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制陶工艺所需的原料成分

  • 发布时间:2012-06-28
  • 来源:宜陶矿业
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陶瓷工艺自古是出自我国劳动人民之手的鬼斧神工,传入欧洲曾轰动一时,价格堪比黄金贵。成就了“泥土变黄金”的奇异现象。如今的陶瓷已不仅仅只是使用泥土为材料。是哪些材料早就了当今美轮美奂的精工佳作?

我国古代劳动人民把泥土做成了精美的陶瓷器,当这些陶瓷器最初运到欧洲时,轰动一时,称为"天上的珍品",其价格与黄金等同。这就是历史上“泥土变黄金”的事实,今天有“泥土”同样也能制成精美的瓷器,同样也能再现"泥土变黄金"的事实,可今天制瓷用的已不是普通的泥土,美轮美奂的陶瓷其原料究竟有哪些,基本情况又是怎样的呢?本期专题就和大家一起来揭开“陶瓷原料”面纱的一角。

陶瓷原料虽然有许多种,但陶瓷工业生产中最基本的原料是石英、长石、粘土三大类和一些化工原料。上述三类原料,提供了配料的基本组分,并以一定的物理化学作用形成各“相”,而构成瓷。

从工艺角度讲,它们基本分为两种类型,一种是可塑性的,另一种是非可塑性的。前者主要是粘土类物质,包括高岭土、多水高岭土,烧后呈白色的各种类型粘土和作为增塑的膨润土等。这些可塑性原料在生产中起塑化和结合作用,赋于坯料以塑性与注浆成形性能,保证干坯强度及烧后的各种使用性能,如机械强度、热稳定性、化学稳定性等。它们是成形的基础,也是粘土质陶瓷的成瓷基础。

属于非可塑性的原料主要的石英,它可降低坯料的粘隆。烧成时部分石英溶解在长石玻璃中,提高相粘度,防止高温变形,冷却后在瓷坯中起骨架作用。除石英外可以起到瘠化作用的尚有由粘土、高岭土煅烧后变成的熟料和碎瓷粉等。

长石则属于熔剂原料,高温下熔融后可以溶解一部分石英及高岭土分解产物,熔融后的高粘度玻璃可以起到高温胶结作用。除长石外,还有伟晶花岗岩、滑石、白云石、石灰以及景德镇地区常用的釉灰等也起到同样作用。

高岭土:高岭土化学结构式是Al2O3•2SiO2•2H2O,也就是以氧化铝、二氧化硅为主要成分,往往含有金属氧化物杂质,最早是做瓷器用的瓷土,因为最先是在景德镇的高岭村发现和使用,所以就叫高岭土,现在国际上也是这个叫法。

用途: 质纯的高岭土具有白度高、质软、易分散悬浮于水中、良好的可塑性和高的粘结性、优良的电绝缘性能;具有良好的抗酸溶性、很低的阳离子交换量、较好的耐火性等理化性质。因此高岭土已成为造纸、陶瓷、橡胶、化工、涂料、医药和国防等几十个行业所必需的矿物原料。

工艺特性: 白度是高岭土工艺性能的主要参数之一,纯度高的高岭土为白色。高岭土白度分自然白度和煅烧后的白度。对陶瓷原料来说,煅烧后的白度更为重要,煅烧白度越高则质量越好。陶瓷工艺规定烘干105℃为自然白度的分级标准,煅烧1300℃为煅烧白度的分级标准。

粒度分布是指天然高岭土中的颗粒,在给定的连续不同粒级(以毫米或微米筛孔的网目表示)范围内所占的比例(以百分含量表示)。高岭土的粒度分布特征对矿石的可选性及工艺应用具有重要意义,其颗粒大小,对其可塑性、泥浆粘度、离子交换量、成型性能、干燥性能、烧成性能均有很大影响。

