无机材料工艺学第3章 无机材料原料(8学时)概论

Fe2O3含 在氧化焰中 量/wt% 烧成时呈色
适于制造品种
细瓷，白炻瓷，
<0.8
白色
细陶瓷
一般细瓷，
0.8
灰白色
白炻瓷器
1.3
黄白色 普通瓷，炻瓷器
2.7
淡黄色 炻瓷，陶器
Fe2O3 含量 /wt％
在氧化焰中 适于制造品种
烧成时呈色
4.2
黄 色 炻瓷，陶器
5.5
淡红色 炻瓷，陶器
普通瓷器，
8.5
紫红色
高岭石类粘土，如苏州土、紫木节土
按粘土的 主要矿物类型
蒙脱石类（包括叶腊石类）粘土，如辽宁黑山和福建连成膨润土
伊利石类（或水云母类）粘土，如河北章村土
水铝英石类粘土，如唐山A、B、C级矾土
二、粘土的组成
（一）化学组成（chemical composition）
主要化学成分：SiO2、Al2O3、结晶水， 杂质：K2O、Na2O，CaO、MgO等 着色氧化物Fe2O3、TiO2等
陶瓷工业 ：可塑性、悬浮性和烧结性，其用量常达40％以上 玻璃工业：质地较纯的高岭土 →无碱玻璃、仪器玻璃 耐火材料工业：粘土质耐火材料 水泥 工业：提供SiO2和Al2O3，生料成球性能 （立窑和立波尔窑）
－、粘土的分类
按粘土的成因 按粘土可塑性 按粘土耐火度
原生粘土
次生粘土 高塑性土 低塑性土 耐火粘土 难熔粘土 易熔粘土
二、钙质原料在生产中的作用及其品质要求
水泥工业：引入CaO → 形成C2S、C3S、C3A、C4AF等→ 水化活性
化学成分及杂质含量 →水泥熟料的煅烧和质量 如：方镁石膨胀 →水泥安定性不良
熟料中MgO < 5.0%，石灰石的MgO < 3.0%
陶瓷工业：石灰石、方解石和硅灰石→增加坯体及釉料中熔 剂矿物含 量，
第三章 无机材料原料
原料品种
天然矿物原料 化工和人工合成原料 工业废渣废料
合理选择原料 → 原料组成与特性 →生产工艺与产品性能
第一节 钙质原料
一、钙质原料的种类和性质 （calcuneous material）
➢ 制造硅酸盐水泥和石灰的主要原料
➢ 陶瓷和玻璃工业生产中引入CaO成分
（1）碳酸钙
白垩 硅灰石
由海生生物外壳与贝壳堆积而成，主要是由隐晶或无定形细粒疏松的碳酸 钙所组成，色白，发亮的白垩中碳酸钙含量可达90%以上，白垩中常夹有 软或硬白裂礓石（主要为CaCO3）、红粘土和燧石等
又名板石，是链状结构的似辉石类矿物，产于石灰岩与酸性岩浆的接触带，由CaO 与SiO2高温反应而生成，化学通式为CaOSiO2，理论化学组成为CaO48.25%、SiO2 51.75%，组成中的钙很容易被铁、锰或锶呈类质同象取代，常与透辉石、方解石、 石英等矿物共生，相对密度2.8～3.0，熔点1540℃，呈针状、纤维状和致密块状
石灰岩的俗称，主要矿物是方解石，含有白云石、石英、粘土等杂质，是 一种具有微晶或潜晶结构的化学与生物化学沉积岩，无解理，多呈灰白色、 黄色，一般呈块状，结构致密，性脆，密度2.6～2.8g／cm3
泥灰岩
系碳酸钙和粘土物质同时沉积所形成的均匀混合的沉积岩，硬度低于石灰 岩，颜色从黄色到灰黑色，耐压强度通常小于100MPa
粗陶瓷
10.0
暗红色 粗陶瓷
