3)3原料-天然原料.ppt

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1、无机材料工程无机材料工程（天然矿物原料）（天然矿物原料）（天然矿物原料）（天然矿物原料）主讲人：封鉴秋主讲人：封鉴秋主讲人：封鉴秋主讲人：封鉴秋3.无机材料工业常用原料无机材料工业常用原料3.1天然矿物原料天然矿物原料3.1.4钙质原料钙质原料钙质原料是制造硅酸盐水泥、石灰、耐火材料的主要原料，也是陶瓷、玻璃等引入CaO成分的矿物质。常见钙质原料的种类、基本性质和典型用途见表2.1。表2.1常见钙质原料的种类、基本性质和典型用途石灰石石灰石石灰石是石灰岩的俗称，它是由方解石组成的一种碳酸盐的沉积岩.大理石是经过变质作用再结晶、外观呈现颗粒状的石灰岩。石灰岩按矿床类型可分为纯石灰岩和含白云质石灰

2、岩。石灰石主要用于作为水泥工业中的石灰质原料。石灰石一般在700左右开始分解，800分解剧烈，930950分解完毕。反应式为CaCO3CaO+CO2生石灰经加水消化即成为消石灰，在耐火材料工业中，消石灰用做生产硅砖的矿化剂和提取海水氢氧化镁的沉淀剂。汉白玉蓝田玉汉白玉蓝田玉阿富汗玉-白菜阿富汗玉阿富汗玉白云石（白云石（MgCO3.CaCO3）中国白云石矿产资源遍布各省，其中尤以辽宁大石桥、海城一带出产最多。与白云石共生的矿物主要是方解石、菱镁矿，因而经常按白云石的CaO/MgO比值进行分类。在中国辽宁大石桥有大型镁质白云石矿，已探明的储量达1.4亿吨。白云石、方解石、菱镁矿。用冷稀盐酸检验：菱

3、镁矿不溶解不发泡，白云石缓慢发泡和溶解，方解石发泡并溶解。表2.3白云石原料的化学成分白云石的加热分解分两个阶段进行，790左右白云石中的MgCO3先行分解；940左右CaCO3和残存的MgCO3分解。3.2粘土类原料粘土类原料(铝硅酸盐类原料铝硅酸盐类原料)粘土是一种含水铝硅酸盐矿物，是由地壳中含长石类岩石经过长期风化和地质作用而生成的.传统陶瓷坯料中粘土类原料总量可达4070%。粘土也是水泥生产的主要原料之一，1吨水泥熟料需要0.2-0.3吨粘土类原料。质纯的高岭土可生产粘土质耐火材料。粘土是多种微细的矿物的混合体。有白色、灰色、黄色、黑色、红色等多种；有的粘土柔软，有的则成石块状；一般来

4、说，粘土应具有以下四个基本特征：组成粘土的矿物颗粒很细小，主要由直径2m的粘粒组成。一切粘土均含大量的粘土矿物。具有独特的物理化学和工艺性质，如可塑性、粘结性、稀释性、烧结性、耐火性及吸水膨胀性等.粘土固结以后，可形成泥岩、页岩、泥板岩等半硬质岩石。3.1.1粘土的成因与分类粘土的成因与分类粘土主要是由铝硅酸盐类岩石（火成的、变质的、沉积的）如长石、云母等经过长期风化而成。钾长石的风化主反应为:K2OAl2O36SiO2+2H2O+CO2Al2O32SiO22H2O+4SiO2+K2CO3K2CO3是可溶盐会被雨水冲走，余下的主要是高岭石和石英。一次粘土-母岩（生成粘土的原始矿物）风化后残留在

5、原地所形成的粘土称为一次粘土(也称为原生粘土)。杂质较少，颗粒较粗，可塑性相对较差，烧结温度较高.二次粘土-母岩风化后，受水力，风力的作用，被搬运到其它地方沉积下来，由此而形成的粘土称为二次粘土（或次生粘土、沉积粘土）。3.1.1.1粘土的组成粘土的组成(1)粘土的化学组成粘土的化学组成主要是SiO2、Al2O3，主要来源于粘土矿物。分析项目为SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O及烧失量九项；粘土的化学组成在一定程度上反映其工艺性能。SiO2含量多，游离石英多时，可塑性低，但收缩小。若含有一定量的K2O、Na2O，则烧结温度较低。Al2O3含量高说明难以

6、烧结，若同时K2O、Na2O等碱性氧化物含量又低，则说明该粘土为耐火粘土。Fe2O3和TiO2影响陶瓷产品烧后的颜色，呈浅黄或浅灰；钙和镁的化合物会降低粘土的耐火度,缩小烧结范围。有机物质多,吸水性强的粘土其可塑性高,干燥强度大,但收缩也较大。(2)粘土的矿物组成粘土的矿物组成粘土矿物组成包括粘土矿物和杂质矿物两部分。粘土矿物粘土矿物高岭石类(Al2O32SiO22H2O）这一类有高岭石、珍珠陶土、迪开石与多水高岭石。主要由高岭石构成的粘土称为高岭土。蒙脱石（微晶高岭石）类(Al2O34SiO22H2OnH2O)主要由蒙脱石构成的粘土称为膨润土。水云母（伊利石）类（白云母K2O3Al2O36S

