石英,长石,其他矿物原

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1.碳酸盐类
1） 方解石 方解石是石灰岩、大理岩的主要矿物 。
方解石属三方晶系，晶体呈菱面体，有时呈粒状或板状。
方解石高温分解前起瘠化作用，分解后起熔剂作用。
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” 。
2）低温型的快速转化（纵向转化）：转化迅速，达到转 化温度后，晶体表里瞬间同时发生转化，转化后结构不发 生特殊变化，体积变化不大，转化可逆。
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石英晶型转化的体积变化
晶型转化
β石英→α石英 α石英→α鳞石英 α鳞石英→α方石英 α方石英→熔融石英 α鳞石英→β鳞石英 β鳞石英→γ鳞石英 β方石英→ α方石英
➢ 但实际上，尽管长石是一种结晶物质，因其经常是几种长石 的混熔物，再加上又含有一些杂质，所以陶瓷生产中使用的 长石却没有固定的熔点，只能在一个不太严格的温度范围内 逐渐软化熔融，变为玻璃态物质。
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➢实际生产中，长石的一般熔融温度范围为：钾长石 1130~1450 ℃；钠长石1120~1250℃ ；钙长石1250~1550℃。
③在瓷器中，合理的石英颗粒能提高瓷器坯体的强度。同 时，石英也能使瓷坯的透光度和白度得到改善。
④在釉料中，二氧化硅是生成玻璃质的主要组分，增加釉 料中石英含量能提高釉的熔融温度与粘度，并减少釉的 热膨胀系数。同时它是赋予釉以高的力学强度、硬度、 耐磨性和耐化学侵蚀性的主要因素。
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第四节 长石类原料
第三节 石英类原料
一、石英原料的种类和性质
（一）石英原料的种类
自然界中的二氧化硅结晶矿物可以统称为石英。其中 最纯的石英晶体称为水晶。水晶的产量很少，且在工业上 有更重要的用途，陶瓷工业一般不予使用。由于经历的地 质作用及成矿条件不同，石英呈现多种状态，并有不同的 纯度。
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在陶瓷工业中常用的石英类原料有以下几种：
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三、长石在陶瓷生产中的作用 长石在陶瓷原料中是作为熔剂使用的，因此它在陶瓷生产
中的作用主要表现为它的熔融和熔化其它物质的性质。
①长石在高温下熔融，形成粘稠的玻璃熔体，能降低陶瓷 坯体组分的熔化温度，有利于成瓷和降低烧成温度。
②熔融后的长石熔体能熔解部分高岭土分解产物和石英颗 粒。液相中的Al2O3和SiO2相互作用，促进莫来石晶体的形成 和长大，赋予了坯体的力学强度和化学稳定性。
属缓慢转化的体积效应值大，例如在α-石英向α –鳞石英的转 化中，体积膨胀达到16%。而属快速转化的体积变化则很小， 如573℃ 时，β–石英的体积膨胀仅0.82%。
单纯从数值上看，缓慢转化似乎会出现严重问题，但实际上 由于：1）它们的转化速度非常缓慢，2）转化时转化时间也 很长，3）液相的缓冲作用，因此使得体积的膨胀进行缓慢， 抵消了固体膨胀应力所造成的破坏作用，对生产过程的危害 反而不大。
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水晶＋方解石花
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方解石
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2）白云石
白云石是CaCO3和MgCO3的复盐，化学通式为CaMg(CO3) 。 在陶瓷工业中，白云石的使用能同时引入CaO及MgO，它们一般起 熔剂作用，能降低烧成温度，促进石英的熔解和莫来石的生成。
①在烧成前是瘠性原料，可对泥料的可塑性起调节作用，能 降低坯体的干燥收缩，缩短干燥时间并防止坯体变形。
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②在烧成时，石英的加热膨胀可部分地抵消坯体收缩的影 响，当玻璃质大量出现时，在高温下石英能部分熔解于 液相中，增加熔体的粘度，而未熔解的石英颗粒，则构 成坯体的骨架，可防止坯体发生软化变形等缺陷。
钙长石 CaO·Al2O3·2Si
O2 Ca[Al2Si2O8]
43.20 36.70 CaO 20.10
三斜
2.74~2.76
6~6.5 白、灰或无色
钡长石 BaO·Al2O3·2Si
O2 Ba[Al2Si2O8]
32.00 27.12 BaO 40.88
单斜
3.37
6~6.5 白或无色
热膨胀系数 （α×10-8/℃）
