无机非金属材料课件第一章 第一节 天然矿物原料

1、第一章第一章 原料原料第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料 原料是制备无机非金属材料制品的基础，陶瓷制品的性质不仅与工艺过程有关，而且与原料有关。1 1 原料是基础原料是基础原料原料结构结构工艺工艺内因内因外因外因第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料2 2 选用原料的注意事项选用原料的注意事项 质量达标（质量达标（不是越纯越好不是越纯越好） 储量要大（储量要大（保证长期供应保证长期供应） 性能稳定（性能稳定（稳定压倒一切稳定压倒一切） 运输方便（运输方便（避免等米下锅避免等米下锅） 成本要低（成本要低（当地原料优先当地原料优先）第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料 3 3 原料的分类原料

2、的分类据据原料的获得方式原料的获得方式：天然：天然矿物原料，化工原料、合成原料矿物原料，化工原料、合成原料。据工艺特性：可塑性原料，非可塑性原料（瘠性）， 熔剂性原料。据使用用途：坯用原料，釉用原料，色料和彩料。据矿物组成：粘土质原料，硅质原料，长石质原料， 钙质原料，镁质原料等。第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料天然矿物原料粘土类粘土类长石类石英类石英类钙质类其他矿物类第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料一、粘土类原料一、粘土类原料1.1.定义定义 粘土（clay）是自然界中硅酸盐岩石经长期风化作用而形成的疏松状或胶状密实的块状矿物，是多种微细矿物和杂质的混合体。 特点特点：a.颜色：

3、多色红、白、黄、黑、灰等。b.形状：片状片状、管状、管状、球状、六角鳞片状等。c.大小：粒径1580 c)： 较纯，杂质少瓷器、耐火材料 难熔粘土（耐火度13501580 c ）： 杂质1015炻器、陶器等 易熔粘土（耐火度1350 c ）： 大量杂质建筑砖瓦和粗陶第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料4.4.组成组成 粘土的性能取决于粘土的组成：化学组成、矿物组成和颗粒组成。（1 1）粘土的化学组成）粘土的化学组成u主要化学成分为主要化学成分为siosio2 2、a1a12 2o o3 3和结晶水和结晶水（h h2 2o o）。）。 u含有含有少量的少量的 碱金属氧化物碱金属氧化物k k2

4、2o o、nana2 2o o， 碱土金属氧化物碱土金属氧化物 caocao、mgomgo，以及，以及 着色氧化物着色氧化物fefe2 2o o3 3、tiotio2 2等。等。 u有有灼减量灼减量（化合水、有机物、碳酸盐、硫酸盐等）（化合水、有机物、碳酸盐、硫酸盐等）。 分解、挥发第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料 i2： 含量多可塑性低收缩小 l23：含量高耐火度高难于烧结高岭石类 e23 ，i2：使坯体着色，随含量增加颜色加深； a、g：降低粘土的耐火度，缩小烧结范围，过量可使 坯体起泡 2，a2：含量高烧结温度较低 i l： 有机杂质较多灼减量大，粘土颜色深，吸水性强， 可塑性好，

5、干燥强度大，但收缩也大。 根据化学组成，可初步估计出粘土的矿物组成、粘土耐火度的高低、粘土的颜色及工艺性能等。第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料粘土矿物粘土矿物高岭石类高岭石类（al2o3.2sio2.2h2o包括高岭石、多水高岭石等）包括高岭石、多水高岭石等）蒙脱石类蒙脱石类（ al2o3.4sio2.nh2o 包括蒙脱石、叶蜡石等）包括蒙脱石、叶蜡石等）伊利石类伊利石类（k0.1(si, al)4o10(oh)2.nh2o也称水云母类也称水云母类） （2 2）矿物组成）矿物组成 粘土是多矿物组成的混合物，含有二种或二种以上的粘土矿物和在形成过程中由于风化不完全或在冲刷漂移过程中混入其它

6、杂质矿物。粘土矿物粘土矿物高岭石类高岭石类（al2o3.2sio2.2h2o包括高岭石、多水高岭石等）包括高岭石、多水高岭石等）蒙脱石类蒙脱石类（ al2o3.4sio2.nh2o 包括蒙脱石、叶蜡石等）包括蒙脱石、叶蜡石等）伊利石类伊利石类（k0.1(si, al)4o10(oh)2.nh2o也称水云母类也称水云母类） 粘土矿物粘土矿物高岭石类高岭石类（al2o3.2sio2.2h2o包括高岭石、多水高岭石等）包括高岭石、多水高岭石等）蒙脱石类蒙脱石类（ al2o3.4sio2.nh2o 包括蒙脱石、叶蜡石等）包括蒙脱石、叶蜡石等）第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料u定义：定义：指粘土中

