗岩、花岗伟晶岩、细晶岩、石英斑岩的风化壳中。其中的铝硅酸盐矿物在酸性环境(PH6)中，通过H2O和CO2的“加水、脱碱、去硅”作用，逐渐高岭土化，其反应过程可用下式表示：,(K、Na)2OAl2O36SiO2mH2OCO2 Al2O32SiO22H2O十K2CO34SiO2nH2O,1)风化残余型,成矿条件：湿热气候条件：充沛的雨量和繁茂的植物，形成弱酸性的地球化学环境，促使成矿原岩发生强烈的化学分解。微缓地形条件：广阔的受水面积和舒缓的水力流泄环境，既可使碱及碱土金属盐基随时带出，而又很少剥蚀，从而促使成矿作用长期进行。原岩结构构造和成分：粗粒、结构疏松的花岗岩、伟晶岩风化后形成7多水高岭石为主，而细粒致密的石英斑岩，风化后形成结晶差高岭石，并常有伊利石伴生。,风化残余型成矿条件,不同岩石风化的产物情况(1),风化残余型成矿条件,不同岩石风化的产物情况(2),1)风化残余型矿体特征,矿床矿体的底部界限并不规则，多呈斗篷状、漏斗状、脉状、透镜状，厚度变化很大，从数厘米到数十米，向深处逐渐过渡为不安全风化带、半风化带、直至母岩，其矿化面积可以从数百到数十万平方米，并受基岩分布及构造裂隙等因素的控制。问题：“蛙目粘土”是什么含义？,1)风化残余型矿体特征,蛙目粘土的含义：此类高岭土常杂有母岩中的稳定矿物，如石英、云母等。如由石英斑岩、花岗斑岩风化形成的高岭土，常混杂有粗粒的石英，看上去象青蛙的眼睛，所以日本文献中称之为“蛙目粘土”，这种矿石经水力淘洗后，可获得纯净的高岭土。,1)风化残余型,矿体的分带现象：完全风化带：表部，已完全风化成高岭土，在近地表处由于铁质的污染，常常染成杂色高岭土，向下过渡为白色高岭土。不完全风化带：中部，由于风化作用不完全，常常含有长石、云母等残余矿物，以多水高岭石为主，含少量结晶差的高岭石。半风化带：位于风化壳的下部，由于风化作甩弱，常保留较多原岩中的矿物，并以结晶差高岭石为主。原岩：半风化带往下即渐变为原岩。,1)风化残余型示例,2)风化淋滤型成矿条件,高岭土多呈岩溶充填物出现，其成矿条件是：成矿原岩，多是含黄铁矿的铝硅酸盐岩或粘土岩，可提供大量的H2SO4、SiO2和Al2O3。底板为石灰岩或大理岩等容易被酸性水溶解的岩石产生溶洞，既为地下水流动的通道，也提供了形成淋滤矿床的有利空间。湿热的气候，地形起伏平缓，有利于提供大量的地下水以及成矿物质的堆积。,2)风化淋滤型成矿条件,矿体产状有“界面型”和“岩溶型”两种，前者呈似层状、扁豆状，产于成矿原岩与面型溶蚀的灰岩之间。后者呈囊状、鸡窝状产于灰岩的开口溶洞中，单个矿体往往规模较小，但由于经常成群分布，亦能聚集成矿。,2)风化淋滤型成矿条件,矿体分为残积带与淋积带，特征如下：残积带：铁帽和杂色高岭土带，厚度不大。淋积带：白色致密块状高岭土带；黑、白相间的条纹状高岭土带；劣质高岭土带，通常很薄；石灰岩或大理岩、白云岩。,2)风化淋滤型成矿条件,3)热液蚀变型,由泥质岩及各种中酸性火成岩经热液蚀变形成，也可是温泉或火山的喷气作用使围岩发生蚀变形成。代表性矿床有英国南部康沃耳高岭土矿，来自地壳深部的热气沿裂隙喷出时、促使二迭纪花岗岩中的长石发生化学分解而形成的，其化学反应式如下：2KAlSi3O83H2O Al2Si2O5(OH)44SiO22KOH,3)热液蚀变型,矿床常分布在断裂带附近。成矿母岩种类繁多，有凝灰岩，石英斑岩、安山玢岩、正长斑岩、砂页岩等，相应地矿石的自然类型也很多，有角砾状，致密状、残斑状、条纹状等。矿体以脉状、囊状为最常见，往往有伴生有叶蜡石化、硅化、绢云母化等蚀变，具有沿裂隙向两侧呈带状分布的特征。,3)热液蚀变型,4)含硫温泉水蚀变型,如我国西藏羊八井的高岭土矿，系含硫温泉水沿着第四纪的砂砾岩的孔隙渗透并产生交代作用，使由铝硅酸盐矿物组成的砂砾蚀变为水铝英石、高岭石和多水高岭石，同时析出大量硫磺。,5)与煤系地层有关的沉积型,我国近年来发现的与煤相伴的大型高岭土矿，主要分布在山西、内蒙、安徽等省。