水泥生产：粘土化学成分、碱含量→粘土质量指标 要求：SiO2 / （ Al2O3 ＋ Fe2O3 ） ＝2.5~3.5，Al2O3/Fe2O3＝1.5~3.0，
否则需引进硅质或铝质校正原料 水泥熟料中碱含量 < 1.3%→粘土中碱含量 < 4.0% 低热水泥或使用悬浮预热器窑→粘土中碱含量 < 3.0%
类别
CaO
MgO
R2O
SO3
燧石或
石英
石
一级品 ＞48
灰
石
＜2.5
二级品 45～48
＜3.0
＜1.0
＜1.0
＜1.0
＜1.0
＜4.0 ＜4.0
泥灰岩
35～45
＜3.0
＜1.2
＜1.0
＜4.0
三、钙质工业废渣
电石渣：化工厂乙炔发生车间消解石灰排出的消石灰浆。 （含水 85~90%） 特点：80％以上10~50m颗粒组成，不必磨细，但流动性 较差。 应用：湿法水泥窑生产 影响窑的产量和煤耗 → 料浆脱水处理。
石灰石
(2) 氟化钙 (3) 白云石 (4) 骨灰
(5) 硅灰石 (6) 透辉石
(7) 磷灰石 (8) 石膏
常见钙质原料的种类和性质
种类
基本性质
方解石 石灰石
属三方晶系，菱面体，有时呈粒状或板状，一般为乳白色或无色，随杂质 含量而呈灰白、淡黄、红褐等色，理论组成为CaO 56%，CO2 44%，玻璃 光泽，性脆
也称一次或残留粘土，母岩风化后残留在原地而形成； 特点：质地较纯，颗粒稍粗，可塑性较差，耐火度较高
也称二次或沉积粘土，由风化形成的粘土受风雨作用迁 移到其它地点沉积而形成的粘土层；特点：颗粒细，杂 质多，可塑性较好，耐火度较差
又称软质粘土、球土或结合粘土；特点：分散度 大，多呈疏松或板状，如膨润土、木节土等
陶瓷生产：粘土化学组成 →粘土性能 如：Al2O3＞36％→粘土难烧结 SiO2含量＞70％→粘土中含有石英 K2O＋Na2O＞2％→水云母质粘土→烧结温度较低 Fe2O3＞0.8％→制品呈灰白色、黄色，甚至暗红色 TiO2＞0.2％→制品在还原气氛下烧成时易呈黄色
Fe2O3含量对粘土煅烧后呈色的影响
降低产品烧成温度 硅灰石 →日用瓷、低损耗无线电陶瓷、火花塞及磨具、釉料等的主
要原料 →本身不含挥发分，反应过程无气体放出，干燥 收缩、烧成收缩以及热膨胀系数小，有利于陶瓷快速烧成。
玻璃工业：石灰石→增加玻璃的化学稳定性和机械强度
要求：CaO > 50%，有害着色物质Fe2O3<0.15%。
钙质原料的质量指标（wt%）
又称硬质粘土；特点：分散度பைடு நூலகம்，呈致密块状或 石状，如叶腊石、瓷石等
耐火度在1580℃以上，含杂质较少，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
耐火度为1350～1580℃，含易熔杂质10％～15％，可作 炻器、陶器、耐酸制品、装饰砖及瓷砖的原料
耐火度在1350℃以下，含有大量的各种杂质，多 用于建筑砖瓦和粗陶等制品
糖滤泥：碳酸法制糖厂 碱 渣：氨碱法制碱厂
重点考虑：杂质影响
白 泥：造纸厂
第二节 粘土类原料
粘土是一种或多种含水铝硅酸盐矿物的混合 体。 由铝硅酸盐类岩石经过长期地质年代的自然 风化或热液蚀变作用而形成，含有未风化的岩石 碎屑、石英砂、黄铁矿、有机物等杂质。无一定 熔点，也没有固定的化学组成
为陶瓷、耐火材料、水泥工业的主要原料