7、iO22H2O）有水白云母、水云母，绢云母等。由它们构成的粘土称为水云母质粘土或绢云母质粘土，如我国江西、安徽等省所产瓷石即属此类。叶蜡石类（Al2O34SiO2H2O）叶蜡石因某些性质近于粘土而划归粘土之列。叶蜡石脱水平缓，脱水温度范围宽，而且脱水时略微膨胀，适合于配制快速烧成坯体。我国著名的叶蜡石矿有福建的寿山石，浙江的青田、昌化、温州等叶蜡石等。杂质矿物杂质矿物石英：（SiO2）常呈游离的砂粒状存在，颗粒较大。铁质矿物有褐铁矿(Fe2O3nH2O),赤铁矿(Fe2O3),黄铁矿(FeS2),菱铁矿(FeCO3)，磁铁矿（Fe3O4）等。铁质矿物影响陶瓷烧后色泽、制品的介电性能、化学稳定性

8、等。碳酸盐及硫酸盐有方解石（CaCO3）、菱镁矿（MgCO3）、石膏（CaSO42H2O）、明矾石（K2SO4Al2(SO4)36H2O）及可溶性硫酸盐K2SO4，Na2SO4等。含碱矿物主要是长石类，云母类矿物，它们的熔剂作用强烈，会大大降低烧成温度。3.1.1.2几种典型粘土几种典型粘土(1)高岭土高岭土高岭土一词源于我国景德镇附近的高岭村。国际上把这类制瓷的粘土称为高岭土。高岭土的主要矿物是高岭石。其化学通式为：Al2O32SiO22H2O；如我国著名的景德镇星子高岭土，苏州高岭土，湖南界牌高岭土，四川叙永多水高岭土等。景德镇浮梁县高岭村景德镇浮梁县高岭村高岭村的香樟树(2)膨润土膨润土

9、以蒙脱石为主要矿物构成的粘土，本身能够吸附大量的水，吸水后体积膨胀，呈胶泥状态，这种性质也称膨润性。蒙脱石的理论化学通式为Al2O34SiO2nH2O(n通常大于2)。蒙脱石呈不规则细粒状或鳞片状，颗粒较小，一般3.6）；中可塑性粘土（可塑性指数715，可塑性指标2.53.6）弱可塑性粘土（可塑性指数17，可塑性指标98%)，半透明，玻璃光泽，贝壳状断口，无解理；石英砂石英砂：含量通常90%，则称为镁橄榄石或铁橄榄石。橄榄石属斜方晶系，呈粒状集合体，颜色由镁橄榄石绿色到黄绿色，玻璃光泽、硬度6.57，贝壳状断口。透明结晶好的可作宝石，称为贵橄榄石。世界上橄榄石年产量约为500万吨，挪威占80%

10、。我国也有橄榄石矿：河南西峡，湖北宜昌，陕西商南。河北，内蒙，新疆等省均有出产.橄榄石橄榄石橄榄石晶体橄榄石晶体2)、镁橄榄石的基本性质化学式2ROSiO2。R2+是二价的Mg2+，Fe2+和Mn2+离子。常见镁橄榄石和铁橄榄石系列矿物。二者连续固溶体。镁橄榄石熔点高且无晶型转变，是耐火材料好的矿物相。橄榄石由于受热液蚀变或风化，均有不同程度的蛇纹石化（3MgO2SiO22H2O），使烧失量增加，一般IL5%则需要煅烧后使用。橄榄石的加热变化:化学式镁橄榄石制品导热率低,不水化,抗渣性好,抗蠕变性好.常用于出铁口,混铁车,盛钢桶内衬,玻璃窑格子砖等.3、蛇纹岩、蛇纹岩蛇纹岩是以蛇纹石矿物（3M

11、gO2SiO22H2O）为主要成分的岩石，它是橄榄岩风化的产物。蛇纹石是淡绿色、绿色深绿色、还有黄色等。油脂光泽，硬度较低34，如辽宁岫岩出产的岫玉。蛇纹石含有13%结晶水，煅烧时收缩较大，一般为1012%，最高可达20%25%故需预烧后使用。蛇纹石可用于镁橄榄石耐火材料的原料,但其熔点较低(1557 )须加入MgO使之转化为高熔点的镁橄榄石M2S矿物相和铁酸镁相MF（尖晶石型）。蛇纹石也可用于合成堇青石熟料。其特点是在反应过程中不产生游离SiO2。开始生成堇青石温度低,生成堇青石量大。但由于杂质含量高,不适宜用使用温度较高的堇青石莫来石窑具原料。黄色岫玉黄色岫玉：群鹤争春 3.1.6.4滑石