前两年，由此还带来了高岭土开发的热潮全国生产“双90”高岭土。湖南也有类似的资源，但没有做深入的资源评价工作。,5)与煤系地层有关的沉积型,成矿物质来源有二：一是母岩风化分解时游离出来的SiO2胶体(带负电荷)与A12O3胶体(带正电荷)，被搬运到沉积盆地中相互聚沉，凝聚形成高岭土矿床，其反应式是：Al2O3nH22SiO2nH2O H2Al2Si2O8H2O 高岭石凝胶,5)与煤系地层有关的沉积型,另一则已形成的高岭土被流水冲刷搬运到沉积盆地中，以机械沉积方式成矿，有河流的、湖泊的、海洋的几种类型。常与砂页岩或少量石灰岩共生。我国北方沉积型高岭土产于石炭二送纪煤系地层中，著名产地有河北唐山、山东淄博等地。我国南方云南、贵州二叠纪煤系地层及侏罗纪煤系地层也有产出。,5)与煤系地层有关的沉积型,主要矿物是高岭石与伊利石，有机质较多、少量碎屑矿物和水铝石，含铝高时则为铝土矿。高岭石结晶较差，颗粒较细，粘性较大。古生代地层中的沉积型高岭土，已成为硬质粘土岩，欧美称之为燧石粘土(Flint clay)，日本叫硬质粘土，可供烧制粘土熟料使用。我国很多煤田中块状粘土岩(高岭石泥岩)，几乎由纯高岭石组成，是一种优质高岭土。,5)与煤系地层有关的沉积型,目前我国优质沉积型高岭土的最大产地是山西大同一带。此外，在山东新汶、陕西铜川、河北三河、内蒙等地也有此类优质沉积型高岭土。现在，又有很多单位想用这种类型的高岭土开发出“双90”型高岭土。又一轮的高岭土开发热潮将会到来。,6)第四系河湖滨海沉积型,产在第四纪河流、湖泊、滨海沉积盆地中，如广东清远、福建漳州、泉州等地。成矿母岩是花岗岩，它们风化形成高岭土后，受到水流的冲刷、搬运、带到水盆地中沉积下来。若分异作用良好，则高岭石、伊利石与石英分层沉积，形成高岭土矿床。,6)第四系河湖滨海沉积型,无机材料常用的粘土类原料,高岭土类 瓷石类蒙脱石类叶腊石伊利石类水铝英石类陶土和高铝粘土类,粘土类原料高岭土类,因首先在江西景德镇东部的高岭村山头发现，故国际上都把这种制瓷粘土称为高岭(Kaolin)土，其主要矿物成分是高岭石(Kaolinite)和多水高岭石。Al2O32SiO22H2O Al4Si4O10(OH)82H2O,粘土类原料高岭土类,粘土类原料高岭土类,粘土类原料高岭土类,杆状高岭石,粘土类原料高岭土类,片状高岭石,粘土类原料高岭土类,用TiCl4处理过的片状高岭石,粘土类原料高岭土类,高岭土质地细腻，外观呈土状、致密状或角砾状，质软，用指甲可以划开，以舌舔则粘舌并有土味。其晶体呈极细的六角形片状，轮廓清晰，晶片往往互相重叠，晶片厚度约0.05微米，平均直径0.7微米，面间角106140由于高岭土含Al2O3较高，故具有高的耐火度，烧成范围也较宽，烧后具有良好的机械强度和化学稳定性等。,粘土类原料高岭土类,属于高岭石类的粘土矿物还有地(迪)开石(Dickite)、珍珠陶土(Nacrite)和多水高岭石(埃洛石Hallysite，又称永叙石，为我国四川永叙县以盛产这种矿物为主的粘土而得名)等。,粘土类原料高岭土类,不同产地高岭土的特点苏州土：片状和杆状结构的高岭石混合组成；界牌土：杆状高岭石(6065%)和石英混合物；星子土：高岭石约67%，余为水白云母和石英：陕西上店土：多为结晶较差的高岭石，含有非晶质水铝英石或胶体氢氧化铝；山西大同土：硬质粘土岩，高岭石含量约90%。,粘土类原料高岭土类,结晶良好的高岭石，晶形完整，比表面积小,可塑性差；一般不含层间水，其干燥收缩率较小；阳离子交换量小，一般只有 25毫克当量/100克。而b轴无序高岭石和多水高岭石可达3040毫克当量/100克；结晶良好的高岭石经高温煅烧一般仅发育成莫来石化针状体，而结晶差的高岭石则可获得较大的莫来石晶体。高岭石类矿物由于结晶形态不同，它们的差热曲线和失重曲线也不尽相同。