可塑性是高岭土在陶瓷坯体中成型工艺的基础,也是主要的工艺技术指标。高岭土与水结合形成的泥料,在外力作用下能够变形,外力除去后,仍能保持这种形变的性质即为可塑性。通常用可塑性指数和可塑性指标来表示可塑性的大小。可塑性指数是指高岭土泥料的液限含水率减去塑限含水率,以百分数表示,即W塑性指数=100(W液性限度-W塑性限度)。可塑性指标代表高岭土泥料的成型性能,用可塑仪直接测定泥球受压破碎时的荷重及变形大小可得,以kg•cm表示,往往可塑性指标越高,其成型性能越好。高岭土的可塑性可分为四级:强可塑性>153.6、中可塑性7—152.5—3.6、弱可塑性1—7<2.5 、非可塑性<1 。

烧结性是指将成型的固体粉状高岭土坯体加热至接近其熔点(一般超过1000℃)时,物质自发地充填粒间隙而致密化的性能。气孔率下降到最低值,密度达到最大值的状态,称为烧结状态,相应的温度称为烧结温度。继续加热时,试样中的液相不断增加,试样开始变形,此时温度即称转化温度。烧结温度与转化温度的间隔称烧结范围。烧结温度和烧结范围在陶瓷工业中是决定坯料配方、选择窑炉类型的重要参数。试料以烧结温度低、烧结范围宽(100—150℃)为宜,工艺上可以用掺配助熔原料及将不同类型的高岭土按比例掺配的方法控制烧结温度及烧结范围。

烧成收缩性是指已干燥的高岭土坯料在烧成过程中,发生一系列物理化学变化(脱水作用、分解作用、生成莫来石,易熔杂质熔化生成玻璃相充填于质点间的空隙等),而导致制品收缩的性能,也分为线收缩和体收缩两种。同干燥收缩一样,烧成收缩太大,容易导致坯体开裂。另外,焙烧时,坯料中若混有大量的石英,它将发生晶型转化(三方→六方),使其体积膨胀,也会产生反收缩。

同时,高岭土还具有可塑性、干燥性、耐火性、可选性、化学稳定性、电绝缘性和悬浮性和分散性等特性,这些都为其成为陶瓷最基本原料创造了条件。

分布: 目前我国高岭土矿点有700多处,对200处矿点探明储量为30亿吨,矿点较为分散。高岭土矿床,湖南占全国的29%,其次有江苏、广东、江西、辽宁、福建等省,探明的储量均达到1000万吨以上。福建省龙岩发现了我国目前最大的高岭土矿,其储量高达5400万吨。

我国是产煤大国,基本上大型煤矿都伴生有煤系高岭土,因而煤系高岭土储量十分丰富。非煤系高岭土1996年探明工业储量14.32亿吨。与其它非金属资源相比,高岭土不属于我国的优势资源,如按人均算则更为短缺。而且我国高岭土资源的分布比较分散,品位不高,大多数为煤系高岭土(国外很少),需要经过煅烧或改性。在我国,非煤系高岭土与煤系高岭土储量相当,但绝大多数为管状高岭土,粘度大,不能用于造纸涂布。据目前所了解资料,只有广东、广西、安徽`河北沙河的高岭土资源可以开发用于造纸涂料,因此资源十分宝贵。河北沙河在90年代中后期曾在国内造纸涂料市场与茂名高岭土有过激烈竞争,但目前已经由于资源不足,逐渐萎缩。

石英

石英,无机矿物质,主要成分是二氧化硅,常含有少量杂质成分如Al2O3、、CaO、MgO等,为半透明或不透明的晶体,一般乳白色,质地坚硬。石英是一种物理性质和化学性质均十分稳定的矿产资源,晶体属三方晶系的氧化物矿物,即低温石英(a-石英),是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。广义的石英还包括高温石英(b-石英)。石英块又名硅石,主要是生产石英砂(又称硅砂)的原料,也是石英耐火材料和烧制硅铁的原料。

