1第一章原料(粘土)详解

代），采用激光法、沉降法等先进方法，可以测出0.1～100μm 的颗粒，精确度和自动化程度都很高。
国内：大多数陶瓷厂家还仅仅使用筛分法来表示和控制原 料的细度，此法只能测定粒径大于60μm的大颗粒，较粗糙， 精确度不高。
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四、粘土的工艺性质
粘土的组成和工艺性质是生产中合理选择粘土原料的重要指 标。粘土原料的工艺性质主要取决于其化学、矿物与颗粒组成。
性状态进入流动状态时的含水量。
可塑性指数则为液限与塑限 之差，表示粘土能形成可塑泥团 的水分变化范围。
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可塑性指数W：W=W2-W1（液限与塑限之差 ）
塑限W1——反映粘土被水润湿后，形成水化膜，使粘土颗粒能 相对滑动而出现可塑性的含水量。
液限W2——反映粘土颗粒与水分子亲和力的大小。
伊利石类矿物构成的粘土，一般可塑性低， 干后强度小，干燥烧成收缩小，烧结温度低，烧 结范围窄。一般在800℃左右开始烧结，完全烧结 温度在1000～1150℃
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粘土中的杂质矿物
它们通常以细小晶粒及其集合体分散于粘土中，也有成为 独立的矿物颗粒或者覆盖在粘土矿物颗粒表面上它们的数量有时 不多，但会影响甚至决定粘土的工艺性能。
Al2O3 2SiO2 nH2O (Al4 [Si4O10] (O H)3 nH2O) ( n=4~6)
白、黄 灰、褐
同上
片、粒 杆状
管、片 状
0.3~3 μm
< 1 μm
可塑性差，耐火度 高，白度好
可塑性好，综合性 比高岭石好，干燥
收缩大
蒙 蒙脱石 脱 （微晶高 石 岭石）
Al2O3 4SiO2 nH2O
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b．蒙脱石类 Ａl2O3·4ＳiO2·nＨ2O（蒙脱石n>2，叶蜡石n=1）
2:1型层状结构，两端[SiO4]四面体，中间 夹一个Al－（O，OH）八面体，构成单元层。单 元层间靠O键相连，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。
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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。
可塑性指标——反映粘土的成型性能
应力大，应变小——挤坯成型 应力小，应变大——旋坯成型
影响可塑性的因素：
矿物组成 固相颗粒大小和形状 液相的数量和性质 吸附阳离子的种类
水分适中，颗粒细小，有机杂质，阳离子浓度大、半径 小、电价高可塑性较好。
可塑性 定义：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。
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可塑性——可塑性指数 可塑性限度（塑限）W1：塑限(塑性限度)系粘土(或坯料)由
固体粉末状态进入塑性状态时的含水量。 液性限度（液限）W2：液限(液性限度)系粘土(或坯料)由塑
(4)含碱矿物 主要是长石类，云母类矿物。它们的熔剂作用强烈，影响粘
土可塑性，会降低烧结温度。
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表5 粘土主要矿物组成
类
别
矿物
化学通式 （晶体结构式）
颜色
颗粒 形状
粒度
工艺特点
高 岭 高岭石 石 类 多水高岭石
（叙永石）
Al2O3 2SiO2 H2O (Al4 [Si4O10] (O H)3)
风化残积型粘土矿床一般SiO2含量高，而A12O3含量低。
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化学组成在一定程度上反映其工艺性质：
（1）SiO2 ：若以石英状态存在的SiO2多时，粘土可塑性降低， 但是干 燥后烧成收缩小。
（2）Al2O3 ：含量多，耐火度增高，难烧结，高岭石类。 （3）Fe2O3＜1％ ，TiO2 ＜0.5％ ：瓷制品呈白色，含量过 高，颜色变深，还影响电绝缘性。 （4）K2O、Na2O：降低烧结温度，缩小烧结范围,伊利石类。 （5） CaO、MgO：降低粘土的耐火度，缩小烧结范围，过量 可使坯体起泡。 （6） H2O、有机质：可提高可塑性，但收缩大。
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c ．伊利石类
化学通式：K<2(Al，Fe，Mg)4(Si，A1)8O20(OH)4·H2O
与蒙脱石结构类似，2:1型层状硅酸盐，但 [SiO4]四面体中Ａl３+较蒙脱石多，晶间阳离子常为 K+，也有部分被Ｈ+，Ｎa+取代， K+半径大小正好嵌 入层间，因此晶格结构牢固，不发生膨胀。
第一章 原料及预处理
原料是材料生产的基础 作用：主要是为产品结构、组成及性能提供合适的化学成 分和加工处理过程所需的各种工艺性能。 包括：天然原料、化工原料
特点：天然原料化学组成不纯，便宜；化工原料高纯度。
节约资源，物尽其用。