,A、B：迪开石；C：珍珠陶土；D：高岭石E：b轴无序高岭石；F：7多水高岭石G：10多水高岭石,粘土类原料瓷石类,瓷石是由绢云母、水云母和石英以及长石、高岭石和碳酸盐等矿物集合体构成的岩石，它们大多是酸性浅成岩或超浅成火成岩经过热液蚀变作用的产物。其可塑性常因其岩相结构不同而异，瓷石的干燥和烧成收缩率一般较小，烧后常呈不同程度的白色。,粘土类原料瓷石类,广义来说，瓷石可归为伊利石(illite)类，是粘土生成过程的中间产物，多数为云母矿物水解后生成的，其成分和结构介于云母与高岭石、或云母与蒙脱石之间。从成分上看，与高岭石相比，伊利石含碱离子较多，而含水较少；与白云母相比，伊利石含碱离子较少，而含水较多。,粘土类原料瓷石类,瓷石的表层多为软质瓷土，深部则呈硬质瓷石。江西景德镇历来以瓷石为主要原料制瓷，安徽祁门瓷石和湖南酸陵的马颈坳瓷石(土)等都非常著名。,粘土类原料蒙脱石类,蒙脱石最早发现于法国蒙脱利龙地区，是常见的粘土矿物（一般用于除蛭石以外的具有膨胀晶格的所有粘土矿物，总称为蒙脱石类矿物或微晶高岭石矿物)。化学通式为 Al2O34SiO2nH2O(n通常大于 2)。晶体构造式是Al4(Si8O20)(OH)4H2O。颗粒较小（0.5微米），结晶程度差。颜色为白色或淡黄色，具有很强的吸水膨胀性，吸水后的体积可膨胀1030倍，具有良好的结合性和阳离子交换特性。,粘土类原料蒙脱石类,粘土类原料蒙脱石类,具有三层结构的硅酸盐矿物：晶层间氧层与氧层联系力小，故水或其它极性分子容易进入晶层中间，引起C轴方向膨胀。由于层间吸附了许多水化了的氧离子团，层间结合力极弱，易于解理碎裂，所以颗粒极细。,粘土类原料蒙脱石类,可塑性好，干燥强度高，但用量过多将引起干燥收缩过大。铝含量较低，又吸附了其它阳离子，相应烧结温度较低，烧后色泽较差。,粘土类原料蒙脱石类,蒙脱石矿物在我国分布很广，辽宁黑山膨润土、江苏祖堂山泥、浙江宁海粘土等，都是以蒙脱石为主要矿物的粘土。,粘土类原料叶腊石类,叶腊石是含水的铝硅酸盐矿物，其晶体结构与蒙脱石相似，也具三层型结构，但层间不含水分子和可交换的阳离子。实验式：Al2O3.4SiO2.H2O 或 Al2(Si4O10)(OH)2。,粘土类原料叶腊石类,蜡石以叶腊石为主的硬质粘土，具脂肪滑腻感，呈致密块状，耐火度17101770。在加热过程中，自550开始缓慢脱水。体积变化特点：750之前产生缓慢的膨胀，750附近起膨胀增大，至900膨胀结束，1100又稍微有膨胀。烧成时收缩小，可制造要求尺寸准确的产品。福建寿山、浙江青田和昌化等地均有产出。,粘土类原料叶腊石类,叶蜡石具有优良的传压性和机械加工性，同时又是良好的保温、耐热和电绝缘材料，故广泛应用于近代高压技术中，尤其是在人造金刚石生产中，被用作传压介质，起传压、密封、绝缘和保温的作用。,粘土类原料伊利石,伊利石类也称水白云母类，伊利石类矿物成分复杂，其晶体结构式可写成：K2(Al,Fe,Mg)4(Si,Al)O20(OH)4.nH2O,粘土类原料伊利石,伊利石类矿物是白云母风化时的中间产物，按其转变的程度不同可形成各种矿物。绢云母是在热液或变质作用下形成的细小鳞片状白云母，晶体结构及成分与白云母相似，具有粘土性质，是南方瓷石中的主要粘土矿物之一。另外，属于水云母类矿物还有绿鳞石（Celadonite）、海绿石等。,粘土类原料伊利石,伊利石类矿物的基本结构虽与蒙脱石相仿，但因其无膨胀性，且其晶粒也比蒙脱石粗，因此可塑性较低，干后强度小，而干燥收缩较小，软化温度比高岭石低。使用时应注意这些特点。,粘土类原料伊利石,含伊利石类矿物的粘土产地较多，如河北邢台章村土。我国南方各地区特别是景德镇地区瓷石，即为石英和绢云母及少量其它矿物所组成（如景德镇南港瓷石、三宝蓬瓷石、安徽祁门瓷石等）；而湖南醴陵默然塘泥却为水云母类粘土，含少量杆状高岭石和游离石英。,粘土类原料水铝英石,一类不常见的表生粘土矿物，以无定形态存在。由长石、霞石、白榴石分解而成，常与高岭石共生，见于风化壳和土壤中。