无机非金属材料工学(个人整理)

无机非金属材料工学期末总结

1概述

水泥生产过程：P-H-P

水泥制品生产过程：H-P-F

玻璃生产过程：P-H-F

陶瓷生产过程：P-F-H

2 原料与燃料

2.1钙质原料

陶瓷工业中使用的钙质原料主要有纯度要求更高的方解石，石灰石和硅灰石等，其目的主要是增加坯体及釉料中熔剂型矿物的含量降低产品的烧成温度。生产1t水泥熟料通常需要1.2~1.3t石灰石干原料。

2.2黏土类原料

生产1t水泥熟料需要0.2~0.3t黏土类原料。

2.2.2粘土的组成

由于粘土主要由含水的铝硅酸盐组成，因而其主要化学成分为SiO2和Al2O3，还有少量的碱金属氧化物，碱土金属氧化物，着色氧化物等，除此之外就是部分结晶水。

矿物组成：粘土按其主导粘土矿物的不同分为高岭石类、蒙脱石类和伊利石类三大类别。

高岭石（Al2O3·2SiO2·2H2O）1:1型层状结构硅酸盐，Si-O四面体层和Al-(O,OH)八面体层通过共用氧原子联系成双层结构，构成结构单元层。层间以氢键相连，结合力较小，所以晶体解理完全并缺乏膨胀性。——高岭土

蒙脱石（Al2O3·4SiO2·nH2O，n＞2）是2:1型层状结构，两端[SiO4]四面体，中间夹一个[AlO6]八面体，构成单元层。单元层间靠氧相连，结合力较小，水分子及其它极性分子易进入晶层中间形成层间水，层间水的数量是可变的。——膨润土

伊利石（K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O·nH2O）——水云母类矿物（云母水解成高岭石的中间产物）

伴生矿物（处理方法：淘选、磁选）

测定粘土颗粒级配：筛分法（0.06mm以上）与沉降法（1~50μm）

2.2.3粘土的工艺性质

（1）可塑性：粘土—水系统形成泥团，在外力作用下泥团发生变形，形变过程中坯泥不开裂，外力解除后，能维持形变，不因自重和振动再发生形变，这种现象称为可塑性。表示方法：可塑性指数、可塑性指标

可塑性指数（w）：W=W2-W1 W降低—泥浆触变厚化度大，渗水性强，便于压滤榨泥。W1塑限：粘土或（坯料）由粉末状态进入塑性状态时的含水量。

W2液限：粘土或（坯料）由粉末状态进入流动状态时的含水量。

可塑性指标：在工作水分下，粘土（或坯料）受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积，也可以以这时的相应含水率表示。

（2）离子交换性：粘土颗粒因表面层断键和晶格内部离子的不等价置换而带电，能吸

附其他异号离子，在水溶液中这种离子又可被其他相同电荷的离子置换。交换发生在粘土粒子表面，不影响硅铝酸盐晶体结构。表示方法：离子交换能力用交换容量来表示，100g 粘土所吸附能够交换的阳离子或阴离子的量，单位：mol×10／g。

（3）触变性：粘土泥浆或可塑泥团在静置会变稠或凝固，若此时受到搅动或振动，则可使其粘度降低而流动性增加，再放置一段时间后又能恢复至原来的状态，这种性质称为触变性。

原因：粘土颗粒表面带电荷，来源于Si4+被Al３+，Fe２+等置换以及边缘断键，而出现负电荷。

触变性大小常用厚化度来表示。

泥浆厚化度：泥浆放置30min和30s后相对粘度之比

泥团厚化度：静置一段时间后，球体或锥体压入泥团达一定深度时剪切强度增加的百分数。

（4）膨化性：粘土加水后发生体积膨胀的性质。膨化性的大小可用膨胀容来表示，膨胀容通常是指1g干粘土吸水膨胀后的体积

（5）收缩性：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（原始长度为基准）。干燥后的粘土经高温煅烧，而随之发生的结晶水脱水、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，称为烧成收缩（干燥后的长度为基准）。两种收缩之和即为粘土的总收缩。

S 烧=

S

总

−S

干

100−S

干

∗100%

（6）烧结性能

烧结温度:随着液相量出现并不断增加，气孔率也降至最低，达到最大收缩率时，其对应的温度称为烧结温度T2。若继续升温试样将因液相量过多而发生变形，其对应的最低温度称为软化温度T3。T3与T2的温度差即为烧结温度范围（大小取决于粘土中熔剂型矿物的种类和数量）。

（7）耐火度：材料在高温作用下达到特定软化程度时的温度

耐火度检测：将一定细度的截头三角锥（高30mm，下底边长8mm，上底边长

2mm），在一定的升温制度下，测出三角锥顶端软化下弯至锥底平面时的温度，即粘土原料的耐火度。

2.3石英类原料

自然界中的SiO2结晶矿物统称为石英

2.3.2石英晶型的转化

横向：重建型转变（高温型转变），特征：转化速度慢，体积变化大。

纵向：位移型转变（低温型转变），特征：转化速度快，体积变化小。

2.4长石类原料

长石是一类最为常见的造岩矿物，约占地壳总质量的60%，为架状结构的碱金属或碱土金属的铝硅酸盐，在火成岩、变质岩和沉积岩中均可出现，但以火成岩为主。

2.5.4Na2O质原料

Na2O在玻璃熔制过程中能提供游离氧，使结构中的O/Si比值增加，降低玻璃液浓度，是良好的助熔剂。

2.5.4.2芒硝（Na2SO4）不仅可以代替碱，并且还是玻璃制造常用的澄清剂。

2.5.5含硼原料

含硼原料主要提供玻璃和陶瓷工业所需的B2O3物质。其作为陶瓷原料的主要作用是降低陶瓷釉料的熔融温度和高温粘度，使釉面光滑平整。而在作为玻璃原料在硼硅酸盐玻璃中B2O3可以【BO】3和【BO】4为结构组元与硅氧四面体共同组成结构网络，降低玻璃的膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性和机械性能，增加玻璃的折射率和玻璃光泽。

2.5.6辅助性原料

2.5.6.1澄清剂

凡在玻璃熔制过程中能分解产生气体，或能降低玻璃液粘度，促使玻璃液中气泡排出的原料称为澄清剂。

（1）氧化砷和氧化锑

单独使用仅起鼓泡作用，与硝酸盐组合使用时则能在低温时段吸收氧气，高温时段放出氧气而起到澄清作用。

（2）硫酸盐类

主要是硫酸钠，它在高温时分解逸出气体而起澄清作用。

（3）氟化物类

主要是萤石（氟化钙）和氟硅酸钠。他们通过降低玻璃液粘度而起到澄清作用。对耐火材料腐蚀大。

2.5.6.2着色剂和脱色剂

（1）着色剂

①离子着色剂②胶体着色剂③化合物着色剂

（2）脱色剂

①物理脱色：在材料中加入一定数量的能产生互补色的着色剂，使颜色互补而消色。

②化学脱色：借助于脱色剂的氧化作用，使玻璃等被有机物沾染的黄色去除，或使着色能力强的低价铁氧化物转变为着色能力较弱的三价铁氧化物，以便进一步使用物理脱色法去除，使玻璃透光性增加。

2.5.6.4乳浊剂：使熔体降温时析出的晶体、气体或分散粒子出现折射率的差别，在光线反射和衍射作用下，引起光线散射从而产生乳浊现象的物质，称为乳浊剂。

（1）悬浮乳浊剂

（2）析出式乳浊剂

（3）胶体乳浊剂