⑥硅藻土：溶解在水里的一部分二氧化硅被微细的硅藻 类水生物吸取沉积演变而成。硅藻土具有很多孔隙，是 制造绝热材料、轻质砖、过滤体等多孔陶瓷的重要原料。
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石英
水晶－结晶良好的石英
水晶－结晶良好的石英
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（二）石英原料的性质
外观有的呈乳白色，有的呈灰白半透明状态，表面具有 玻璃光泽或脂肪光泽，莫氏硬度为7。相对密度因晶型而不 同，变动于2.22~2.65。
③石英岩：是一种变质岩。是由硅质砂岩经变质作用，石英 颗粒再结晶的岩石。 SiO2含量一般在97%以上，其中品质 好的石英岩可作细瓷原料。
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④石英砂：是花岗岩、伟晶岩等风化成细粒后，由水流 冲击淘汰后自然聚集而成。含杂质较多，成分波动也大， 生产使用时，其使用量须进行控制。
⑤燧石：属沉积岩。其硬度高，可作研磨材料，球磨机 内衬等。
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➢ 实际生产中使用的长石都含有少量的杂质成分，如石 英、霞石、云母、角闪石、以及铁的化合物等。石英、 霞石对制品没有影响，而云母（尤其是黑云母）、角 闪石和铁的化合物，能使制品显色，影响制品的白度， 特别是黑云母在高温时能熔化为粘稠的液体，且不与 长石互熔，而独自以黑斑存在。所以工业上对长石的 含铁量要求比粘土的要求更为严格。Fe2O3 含量应控 制在0.5%以下为宜。
③长石熔体能填充于各结晶颗粒之间，有助于坯体致密和 减少空隙。冷却后的长石熔体，构成了瓷的玻璃基质，增加了 透明度，且有助于坯体的力学强度等性能的提高。
④在釉料中，长石是主要熔剂。
⑤长石作为瘠性原料，在生坯中还可以缩短坯体干燥时间， 减少坯体的干燥收缩和变形等。
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第五节 其它矿物原料
1.碳酸盐类：方解石、白云石、菱镁矿 2.碱土硅酸盐类原料：滑石、蛇纹石、硅灰石 、透辉石 3.含碱硅酸铝类：霞石正长岩、锂辉石、锂云母 4. 钙的磷酸盐类：骨灰和磷灰石 5. 高铝质矿物原料：高铝矾土、硅线石 6. 锆英石 7.工业废渣：磷矿渣、高炉矿渣、萤石矿渣、粉煤灰
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石英的晶型转变图
石英在自然界中大部分为β-石英的形态稳定存在，只有 很少部分以鳞石英或方石英的介稳状态存在。
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石英晶型转化的特点：
1）高温型的缓慢转化（横向转化）：转化由表面开始逐 步向内部进行，转化后发生结构变化，因此转化进程缓慢， 体积变化大，并需要较高的温度和较长的时间，转化不可 逆。
7.5
7.4
熔点（℃）
1150（异元熔融）
1100
1550
1725
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➢ 由于长石的互熔特性，故地壳中单一的长石少见，多数是 几种长石的互熔物，按其化学成分和结晶化学特点，可以 分为两个亚族：
1、钾钠长石亚族 自然界的钾长石都混有钠长石，常见的钾钠长石有：
①透长石。其成分含钠长石可达50%，生成温度在 900~950℃ 以上，系高温型，产于喷出岩中。 ②正长石。其成分中含钠长石可达30%，生成温度在 650~900℃ ，系中温型，产于侵入岩和变质岩中。 ③ 微斜长石。其成分中含钠长石可达到20%，生成温度在 650℃ 以下，系低温型，多产于伟晶岩和变质岩中。
➢从上述可以看出，钾长石的熔融温度不是太高，且其熔融温
度范围宽，why？这与钾长石的熔融反应有关。钾长石从
1130℃ 开始软化熔融，在1220℃ 时分解，生成白榴子石与 SiO2共熔体，成为玻璃态粘稠物，其反应如下：
K2O•Al2O3•6SiO2 → K2O•Al2O3•4SiO2 + 2SiO2 （白榴子石）
温度(℃) 573 870 1470 1713 163 117 150
体积膨胀(%) 0.82 16.0 4.7 0.1 0.2 0.2 2.8
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石英晶型转化结果引起一系列物理变化，如体积、相对密度 等，其中对陶瓷生产影响较大的是体积变化。石英晶型转化 过程中的体积变化可由相对密度的变化计算出其转化的体积 效应。
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二、长石的熔融特性