矿物实验式：Al2O3nSiO2.nH2O其中n1或n1。它的铝、硅和水的含量不定，由于水铝英石在粘土中呈无定形状态，故可以提高可塑性和结合性。,粘土类原料陶土和高铝粘土,陶土由水云母、伊利石、高岭石、石英等组成的粘土，成分较复杂，含铝量较低，但也有质优者。,粘土类原料陶土和高铝粘土,宜兴陶土：紫砂泥主要是伊利石和高岭石。Al2O320%左右，Fe2O3、TiO2含量较高；白泥主要为高岭石、伊利石，Al2O319%左右；此外尚有甲泥和嫩泥，Al2O3含量较高，Fe2O3、TiO2含量不等。,粘土类原料陶土和高铝粘土,高铝粘土含部分一水铝石或三水铝石主要由高岭石组成的硬质粘土，俗称焦宝石，其中A12O3的含量4070%，可以制造焦宝石瓷和炻器等。,粘土类原料,问题：应从哪些方面来描述粘土的组成？,粘土类原料,化学组成；矿物组成；颗粒组成,粘土的工艺性能,可塑性离子交换性触变性 膨化性收缩(干燥性能)烧结性能耐火度 结合性水化试验,工艺性能可塑性,可塑性是指粘土与适量的水结合后所形成的泥团，在外力作用下产生变形但不开裂。当外力去掉后仍保持其形状不变的能力。该定义包括两个含义：一是施加的外力必须大于泥团的屈服值，当外力去掉后泥团内部的引力和斥力达到新的平衡以保持其形变；二是在产生形变量不出现开裂。,工艺性能可塑性,粘土（坯料）与可塑性的关系,工艺性能可塑性,可塑性表示：可塑性指标法 可塑性指数法。,工艺性能可塑性,可塑性指数法 可塑性指数是指粘土的液限含水率与塑限含水率之差。塑限含水率表示粘土被水润湿后，使粘土颗粒能相对滑动而出现可塑性的含水量。塑限高，说明粘土颗粒的水化膜厚，工作水分高，但干燥收缩也大。液限含水量反映粘土颗粒与水分子亲和力的大小，液相高的粘土颗粒很细，在水中分散度大，不易干燥，湿坯的强度低。可塑性指数表示粘土能形成可塑泥团的水分变化范围。指数大则成形水分范围大，成形性能好。指数小的粘土调成的泥浆厚化度大、渗水性强，却便于压滤榨泥。,工艺性能可塑性,可塑性指标：在工作水分下，粘土泥团受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积（还应测定泥团的相应含水率）。它反应了粘土泥团成形性能的优劣，但要注意相应的含水率。若含水率大，则工作水分多，干燥过程易变形、开裂。,工艺性能可塑性,影响可塑性的因素固体物料的类型和含量；颗粒大小及分布状态；颗粒中离子的种类及分布；液相的类型、溶解盐的种类和浓度；有机物的含量等,工艺性能可塑性,提高泥料可塑性的措施：除去粘土中所夹的非可塑性物料，或进行长期的风化；将湿润了的粘土或坯料长期陈腐；将泥料进行真空处理，并多次练泥；掺用少量的强可塑性粘土；加入糊精、胶体SiO2、Al(OH)3、羧甲基纤维素等物质。,工艺性能可塑性,降低可塑性的措施：加入非可塑性原料，如石英、瘠性粘土、熟瓷粉等将部分粘土预先煅烧。,工艺性能离子交换性,粘土颗粒由于其表面层的断键和晶格内部离子的被置换，其表面总是带有电荷同时又吸附一些反离子。在水溶液中，所吸附的离子又可被其它相同电荷的离子所置换。离子交换反应发生在在粘土粒子的表面部分，而不影响硅铝酸盐晶体的结构。,工艺性能离子交换性,不同粘土离子交换容量/10-1mmol/g,工艺性能离子交换性,阳离交换容量顺序：H+Al3+Ba2+Sr2+Ca2+NH4+K+Na+Li+左面的离子能置换右面的离子,工艺性能离子交换性,阴离子交换能力顺序：OH-CO32-P2O74-CNS-I-Br-Cl-NO3-F-SO42-左面的阴离子能在离子浓度相同的情况下从粘土上交换出右面的阴离子。,工艺性能触变性,粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低而流动性增加，静置后逐惭恢复原状。泥料放置一段时间后，在维持原有水分的情况下也会出现变稠和固化现象，这种性质统称为触变性。