7、含不同大小颗粒的百分含量指粘土中含不同大小颗粒的百分含量( (体积百分比体积百分比 或质量分数）或质量分数） u意义：意义：可初步判断工艺性能：可初步判断工艺性能：颗粒越小，可塑性越大，颗粒越小，可塑性越大，干燥收缩越大，干燥后强度高，烧结温度低，易变形。干燥收缩越大，干燥后强度高，烧结温度低，易变形。 可初步判断矿物类型：可初步判断矿物类型：粘土矿物粒径小于粘土矿物粒径小于2 2微米，微米，非粘土矿物大于非粘土矿物大于2 2微米，多数在微米，多数在101060 60 微米。微米。判断判断粘土非粘土及相对含量。粘土非粘土及相对含量。 判断粘土本身矿物类型：判断粘土本身矿物类型：高岭土类粗，蒙脱

8、石、高岭土类粗，蒙脱石、伊利石类粘土细。伊利石类粘土细。 （3 3）颗粒组成）颗粒组成第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料方法或仪器方法或仪器基本原理基本原理 测定范围测定范围mm 特特 点点 ）通过一组筛子将样品分级，通过一组筛子将样品分级，称重各粒级，可得粒度重量称重各粒级，可得粒度重量累积分布累积分布 38381000 1000 方法简单、快速，但精方法简单、快速，但精确度低；可得平均粒径确度低；可得平均粒径和粒度分布和粒度分布 移液管法移液管法（沉降法）（沉降法） 分散在沉降介质中的样品颗分散在沉降介质中的样品颗粒的沉降速度是颗粒大小的粒的沉降速度是颗粒大小的函数，通过测定分散体因颗

9、函数，通过测定分散体因颗粒沉降而发生的浓度变化，粒沉降而发生的浓度变化，测定颗粒大小和粒度分布测定颗粒大小和粒度分布 1 1100 100 仪器便宜，方法简单，仪器便宜，方法简单，应用广。缺点是测定时应用广。缺点是测定时间长，分析、计算工作间长，分析、计算工作量很大量很大 根据夫琅和费衍射原理测定根据夫琅和费衍射原理测定颗粒粒度和粒度分布颗粒粒度和粒度分布 2 2176 176 自动化程度高、操作简自动化程度高、操作简单、测定速度快、重复单、测定速度快、重复性好、可用于在线粒度性好、可用于在线粒度分析分析 x x射线透过法射线透过法 测定因分散浓度变化引起的测定因分散浓度变化引起的浊度变化，测

10、定样品的粒度浊度变化，测定样品的粒度分布分布 0.10.1100 100 自动测定，数据不需处自动测定，数据不需处理便可得到分布曲线，理便可得到分布曲线，可用于在线粒度分析可用于在线粒度分析 u 标准筛标准筛 （筛分法（筛分法激光粒度激光粒度分析仪分析仪第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料目是个数量概念，是25.4mm长度上的网孔个数。 目是个数量概念，是25.4mm长度上的网孔个数。 第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料（1）可塑性可塑性（2）结合性（3）离子交换性（4）触变性触变性（5）收缩收缩（6）烧结性能第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料（

11、1 1）可塑性）可塑性定义：粘土与适量的水混炼后形成泥团，在外力作用下泥 团发生变形而不开裂，当外力解除后，仍能保持其 形状不变，这种性质称为可塑性。第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料 可塑性限度（塑限）可塑性限度（塑限）w w1 1：粘土或（坯料）由粉末状态进入塑性状态时的含水量。 液性限度（液限）液性限度（液限）w w2 2：粘土或（坯料）由塑性状态进入流动状态时的含水量。第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料可塑性指标可塑性指标: : 在工作水分下，粘土（或坯料）受外力在工作水分下，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。作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积。 可塑性指

12、标可塑性指标反映粘土的成型性能反映粘土的成型性能一定的含水率一定的含水率根据粘土可塑指数或可塑指标大小可将其分为以下几类：根据粘土可塑指数或可塑指标大小可将其分为以下几类： 强塑性粘土：强塑性粘土：指数指数1515或指标或指标3.63.6 中塑性粘土：中塑性粘土：指数指数 7 71515，指标，指标 2.52.53.63.6 弱塑性粘土弱塑性粘土：指数：指数 l l 7 7，指标，指标 2.52.5 非塑性粘土：非塑性粘土：指数指数1alal3+3+baba2+2+srsr2+2+caca2+2+mgmg2+2+nhnh4+4+kk+ +nana+ +lili+ + 阴离子取代能力阴离子取代能

13、力 ：ohoh- -coco3 32-2-pp2 2o o7 74-4-cnscns- -ii- -brbr- -clcl- -nono3 3- -ff- -soso4 42-2- 表示方法：表示方法：离子交换能力用离子交换能力用交换容量交换容量来表示，来表示，100g100g干粘干粘土所吸附能够交换的阳离子或阴离子的量。土所吸附能够交换的阳离子或阴离子的量。 单位：单位：m molm mol100g100g第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料影响离子交换能力的因素：影响离子交换能力的因素： 离子性质：离子性质： 粘土矿物的种类：粘土矿物的种类：蒙脱石伊利石高岭石蒙脱石伊利石高岭石结构决定结

