第七章_陶瓷原料

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。
（2） 石英的组成
石英化学成分为SiO2， 少量杂质成分，如A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、 TiO2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。
Slf=（ St – Sld）/（100 - Sld ） 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
T1 —开始烧结温度 T2 —完全烧结温度
T3 —软化温度
烧结范围：是指完全烧结
温度T2与软化温度T3之间 的温度范围1000-1050
粘土加热过程气孔率和收缩率的变化 1—气孔率；2—收缩率
玻璃生产中的作用 二氧化硅是重要的玻璃形成氧化物，以硅氧四面体[SiO4] 的结构组元形成不规则的连续网络，成为玻璃的骨架。石英砂、 砂岩、石英岩和石英是引入SiO2的原料。在日用玻璃中的用量 较多，约占配合料重量的60～70％以上。 影响因素： 玻璃中二氧化硅的含量； 石英砂的主要成分； 石英砂颗粒度与颗粒组成； 矿物组成； 硬度影响。
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。
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：0.25~0.15毫米 70％，0.15~0.09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: 颗粒表面电荷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。
赤
泥
与水泥熟料化学成 可作湿法生产的粘 分相比，Al2O3和 土质原料。 Fe2O3含量高,CaO 含量低
粉煤灰
炉渣
煤粉燃烧后粉状灰烬
以SiO2、Al2O3为 主
1.作混合材料；
2.代替部分或全部粘 土参与配料。
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SiO2、Al2O3以及Fe2O3 等成分。通常生产1t水泥熟料需要0.3~0.4t粘土质原料。 粘土质原料的SiO2与Al2O3和Fe2O3之和之比为2.5~3.5；
原生粘土：质地较纯，颗粒稍粗，
按成因分类
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， 按可塑性分类
如膨润土、木节Baidu Nhomakorabea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。 按耐火度分类 难熔粘土：耐火度为1350~1580℃，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
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。
塑性限度(塑限) 液性限度(液限) 塑性指数 相应含水率
粘土坯料与可塑性的关系
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，
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
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。
石
煤
煤矿生产废渣
以SiO2、Al2O3 为主，少量 Fe2O3、 CaO要 控制其含量。
煤矸石
低碳煤
烧结法从矾土中提取 氧化铝时所排出的赤 色废渣
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S1可按下式计算：
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。
用。
鹅卵石如用作陶瓷原料，则应视SiO2含量高低与杂质含量多少，粉 碎的难易程度决定。
质量好的燧石也可作陶瓷原料。
陶瓷生产中使用石英原料的技术要求：
Fe2O3+TiO2应小于0.5%，SiO2应大于97%。对石英砂，除成分外，要求
粒度一般应在0.25~0.5mm之间，SiO2不小于95%，Fe2O3+TiO2应小于1%， 高岭土与氧化钙含量应小于2%。
杂质，多用于建筑砖瓦和粗陶等制品。
高岭石类粘土 按粘土的主要矿物
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：SiO2、Al2O3、结晶水，同时含少量的碱金属R2O （K2O、Na2O）与碱土金属氧化物（CaO、MgO）， 以及着色氧化物 (Fe2O3、TiO2)等。
α-石英
573 ℃ 0.82%
870 ℃ 16.0%
α-鳞石英
163 ℃ 0.2%
1470 ℃ 4.7%
α-方石英
180 ℃~ 2.8% 270 ℃
1713 ℃ 0.1%
熔体
β-石英
β-鳞石英
117 ℃ 0.2%
β-方石英
γ-鳞石英 石英晶型和体积变化情况
掌握石英的晶型转化规律对于指导生产具有重要的实际意义。
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(0.06mm以上)与 沉降法(1~50um)。
（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
解的石英颗粒构成坯体的骨架，减少变形的可能。
可减少坯体的干燥收缩和缩短干燥时间。
脉石英的二氧化硅含量高，杂质少，是生产日用细瓷的良好原料。 杂质少的石英岩通常是制造一般陶瓷制品的良好原料。 无定形的非晶质SiO2，如外观为致密块状或钟乳状的蛋白石，由硅 藻的遗骸沉积所形成的硅藻土(含水SiO2)等，可作多孔 陶瓷原料使
蒙脱石
吸水性很强，吸 水后体积膨胀。
以蒙脱石为主要矿物的粘土叫做膨润土。
化学通式： Al2O3· 4SiO 2· nH 2O (n通常大于2) 晶体构造式： A14（Si8O20）(OH)4· nH 2O
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2.0~2.5。
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： A12O3· SiO 2· 2H 2O 晶体构造式： A14(Si4O10)(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400~600℃会排出结晶水。
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
（3） 石英在加热过程中的晶型转变
石英是由[SiO4]4-互相以 顶点连接而成的三维空间架
状结构。
以共价键连接，空隙很 小其他离子不易侵入网穴中，
致使晶体纯净，硬度与强度
高，熔融温度也高。
二氧化硅有许多结晶型态和一个玻璃态。
按照[SiO4]4-的连接方式，石英有三种存在状态：
870℃以下：石英 1713℃以下：方石英 1470℃以下：鳞石英 超过1713℃变为熔融态石英 最常见的晶态是：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。
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1000~1150℃。
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1~2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、
S1=（Lo – L1）/ Lo 100%
式中： Lo——试样的原始长度； L1——试样干燥后或烧成后的长度。
体积收缩Sv可用下式计算： Sv=（V0 – V1）/ V0 100%
式中： V0——试样的原始体积；
V1——试样干燥后或烧成后的体积。
粘土试样的总收缩St与干燥线收缩Sld与烧成线 收缩Slf之间的数学关系如下：
第七章 陶瓷类原料
7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 粘土类原料 石英类原料 长石类原料 其他天然原料 化工原料
7.1 粘土类原料
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。
（1）粘土类原料的种类
粘土是多种微细的矿物的混合体。它主要是由铝硅酸盐类
淘洗除去
游离石英的影响； 含铁矿物的影响；
淘洗、电磁选矿除铁
碳酸盐矿物和硫酸盐矿物的影响； 含碱矿物的影响。 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
对于硅酸盐工业，石英是不可缺少的基本原料。 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SiO2，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。
（4）石英原料的作用
水泥生产中的作用 在硅酸盐水泥生产中，当氧化硅含量不足时，需掺加
硅质校正原料。常用的有砂岩、河砂、粉砂岩等。一般要求
硅质校正原料的氧化硅含量为70~90%。 陶瓷生产中的作用 烧成过程中，二氧化硅的体积膨胀起着补偿坯体收缩的作用。 高温下石英部分地溶解于液相中，增加熔体的粘度，而未溶
水晶
脉石英
石英岩(硅石)
砂岩
石英砂
硅砂
玛瑙
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：SiO2含量高（SiO2>99%），杂质少。 石英岩(硅石)：石英岩含有一定量的杂质，SiO2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。SiO2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
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A12O3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。
Montmorillon
伊利石：一种云母类矿物
晶体构造式：K2(AI,Fe,Mg)4(Si,A1)8O20(OH)4· nH2O。
结构上，伊利石和蒙脱石相似。