即泥浆在剪切速率不变的条件下，剪切应力随时间而减小的性能。,工艺性能触变性,触变性对泥料的输送和成形加工有较大的影响。生产中一般希望泥料有一定的触变性，泥料触变性过小时，成形后生坯的强度不够，影响脱模与修坯的品质。而触变性过大的泥浆在管道输送过程中会带来不便，成形后生坯也易变形。,工艺性能触变性,影响泥浆触变性的因素：含水量：含水量越大，胶粒间的距离越大，边-面静电引力小，不易形成触变结构。矿物组成：蒙脱石膨胀容大，触变性好。c)粒子大小与形状：片状、针状、条状颗粒易形成触变结构，而球状颗粒不易显示触变性。d)吸附离子的种类和数量：粘土吸附阳离子价数越小，同价离子半径越小者，触变效应越大。e)温度：温度升高，质点热运动增强，颗粒间联系减弱，触变结构不易成形成。,工艺性能膨化性,粘土加水后体积膨胀的性质，其产生原因主要是由于粘土颗粒层间吸水膨胀和颗粒表面水膜的形成而引起的固相体积增大。膨化性的大小可用膨胀容（1kg干粘土吸水膨胀后的体积）来表示。,工艺性能干燥性能,干燥性能：干燥收缩、干坯孔隙率、干坯强度和干燥敏感性。测定粘土的干燥性能，可为配方时选择粘土原料及其用量，生产中制定干燥制度提供参考。,工艺性能干燥性能,粘土干燥时，先是排除孔隙中水分，颗粒之间互相靠拢，接着水膜排除，继续收缩。至粘土颗粒之间直接接触产生的摩擦力大于毛细管中水的表面张力时，收缩不再进行。粘土原料干燥收缩过大，易造成坯件干燥变形、开裂或延长干燥时间。,工艺性能干燥性能,影响粘土干燥收缩的主要因素：成型水分越高，颗粒越细，水化膜越厚，收缩越大；蒙脱石、多水高岭石的收缩大，伊利石收缩较小；含胶质物和有机质多的，收缩较大。,工艺性能干燥性能,干燥过程1、水分排出，收缩程度与排出水量成比例。2、坯体继续收缩，有气孔形成。此阶段终止时的泥料含水率，称为临界水分。3、收缩基本结束，此时，随着干燥的进行，气孔率继续增加。,工艺性能干燥性能,干燥孔隙率干燥后试件的孔隙率体积与试件的体积百分比，称为干燥孔隙率，它反映了泥料中颗粒的堆积状况。干燥孔隙率大，表示泥料颗粒组成不良，堆积不致密，干燥强度较低，烧成收缩将会增加。,工艺性能干燥性能,干坯强度通常用试件的弯曲强度来表示。影响因素：粘土颗粒愈细，粒子的晶片愈薄，堆积密度大，干坯强度也愈高。粘土中的瘠性物质将显著降低干坯强度。真空练泥机和陈腐处理的泥料，加入塑化剂时，均可提高干坯强度。直接影响生坯在运输、施釉、装窑过程中的损失率，也影响坯体抵抗变形、开裂的能力。,工艺性能干燥性能,干燥敏感性表示粘土及制品在干燥过程中开裂的倾向性，可用干燥灵敏指数判断之。将自然干燥后粘土试件的体积收缩值与其孔隙率的比值，称为干燥灵敏度指数（K）。,工艺性能烧成性能,粘土的烧成性能烧成收缩，耐火度、烧结温度和烧结温度范围。,工艺性能烧成性能,粘土加热过程中气孔率和收缩率的变化,气孔率（）,温度,T,收缩率（）,1,2,T1,T2,气孔率,收缩率,T3,工艺性能烧成性能,三个对应温度的含义：T1：开始烧结温度 T2：烧结温度 T3：软化温度 T3与T2的温度差即为烧结范围。,工艺性能烧成性能,烧结范围的大小取决于粘土中熔剂矿物的种类和数量。优质高岭土可达200，伊利石类粘土仅为5080。陶瓷生产中通常要求粘土具有100150以上或更宽的烧结范围。,工艺性能烧成性能,烧成温度和烧成温度范围烧成温度范围取决于液相量的生成速度和液相粘度随温度变化的幅度。若粘土中含有的熔剂杂质数量多，液相量增加速率大，而液相粘度随温度的升高下降的幅度大，其烧结温度范围较窄。纯耐火粘土的烧结温度范围为250，低钙泥灰岩仅2030。粘土的烧结温度和烧结温度范围通常采用实验方法确定，也可用粘土化学成分进行估算。,工艺性能烧成性能,各类粘土的收缩范围,工艺性能耐火度,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。粘土的耐火度一般决定于化学组成。