➢ 长石在陶瓷坯料中是作为熔剂使用的，在釉料中也是形成玻 璃相的主要成分。为了使坯料便于烧结而又防止变形，一般 希望长石具有较低的熔化温度、较宽的熔融范围、较高的熔 融液相粘度和良好的熔解其它物质的能力。
➢ 从理论上讲，各种纯的长石的熔融温度分别为：钾长石 1150℃ ，钠长石1100℃ ，钙长石1550℃ ，钡长石1715℃ 。
Na2O•Al2O3•6SiO2
K2O•Al2O3•6SiO2 CaO•Al2O3•2SiO2 BaO•Al2O3•2SiO2
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钠长石
钾长石
钙长石
钡长石
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长石类矿物的化学组成与矿物物理性质
名
称
化学通式
晶体结构式
理论化 学组成
(%)
SiO2 Al2O3 RO(R2O)
晶系
密度（g/cm3）
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2、斜长石亚族
➢ 由钙长石和钠长石组成的长石中：
钠长石 钙长石 斜长石
含钠长石在90%以上 含钠长石不足10% 在这中间不同比例的混熔物
斜长石中以钠长石的熔点最低（约1120 ℃ ），所以常用 作日用陶瓷的釉用原料。
➢ 生产中一般所称的钾长石，实际上是含钾为主的钾钠长石； 而所谓的钠长石，实际上是含钠为主的钾钠长石；一般含 钙的斜长石在日用陶瓷生产中较少使用。
一、长石的种类和一般性质
➢ 长石是陶瓷原料中最常用的熔剂性原料，它呈架状硅酸盐结 构，化学成分为不含水的碱金属与碱土金属硅酸盐。一般用 作坯料、釉料、色料熔剂等的基本成分，用量较大，是传统 陶瓷的三大原料之一。
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
钾长石 钙长石 钡长石
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在低温下的快速转化，虽然体积膨胀很小，但因其转化迅 速，又是在无液相出现的所谓干条件下进行转化，因此破 坏性强，危害性大，很容易使陶瓷制品产生变形和开裂的 后果。
三、石英在陶瓷生产中的作用
石英是作为瘠性原料加入到陶瓷坯料中的，它在陶瓷生产 中的作用不仅表现在坯体成形，而且在烧成时都有重要的 影响。
石英材料的熔融温度范围取决于二氧化硅的形态和杂质的 含量。
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二、石英的晶型转化
石英是由[SiO4] 四面体互相以顶点连接而 成的三维空间架状结构。由于[SiO4] 四面体之 间的连接在不同的条件与温度下呈现不同的连 接方式，石英可呈现出各种晶型，其晶型与晶 型间的转变温度如图所示。
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①脉石英：是由二氧化硅的熔融岩浆填充岩隙并在地壳的较 浅部分经急冷凝固形成的致密状结晶态石英（有的可凝固为 玻产璃日态用石细英瓷）的，良是好原火料成。岩。其SiO2含量可高达99%，是生
②砂岩：石英颗粒被胶结物结合而成的一种碎屑沉积岩。根 据胶结物质的不同，可分为：石灰质砂岩、粘土质砂岩、石 膏质砂岩、硅质砂岩等。在陶瓷工业中仅硅质砂岩有使用价 值。砂岩中SiO2的含量为90%~95%。
石英的主要化学成分为SiO2，但是常含有少量的Al2O3、 Fe2O3、CaO、MgO、TiO2等杂质成分。
二氧化硅在常压下有七种结晶态和一个玻璃态。它们 是α-石英、β-石英；α-鳞石英、β-鳞石英、γ-鳞石英；α-方 石英、β-方石英。
石英具有很强耐酸侵蚀能力（氢氟酸除外），但与碱性 物质接触时能起反应而生成可溶性的硅酸盐。高温下，石英 易与碱金属氧化物作用生成硅酸盐与玻璃态物质。
莫氏硬度
颜色
钾长石
钠长石
K2O·Al2O3·6SiO
2
K[AlSi3O8]
64.70 18.40 K2O 16.90
单斜
Na2O·Al2O3·6SiO2
Na[AlSi3O8] 68.70 19.50
Na2O 11.80 三斜
2.56~2.59
2.60~2.65
6~6.5 白、肉红、浅黄
6~6.5 白、灰
温度再升高，逐渐全部变成液相。由于钾长石的熔融物中 存在白榴子石和硅氧熔体，故粘度大。
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➢ 由于钾长石在熔融后能形成粘度较大的熔体，并且随着温度 升高熔体的粘度逐渐降低（非快速降低），所以在陶瓷生产 中有利于烧成控制和防止变形。在陶瓷坯料中选用正长石或 微斜长石为熔剂原料。
➢ 而钠长石融化时没有新的晶相产生，形成的液相粘度较低， 故熔融范围较窄，且其粘度随温度的升高而降低的速度较快， 所以一般认为在坯料中使用钠长石容易引起产品变形。但是 钠长石在高温时对石英、粘土、莫来石的熔解却最快，熔解 度也最大，因此可以配合釉料使用。