12、滑石 滑石硬度小,为1,有滑腻感。世界滑石资源丰富，中国,美国,独联体较多。我国辽宁的海城,本溪,山东莱州,山西太原等地。滑石的化学通式为3MgO4SiO2H2O，成分中常含有铁、铝、锰、钙等杂质。滑石常呈两种形态产出，一为粗鳞片状,另一为细鳞片致密块状集合体(称块滑石)。白色、淡绿、浅黄、浅灰等。脂肪光泽，相对密度2.7-2.8。滑石加热时，于600左右开始脱水,在800-970结构水完全排除，分解为偏硅酸镁和SiO2，反应如下：3MgO4SiO2H2O3(MgOSiO2）+SiO2+H2O滑石是片状结构,挤压成型时,沿挤制方向产生定向排列，在烧成时具各向异性而使坯体开裂，可将其煅烧到130

13、0-1350，使层状结构转为链状结构的顽火辉石可降低开裂。也可几种不同类型不同产地的滑石混用补偿单一原料结构上的缺点。滑石的用途很广,世界上开采的滑石:35%用于陶瓷工业;19%用于油漆涂料;18%用于造纸,6%防水;4%用于塑料工业;3%用于化妆品;其余15%用于其它行业。滑石在普通日用陶瓷中做熔剂。降低烧成温度，扩大烧结范围,提高白度,透明度和热稳定性。在镁质瓷中做主要原料,可制成堇青石(2MgO2 Al2O35SiO2)质耐热瓷和块滑石瓷（原顽火辉石瓷）及日用滑石瓷.在耐火材料工业中,滑石主要用于合成堇青石熟料和生产堇青石-莫来石质窑具。窑具对滑石粉的技术要求：CaO，K2O，Na2O是

14、最有害的杂质,用于1250以上的棚板CaO0.5%,KNaO.。Al2O3含量，越高越好。用滑石+高岭土合成堇青石时需添加Al2O3粉,滑石中Al2O3，则降低加入Al2O3量，降低成本。滑石中的Fe2O3,TiO2往往形成TiO2Fe2O3固溶体，对高温性影响不大。但随Fe2O3增加，窑具颜色由青白色淡黄色深黄色粉色。3.1.8锆英石锆英石含锆耐火材料通常具有较高的熔融温度，化学稳定性强而特别耐金属熔体、炉渣和玻璃液的侵蚀；ZrO2的相变增韧使含锆耐火材料通常具有良好的抗热震能力。含锆耐火材料一般用于高温关键部位。工业上用的主要的含锆矿物有锆英石和斜锆石。我国主要用锆英石.锆英石的化学式为Z

15、rO2SiO2或ZrSiO4。世界上锆英石的主要产地为澳大利亚、南非和美国.我国锆英石矿产资源主要集中在海南省、广东省、广西省和台湾等地。锆英石主要用于耐火材料、陶瓷和铸造行业，用量各占三分之一左右。现在耐火材料、陶瓷行业锆英石用量不断增加，而铸造行业的消耗量则不断下降。在耐火材料工业中，锆英石的用途主要有三：一是制造锆英石质耐火材料，如玻璃窑的锆英石砖，盛刚桶用锆英石砖、捣打料和浇注料等；二是添加到其它材料中来改善其性能，如合成堇青石中添加锆英石可拓宽堇青石的烧结范围，而又不影响其热震稳定性。在高铝砖中添加锆英石制造抗剥落高铝砖，抗震稳定性大大提高；三是用于提取ZrO2。材工作业（材工作业（

16、1）1.钙质原料有那些钙质原料有那些.2.鉴别白云石，方解石，菱镁矿的方法鉴别白云石，方解石，菱镁矿的方法.3.黏土的成因黏土的成因.4.常见的黏土矿物的化学式，矿物组成，离子交换能力，常见的黏土矿物的化学式，矿物组成，离子交换能力，可塑性，颗粒度可塑性，颗粒度.5.何谓塑性指数，塑性指标，触变性，离子交换性。何谓塑性指数，塑性指标，触变性，离子交换性。6.强，中，弱可塑黏土的可塑指数是多少强，中，弱可塑黏土的可塑指数是多少.7.影响黏土可塑性的因素影响黏土可塑性的因素.8.影响黏土触变性的因素影响黏土触变性的因素.9.举例哪些是晶态举例哪些是晶态SiO2.10.常见的硅质原料有哪些常见的硅质原料有哪些.11.石英的多晶转换石英的多晶转换.12.长石的种类长石的种类.13.铝矾土的矿物组成，组成结构铝矾土的矿物组成，组成结构.14.铝矾土加热过程中的二次莫来石化反应？铝矾土加热过程中的二次莫来石化反应？15.三石原料的基本性质三石原料的基本性质.16.三石原料的应用三石原料的应用.17.石墨的基本性质石墨的基本性质.18.石墨的防氧化措施石墨的防氧化措施.19.菱镁矿石的矿物组成菱镁矿石的矿物组成.20.橄榄石，蛇纹石，滑石的化学式，用途橄榄石，蛇纹石，滑石的化学式，用途.#