,工艺性能耐火度,耐火度耐火度的测定方法是：三角锥法，耐火度也可根据粘土的化学成分进行估算，其经验公式颇多，应根据具体情况使用。,工艺性能结合性,粘土粘结一定细度的瘠性物料，形成可塑泥团并有一定干燥强度的性能。干燥、修磨、施釉等工艺操作中能够得以进行的基础，也是配料中调节泥料性质的重要因素。粘土的结合力与可塑性是两个概念，是两个完全不同的工艺性能。粘土的结合性通常以加入标准石英砂的数量和一定掺砂量时干燥试件的弯曲强度来反映。,工艺性能水化试验,粘土原料在水中自由崩解分散为细小粘土粒子的性能。试验时将原矿敲成10mm左右的小块，烘干，取100g试样用蒸馏水浸泡24h，搅拌5分钟，过10000孔/cm2筛。若筛余量越少，表示水化性能良好；完全水化的粘土可不经球磨，直接化浆进行配料。,石英类原料,石英在陶瓷中起骨架作用。但在冷却过程中，若熔体在固化温度以下降温过快，坯体中未反应的石英(称为残余石英)以及方石英会因晶型转化的体积效应给坯体很大的内应力，而产生微裂，甚至开裂，此外，高温下部分石英会溶解于液相中，提高液相粘度，而未熔化的石英颗粒构成了坯体的骨架，起增强的作用，减少坯体变形的可能性。,石英类原料类型,石英矿产资源的种类石英脉石英砂石英砂岩石英岩非晶质二氧化硅(包括蛋白石和硅藻土),石英类原料,问题：这些石英来源于何处？,石英类原料性质,石英的晶型转变图,石英类原料性质,石英晶型转化的体积变化,石英类原料性质,石英类原料应用领域、作用和要求,石英类原料在陶瓷中的作用,非可塑性原料，能减低坯体的干燥收缩，缩短干燥时间，防止坯体变形。起“骨架”作用，高温下部分溶解于液相中，增加熔体的粘度，而未溶解的石英颗粒，则构成坯体的骨架，其体积膨胀可部分地抵消粘土收缩的影响。在烧成温度高的制品中，能提高坯体的机械强度，增加坯体的半透明性。作为釉料使用，有利于使釉面形成半透明的玻璃体，提高白度等。,石英类原料其它,瓷粉是由检测不合格的瓷件(最好是不上釉的)经粉碎而成。粘土熟料是由高岭土或Al2O3含量较高的粘土经过较高温度的(1000左右)煅烧而成。在坯釉配方中，常用它们作瘠性原料。,长石类原料,长石是地壳上分布广泛的造岩矿物。从化学组成看，是碱金属或碱土金属的铝硅酸盐右图：钾长石KAlSi3O8或K2OA12O36SiO2,长石类原料,钾长石,钙长石,钠长石,长石的三角相图,长石类原料,钾长石（Or）KAlSi3O8或K2OA12O36SiO2 钠长石（Ah）NaAlSi3O8或K2OA12O36SiO2 钙长石（An）CaAl2Si2O8或CaOA12O32SiO2 钡长石（Cn）Ba Al2Si2O8或BaOA12O32SiO2,长石类原料,长石的主要作用及品质要求,长石的作用,熔融(1300）后，形成粘稠的玻璃体，可溶解部分高岭土分解物和石英颗粒，促使成瓷反应；可促进莫来石晶体的发育生长，赋予了坯体的机械强度和化学稳定性。具有高粘度的长石熔体，起了高温热塑作用和胶结作用。作为瘠性原料，可缩短生体干燥时间，减小坯体的干燥收缩和变形等。,长石类代用原料 霞石正长岩,碱性岩浆岩，其特点是其中SiO2含量少而碱性成分多。其外观为浅绿或淡褐色，具珍珠光泽。其中霞石常以不规则的颗粒状或晶体存在于岩石之中。,长石类代用原料 伟晶花岗岩,矿物成分主要是石英及正长石、斜长石以及少量的白云母等。岩石中长石的含量：6070%，石英：2580%。其中含铁量少的，或经磁选后除去铁矿物的，可以在陶瓷中代替部分长石使用。如含黑云母杂质，需筛选除去。,长石类代用原料 锂云母（Lepidolite）,又称鳞云母，是一种富含挥发成分的三层型结构状硅酸盐，其构造式是KliAl(OH,F)2Al(SiO2)3，化学组成不定，Li2O:1.25.9%,SiO2:46.960.6，Al2O3:11.3288，K2O:4.813.9，H2O:O.63.2，成分中尚含有氟，有时含有铷和铯,长石类原料,常用的长石代用原料及其品质要求,钙质原料,钙质原料的种类方解石石灰石泥灰岩白垩硅灰石重钙轻钙纳米碳酸钙,钙质原料碳酸盐类矿物,方解石有助熔作用，可降低烧成温度，缩短烧成时间，提高瓷器的透光度，并使坯釉结合牢固。