性质结构 :石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物,其主要矿物成分是SiO2 。石英砂的颜色多种多样常为乳白色、无色、灰色。硬度为7,性脆,无解理,贝壳状断口。油脂光泽,相对密度为2.65,其化学、热学和机械性能具有明显的异向性,不溶于酸,微溶于KOH溶液,熔点1750℃。具压电性。

主要类型:石英按品质可分为普通石英砂,精制石英砂,高纯石英砂,熔融石英砂。

1,普通石英砂: 耐火度1750~1800℃,外观部分大颗粒,表面有黄皮包囊。主要用途:冶金,墨碳化硅,玻璃及玻璃制品,搪瓷,铸钢,水过滤,泡花碱,化工,喷沙等行业。

2,精制石英砂: 精选优质矿石进行复杂加工而成,外观白色或结晶状。主要用途:高级玻璃,玻璃制品,耐火材料,熔炼石类,精密铸造,砂轮磨材等。

3,高纯石英砂: 是采用1~3级天然水晶石和优质天然石类,经过精心挑选,精细加工而成。粒度范围1~0.5mm, 0.5~0.1mm,0.1~0.01mm,0.01~0.005mm 不等。

4,熔融石英砂

化学成份: SiO2:99.9~99.99%;Fe2O3:10PPM~25PPM; Max Li2O 含量:1~2PPM;Max Al2O3 含量:20~30PPM;Max K2O 含量:20~25PPM;Max Na2O 含量:10~20PPM。物理性能: 外观为无色透明块状,颗粒或白色粉末。

5,硅微粉:外观为灰色或灰白色粉末。耐火度>1600℃。容重:200~250千克/立方米

主要用途

1,玻璃:平板玻璃、浮法玻璃、玻璃制品(玻璃罐、玻璃瓶、玻璃管等)、光学玻璃、玻璃纤维、玻璃仪器、导电玻璃、玻璃布及防射线特种玻璃等的主要原料

2,陶瓷及耐火材料 :瓷器的胚料和釉料,窑炉用高硅砖、普通硅砖以及碳化硅等的原料

3,冶金 :硅金属、硅铁合金和硅铝合金等的原料或添加剂、熔剂

4,建筑 :混凝土、胶凝材料、筑路材料、人造大理石、水泥物理性能检验材料(即水泥标准砂)等

5,化工 :硅化合物和水玻璃等的原料,硫酸塔的填充物,无定形二氧化硅微粉等

6,机械 :铸造型砂的主要原料,研磨材料(喷砂、硬研磨纸、砂纸、砂布等)

7,电子 :高纯度金属硅、通讯用光纤等

8,橡胶、塑料 :填料(可提高耐磨性)

9,涂料 :填料(可提高涂料的耐候性)

10,航空、航天 :其内在分子链结构、晶体形状和晶格变化规律,使其具有的耐高温、热膨胀系数小、高度绝缘、耐腐蚀、压电效应、谐振以及其独特的光学特性。

分布 :石英在地球上储量多,在陶瓷工业中属于非可塑性陶瓷原料,可用于陶瓷产品的坯体、釉料等配方。我国优质石英资源储量丰富,以湖南、江西、河北、福建等省最丰富。它们通常以水晶、脉石英、石英岩、石英砂岩、石英砂、燧石、硅藻土、海卵石及粉石英等形式存在。

长石 :长石是长石族岩石引的总称,它是一类含钙、钠和钾的铝硅酸盐类矿物。为地壳中最常见的矿物,比例达到60%,在火成岩、变质岩、沉积岩中都可出现。长石是几乎所有火成岩的主要矿物成分,对于岩石的分类具有重要意义。