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一、粘土
第一节 粘土类原料
定义：粘土是一种颜色多样，细分散的一种或者多种含 水铝硅酸盐矿物的混合体。
类细小。非粘土矿物如石英、长石等杂质一般是较粗的颗粒。 淘洗可获得较纯的粘土。
<1um的细颗粒愈多，则可塑性愈强，干燥收缩大，干后强 度高， 而且烧结温度低，（比表面积大，表面能高）片状比 杆状堆积面积大，塑性大，强度高。
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颗粒组成——测定方法 国外：对超细粉体的分级技术研究较早（早在五、六十年
(Al4 [Si8O10] (O H)4 nH2O) (n>2)
白、浅 细粒、 黄色 鳞片状
<0.5 μm
易碎，颗粒细小可 塑性好，收缩大烧 结温度低，色泽差
蒙 脱 叶腊石 石 类
Al2O3 4SiO2 H2O (Al2 [Si4O10] (O H)2)
白、浅 黄、浅
灰色
鳞片状
含结晶水少，总收 缩不大，膨胀系数 小，宜用于快速烧
(1)石英 使粘土可塑性差，坯料成型困难，干燥后强度低，影响上
釉操作。所以我国南方陶瓷工厂多采用淘洗法(也可用水力旋流 器)将粘上中的石英颗粒除去。
(2)铁质矿物 针铁矿、褐铁矿、赤铁矿、黄铁矿、菱铁矿等；影响产品
烧后色泽，介电性能、化学稳定性等；如果分散度大则往往采用 电磁选矿法除铁。
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三：膨润土可塑性大，触变厚化性强，严重影响泥浆性能。 煅烧时脱水过程长，收缩大，Ａl2Ｏ3含量低，又吸附了其它阳 离子，杂质较多。因此烧结温度低，烧后色泽差，会使坯体软 化变形，用量不宜太多，一般在５％左右。
四：随外界环境的温度和湿度而变化，引起Ｃ轴膨胀与收 缩，因此蒙脱石吸水性强，吸水后体积膨胀，容易破裂。颗粒 极细，可塑性强，干燥后强度大，干燥收缩也大，烧结温度低。
(3) 碳酸盐及硫酸盐 方解石(CaCO3)、菱铁矿(MgCO3)、石膏(CaSO4·2H20)、明矾
石(K2SO4·A12(SO4)·6H2O)及可溶性硫酸盐K2SO4、Na2SO4等。碳酸 盐分解产生CaO、MgO，起熔剂作用，能降低陶瓷的烧成温度。 硫酸盐分解温度较高，容易引起坯泡。石膏还会和粘土熔化形成 绿色玻璃质熔洞。
特点：
一：蒙脱石显著的特点是能吸收大量的水，体积膨胀，如 以蒙脱石为主的膨润土其吸水后体积可膨胀20～30倍，这就是 膨润土的名称的由来。
二：离子交换能力强，晶格中的四面体层Ｓi4+部分被Ａ l3+、Ｐ5+置换。八面体层中Ａl3+被Ｍg2+、Ｆe3+、Ｚn2+、Ｌi+ 等置换，使晶格中电价不平衡。晶层之间吸附阳离子如 Ｃa2+、 Ｎa+等，又增加了蒙脱石的离子交换能力。根据吸附离子不同 分为Ｎa蒙脱石，Ｃa蒙脱石。
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化学组成的意义
1）矿物鉴定 2）估计耐火度 3）制品的颜色 4）成型性能 5）制品在烧结中膨胀或气泡的可能性 6）示性分析
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2、粘土的矿物组成
粘土矿物主要为高岭石类（包括高岭石、多水高岭石等）、
蒙脱石类（包括蒙脱石、叶蜡石等）和伊利石类（也称水云母）
等等。
高岭石
叶腊石
伊利石
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a．高岭石类 晶体结构式：Al4［Si4O10]（OH）8，1:1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。
特点：吸附能力小，可塑性和结合性较 差，杂质少、白度高、耐火度高。
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粘土类型 强塑性粘土 中塑性粘土 弱塑性粘土 非塑性粘土
措 施：
表3 粘土可塑性
指数 >15 7~15 1~7 <1
指标
>3.6 25~3.6 <2.5
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离子交换性 定义： 起因：粘土颗粒带电荷，来源于Si4+被Al３+，Fe２+等置换以
及边缘断键，而出现负电荷。
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二、粘土的成因及分类
各种富含硅酸盐矿物的岩石经风化，水解，热液蚀变等作 用可变为粘土。
粘土的成因是什么？ 风化残积型 热液蚀变型 沉积型
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风化残积型—— 一次粘土
成因：深层的岩浆岩（花岗岩、伟晶岩、长石岩）在原产 地风化(物理、化学、有机风化）后即残留在原地，多成为优 质高岭土的矿床，一般称为一次粘土（也称为残留粘土或原生 粘土）；粘土的产地不同，其成分也有较大波动。
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粘土的分类
按成因分： 原生粘土（一次粘土）
次生粘土（二次粘土）
两者区别：
化学组成 耐火度