但在釉料中配用不当，则易出现乳浊（析晶）现象，单独使用还易在煤和油窑中“吸烟”。,钙质原料碳酸盐类矿物,生产1吨水泥熟料能常需要1.21.5吨石灰石原料。原料的化学成分对产品的质量影响很大，要求：MgO3%，从而保证熟料中的MgO5%。,硅灰石（Wollaastonite）,硅灰石多产于花岗岩或酸性侵入岩靠近的不纯石灰岩中，为针状硅酸盐矿物，化学通式是CaOSiO2。天然硅灰石尚含有Fe2O3、Al2O3、MgO、MnO、K2O、Na2O等。,硅灰石（Wollaastonite）,1978年以前，中国是一个硅灰石的贫国，现在已探明储量达3847.4万吨，推测远景储量达20000万吨以上，位居世界之首。现在年产总量近30万吨。主要代表矿山有吉林梨树矿。硅灰石现已被成功地运用于化工、轻工、机械、治金、建材、汽车等行业中。用于陶瓷，可以大幅度降低陶瓷的烧成温度和缩短烧成时间，而且具有其它许多优点，当前已引起世界各国的重视。,硅灰石（Wollaastonite）,硅灰石用于陶瓷的特点用于生产釉面砖、卫生瓷等，可快速低温一次烧成。干燥收缩和烧成收缩小；烧成时膨胀系数较低，且是线性均匀膨胀。硅灰石有助熔作用，且釉面美观。针状硅灰石晶体，可加快干燥速度。针状硅灰石晶体，能提高产品机械强度，减小吸湿膨胀性。在硅灰石坯体上加入Al2O3、ZrO2、SiO2等，可提高坯体液相的粘度，扩大烧成范围。,镁质原料,种类菱镁矿（MgCO3）白云石（CaMg(CO3)2）滑石（Mg3Si4O10(OH)2）透辉石（CaMgSi2O5）蛇纹石（Mg3(Si2O5)(OH)4）,镁质原料碳酸盐类矿物,菱镁矿化学式是 MgCO3，常含铁、钙、锰等；其单晶为菱面体，遇稀冷HCI不起泡。可代替部分长石使用，降低坯料烧结温度，在釉料中的作用和滑石相似。,镁质原料,白云石其化学式是 CaCO3MgCO3，遇冷HCl不起泡。分解温度730830。可降低烧成温度，促进陶瓷中石英的转化和莫来石的生成，扩大烧成范围和提高釉面热稳定性等,滑石（Tale）,滑石是天然的含水硅酸镁矿物，属单斜晶系，其结晶构造式为Mg3(Si4O10)(OH)2，化学通式是3MgO4SiO2H2O,其它原料蛇纹石,蛇纹石属单斜晶系，具有两层结构的含水层状硅酸盐矿物，其化学组成与滑石相似。结晶构造式为 Mg3(Si2O5)(OH)4，化学通式是 3MgO2SiO22H2O，常含 Fe2+、Fe3+、Ni2+等杂质。呈细微的鳞片状和纤维状集合体，一般较柔软，外观呈暗绿、浅黄、淡棕等色，河北邯郸等地，将蛇纹石经过处理，生产出蛇纹石瓷，另外，它还可以代替滑石使用。,高铝原料,在陶瓷生产中，为了提高坯料中Al2O3含量，或生铝质高强度瓷或生产高铝具材料时，需采用高铝原料，如铝矾土、工业氧化铝。,铝矾土,粘土矿物进一步风化的产物，其主要矿物组成可分三部分：铝土矿物、粘土矿物、铁钛杂质矿物。在铝矾土中含量多，分布最普遍是一水硬铝石，有些矿区也可见到一水软铝石，三水铝石和刚玉。,高铝原料 类型,铝矾土一水硬铝石（硬铝石），受杂质影响，呈黄褐色、淡紫色、灰色、黄白色等多种颜色，解理面有珍珠光泽。一水软铝石（勃姆石），通常也呈陷晶质或细粒集合体。呈白色或灰白色。三水铝石：以隐晶质、细晶质形态存在，呈白色，浅灰色或灰绿色，有玻璃光泽。铝矾土中常见的粘土矿物是高岭石、其次是地开石。含铁矿物有也较多。,高铝原料 性质,铝矾土在加热过程中的变化900，排除结合水（吸热），体积收缩。9001250，Al2O3 形成刚玉晶体，同时粘土矿物形成一次莫来石。12501400(二次莫来石化阶段)，游离的氧化铝（刚玉）与无定形的SiO2在液相中形成二次莫来石，伴随膨胀510%。