特性 :长石的硬度波动于6-6.5,比重波动于2-2.5,性脆,有较高的抗压强度,对酸有较强的化学稳定性。钾长石颜色多为肉红色,也有灰、白褐色。钠长石为白、灰及浅黄色,钙长石为白色或浅灰色。长石是一种含有钙、钠、钾的铝硅酸盐矿物,它有很多种,如钠长石、钙长石、钡长石、钡冰长石、微斜长石、正长石、透长石等。它们都具有玻璃光泽,颜色多种多样,有无色的,有白色、黄色、粉红色、绿色、灰色、黑色等等。有些透明,有些半透明。长石本身应该是无色透明的,之所以有色或不完全透明,是因为含有其他杂质。有些成块状,有些成板状、有些成柱状或针状等等。一般在火山岩和变质岩中存在的长石都很小,只有0.1~10毫米,在斑岩中可达5~10厘米,而在伟晶岩中有的可达数十米。长石是陶瓷和玻璃工业的原料。有的长石具有美丽的变彩或晕色,可被用作宝石的材料。

分类: 通俗地讲,长石分两大类——正长石(钾长石)和斜长石,二者区别在于两组解理的夹角,正长石等于90度,斜长石小于90度。斜长石又分了钠长石、更长石、中长石、拉长石、培长石、钙长石等,都是类质同像的混合物,从左向右钠越来越少,钙越来越多。

长石矿床按成因可分为两大类: 伟晶岩型长石矿:此类矿床主要赋存于伟晶岩区,其围岩多为古老的沉积变质的片麻岩或混合岩化片麻岩。也有一些矿脉产于花岗岩体或基性岩体中,或在其接触带上。矿石主要集中于伟晶岩的长石块体带或分异单一的长石伟晶岩中。

岩浆岩型长石矿床:此类矿床产于酸性、中酸性及碱性岩浆岩中,其中以产于碱性岩中的最为重要,如霞石正长岩、霞石正长斑岩矿床,其次为花岗岩、白岗岩矿床以及正长岩、石英正长岩矿床等。

主要用途 :制造陶瓷及搪瓷,玻璃原料,磨粒磨具等,此外还可以制造钾肥。 

鉴别 :长石的显微鉴别:透射偏光镜下,薄片无色透明;低正突起;呈三组相互正交的假立方体解理。干涉色较高,可达Ⅲ级绿色;平行消光;延长符号可正可负。二轴晶;正旋旋旋光性。

白云石 :白云石是碳酸盐矿物,化学成分为CaMgCO32,分别有铁白云石和锰白云石。它的晶体结构像方解石,常呈菱面体。遇冷稀盐酸时会慢慢出泡。有的白云石在阴极射线照射下发橘红色光。白云石是组成白云岩和白云质灰岩的主要矿物成分。

特性 :白云石为三方晶系,化学成份为CaMg(CO3)2,主要是由碳酸钙与碳酸镁所组成的矿物,具有完整的解理以及菱面结晶。颜色多为白色、灰色、肉色、无色、绿色、棕色、黑色、暗粉红色等,透明到半透明,具有玻璃光泽,硬度3.5-4,比重2.85-2.9。

白云石是多孔性石材。因构成白云石的化学成分对酸性物质不敏感,白云石具有更佳的耐候性。同时石灰石的吸收性较强,鉴于这一特点,在用石灰石铺设地面等区域时,要将乱涂乱写等日后易出现的污染考虑在内。在易受环境损坏、受重压的区域要使用密度大且吸收性小的石材。

用途 :白云石可以作为炼钢时用的转化炉的耐火内层、造渣剂、水泥原料、玻璃熔剂、窑业、肥料、建筑与装饰用石材、油漆、杀虫剂与医药等各种用途。可用于建材、陶瓷、玻璃和耐火材料、化工以及农业、环保、节能等领域。

产地 :白云石主要产在台湾东部宜兰县大浊水,花莲县清昌山、和平、和仁、万荣与木瓜山等地。白云石世界其它产地有瑞士提罗尔南部及滨南索、义大利皮蒙特的雀佛斯拉、北英格兰及墨西哥的瓜纳华拖。美国产于密苏里州加普林区,于沉积岩内形成块状或在岩石裂缝中呈现粉红色鞍形结晶。