14、构决定 粘土矿物的有序度及分散度：粘土矿物的有序度及分散度： 有序度高则交换能力差；有序度高则交换能力差；吸附在表面吸附在表面 分散度大则交换能力高：分散度大则交换能力高：颗粒越细，断键多颗粒越细，断键多 有机物质的含量：有机物质的含量：活性基因活性基因-oh-oh，-cooh-cooh具有吸附阳离子具有吸附阳离子的能力。的能力。 粘土矿物结晶程度：粘土矿物结晶程度：结晶程度差，存在类质同晶置换，结晶程度差，存在类质同晶置换，交换能力强。交换能力强。 第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料（4 4）触变性）触变性定义定义： 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，静置后能恢

15、复原来状态。 反之，泥料放置一段时间后，在维持原有水分的情况下会增加粘度，出现变稠和固化现象。这种性质统称为触变性。第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料产生触变性的原因产生触变性的原因： 粘土片状颗粒的活性边面上尚残留少量电荷未被完全中和，以致形成局部边边或边面结合，使粘土颗粒之间常组成封闭的网络状结构。 大量的自由水被分隔和封闭在网络的空隙中，使整个粘土水系统好像水分减少，粘度增加，变稠及固化现象 网络状结构是疏松和不稳定的，当稍有剪切力的作用或振动时，网络即被破坏，又呈流动状态。第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料 表征：表征：触变性的大小用稠化度或厚化度来表示 (1)泥浆泥浆厚化度：

16、泥浆的厚化度以100ml的泥浆静置30min和30s后其相对粘度之比表示。 泥浆厚化度30min30s30min100ml泥浆静置30分钟后由恩式粘度计中流出的时间30s 100ml泥浆静置30秒钟后由恩式粘度计中流出的时间(2)可塑泥团泥团的厚化度：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。 泥团厚化度（1 -0）01000泥团开始承受的负荷,g 1泥团静置一定时间后，球体或圆锥体压力相同深度时，泥团承受的负荷,g第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料（5 5）收缩）收缩u基本概念：基本概念：干燥收缩干燥收缩 、烧成收缩和总收缩、烧成收缩和总收缩原因：粘土泥料在:

17、干燥时，颗粒的水化膜水分排出，使颗粒靠拢-干燥收缩； 煅烧时，发生的物理化学变化，使颗粒靠拢-烧成收缩。成型试样: 经干燥、煅烧后的尺寸总变化-总收缩。 表示方法：线收缩率与体积收缩sv率。第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料(1)线收缩率：制品的长度变化百分率 （-）100%试样成型后的原始尺寸长度试样干燥后或烧成后的长度(2)体积收缩率：制品的体积变化百分率 sv （ v v） v 100%v试样成型后的原始体积 v试样干燥后或烧成后的体积注意：注意： 干燥线收缩以成型后试样的长度为基准； 烧成线收缩是以干燥后试样的长度为基准； 总收缩不等于干燥线收缩与烧成线收缩之和。第一节第一节 天然

18、矿物原料天然矿物原料(6) (6) 烧结性能及耐火度烧结性能及耐火度 定义：定义：烧结性能：烧结性能：烧结过程烧结过程中表现出的各种中表现出的各种物理变化及性能物理变化及性能。耐火度：耐火度：粘土原料粘土原料抵抗高温作用不致熔化抵抗高温作用不致熔化的能力。的能力。 表征方法：表征方法： 烧结性：烧结性：气孔率、吸水率、体积密度、收缩率气孔率、吸水率、体积密度、收缩率 耐火度：耐火度：或根据化学成分计算或根据化学成分计算（alal2 2o o3 3- -高；碱性氧化物高；碱性氧化物- -低低） 三角锥三角锥（高高30mm30mm，下底边长，下底边长8mm8mm，上顶边长，上顶边长2mm-2mm-

19、锥锥 顶端软化至底平面时的温度顶端软化至底平面时的温度- -耐火度耐火度） 三角锥第一节第一节 天然矿物原料天然矿物原料t t1 1：开始烧结温度。：开始烧结温度。开始出现液相，气孔率明显下降，收缩急剧增加。开始出现液相，气孔率明显下降，收缩急剧增加。t t2 2：烧结温度。：烧结温度。液相达到一定的数量，收缩达最大，气孔率降到最低。液相达到一定的数量，收缩达最大，气孔率降到最低。t t3 3：软化温度。：软化温度。随温度升高，液相继续增加，开始变形，气孔率、收缩随温度升高，液相继续增加，开始变形，气孔率、收缩率反常率反常 t1 t2 t3温度温度 200 800 1200 1400 1600