铝矾土中Al2O3/SiO2的比值愈接近2.55。13501500(再结晶烧结阶段)：刚玉和莫来石晶体经过再结晶而发育长大。同时液相量增多，填充孔隙，熟矾土逐渐趋于致密，最后达到烧结。,高铝原料 作用,铝矾土在烧结前，铝矾土可产生较大的体积收缩；烧结过程中随着二次莫来石的形成，体积发生较大的膨胀而使结构疏松。这会使陶瓷坯体尺寸不易准确控制，易发生变形开裂，不易烧结致密。再，在Al2O3的各种变体中，只有Al2O3是最稳定的晶型，其机、电、热性能优良。故选用铝矾土，必须进行预烧。预烧温度以二次莫来石化反应完全为准，一般在14501550。,高铝原料 作用,硅线石族 Sillimanite 由氧化铝质水成岩受变质作用而形成，包括硅线石、蓝晶石和红柱石三种同质异形体，三种矿物的化学式均为Al2O3SiO2。硅线石和蓝晶石多产于区域变质岩中，而红柱石则多产于接触变质岩内。,工业氧化铝,工业氧化铝是人工制备的Al(OH)3经过10001200煅烧脱水后的产物。在近代炼铝工业中，Al(OH)3的制备在碱法处理和酸法处理两种方法。由碱法制备的工业氧化铝的主要成分为Al2O3，并含有少量的Al2O3和Al2O3,碳素类原料,原料焦碳：石油焦、沥青焦、冶金焦无烟煤天然石墨：显晶质石墨、隐晶质石墨炭黑粘合剂煤焦油沥青人造树脂：酚醛树脂、呋喃树脂、环氧树脂,其它原料铁质原料,主要用于水泥生产时的校正原料，要求氧化铁含量40%，如低品位的铁矿石。炼铁厂尾矿硫铁矿矿渣等。,其它原料钠质原料,主要用于玻璃生产中。除长石外还有：纯碱（Na2CO3）芒硝（Na2SO4）。,其它原料含硼原料,提供玻璃和陶瓷工业所需的B2O3，主要原料有：硼砂（Na2BO710H2O）硼酸（H2BO3）含硼矿物：硼镁石（2MgOB2O3H2O）、钠硼解石（NaCaB5O98H2O）硅钙硼石Ca2B2(SiO4)(OH)2,其它原料锆英石（Zircon）,锆英石的化学组成为ZrSiO4，系火成岩深层矿物，常形成于碱性岩浆结晶过程中，或碱性伟晶岩作用过程的初期阶段。锆英石属四方晶系，晶体常呈四方往及四方双锥的聚形,其它原料骨灰和磷灰石（Apatite）,磷灰石的矿物形式；氟磷灰石：Ca5(PO4)6F；氯磷灰石：Ca5(PO4)6Cl；,陶瓷工业原料的新发展,陶瓷原料的标准化、系列化、精加工技术大大滞后于陶瓷制品的生产，直接制约着我国陶瓷工业现代化生产的发展。,新原料的开发,采用熔点较低的矿物岩石直接作为熔剂，如硅灰石、叶腊石、透辉石、透闪石、(霞石)正长岩、珍珠岩、霏细岩、细晶岩、白岗岩、松脂岩、凝灰岩、粗雨岩等。采用某些颗粒度较细的中低质原料，如绢云母粘土，伊利石、海绿石粘土、绢云母石英片岩、绢云母千枚岩等一些遭受绢云母化的原料。采用工业废料(主要用于建筑陶瓷生产)，前苏联、德国、美国等发达国家都在大力开发利用各种工业废渣。广泛采用性能符合或优于天然原然料的合成添加物，以降低烧成温度，优化性能，提高陶瓷产品的机械强度、热稳定性、透明度等。,特 点,非传统天然矿物原料,例如采用优质叶腊石替代石英和高岭土，可降低坯胎的变形性，扩大烧结范围，提高强度和白度，适应现代化生产。这种原料适应于生产烧成温度为12801340的瓷器。,非传统天然矿物原料,采用硅灰石替代景德镇传统的釉灰配制玲珑釉的研究也取得了良好效果，克服了生产玲珑瓷的玲珑眼不饱满等缺陷。,非传统天然矿物原料,绢云母类粘土中绢云母约占45%，高岭土约占20%，大颗粒直径也小于40微米，它有许多重要的工艺性质，如从800起就容易莫来石化，且容易形成玻璃相，有较宽的烧成范围，可降低长石的用量，排除制品中的游离石英，降低烧成温度，提高机械强度，它的广泛应用将会大大节约能源，降低成本。但它们的推广并未得到应有的重视。,非传统天然矿物原料,绢云母石英片岩系广泛出露的变质岩类，一般呈灰白、浅绿色，其主要矿物：石英50%，绢云母和碱性长石约占30%50%，还含有少量的高岭石，蒙脱