滑石:滑石,亦名画石、液石、脱石、冷石、番石、共石,是热液蚀变矿物。富镁矿物经热液蚀变常变为滑石,故滑石常呈橄榄石、顽火辉石、角闪石、透闪石等矿物假象。滑石是一种常见的硅酸盐矿物,它非常软并且具有滑腻的手感。滑石是一种重要的陶瓷原料,它用于陶瓷坯料和釉料中,作为化工料引入釉中,起降温,改善釉面粗糙度的作用。

特性 :滑石化学组成为Mg3[Si4O10](OH)2,晶体属三斜晶系的层状结构硅酸盐矿物。假六方片状单晶少见,一般为致密块状、叶片状、纤维状或放射状集合体。白色或各种浅色,条痕常为白色,脂肪光泽(块状)或珍珠光泽(片状集合体),半透明。摩氏硬度1,比重2.6-2.8。一组极完全解理,薄片具挠性。有滑感,绝热及绝缘性强。滑石是已知最软的矿物,其莫氏硬度标为1。用指甲可以在滑石上留下划痕。柔软的滑石可以代替粉笔画出白色的痕迹。滑石一般呈块状、叶片状、纤维状或放射状,颜色为白色、灰白色,并且会因含有其他杂质而带各种颜色。滑石的用途很多,如作耐火材料、造纸、橡胶的填料、农药吸收剂、皮革涂料等等,早在18世纪末英国就以滑石为主要原料制作镁质瓷。滑石是镁的含水硅酸盐矿物。所以镁质瓷又称滑石瓷。

用途 :滑石的用途很多,如作耐火材料、造纸、橡胶的填料、农药吸收剂、皮革涂料、化妆材料及雕刻用料等等,同时,滑石是一种重要的陶瓷原料,它用于陶瓷坯料和釉料中,作为化工料引入釉中,起降温,改善釉面粗糙度的作用。

石灰 :石灰一种以氧化钙为主要成分的气硬性无机胶凝材料。石灰是用石灰石、白云石、白垩、贝壳等碳酸钙含量高的原料,经900~1100℃煅烧而成。石灰是人类最早应用的胶凝材料。石灰在土木工程中应用范围很广,在我国还可用在医药用途。

原料成分 :凡是以碳酸钙为主要成分的天然岩石,如石灰岩、白垩、白云质石灰岩等,都可用来生产石灰。将主要成分为碳酸钙的天然岩石,在适当温度下煅烧,排除分解出的二氧化碳后,所得的以氧化钙(CaO)为主要成分的产品即为石灰,又称生石灰。

生产工艺 :原始的石灰生产工艺是将石灰石与燃料(木材)分层铺放,引火煅烧一周即得。现代则采用机械化、半机械化立窑以及回转窑、沸腾炉等设备进行生产。煅烧时间也相应地缩短,用回转窑生产石灰仅需2~4小时,比用立窑生产可提高生产效率5倍以上。近年来,又出现了横流式、双斜坡式及烧油环行立窑和带预热器的短回转窑等节能效果显著的工艺和设备,燃料也扩大为煤、焦炭、重油或液化气等。

质量要求 :石灰中产生胶结性的成分是有效氧化钙和氧化镁,其含量是评价石灰质量的主要指标。石灰中的有效氧化钙和氧化镁的含量可以直接测定,也可以通过氧化钙与氧化镁的总量和二氧化碳的含量反映,生石灰还有未消化残渣含量的要求;生石灰粉有细度的要求;消石灰粉则还有体积安定性、细度和游离水含量的要求

用途 :一般用于建筑和医学方面。在制陶中,主要充当熔剂原料,高温下熔融后可以溶解一部分石英及高岭土分解产物,熔融后的高粘度玻璃可以起到高温胶结作用。

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