原料(石英长石)全解课件

1、第二节 石英类原料一、石英类原料的种类和性质自然界中的SiO2结晶矿物统称为石英，俗称玛瑙、水晶。 在陶瓷、玻璃、耐火材料生产中采用得较多的石英类原料主要有脉石英、砂岩、石英岩、石英砂、硅藻土、隧石等。 SiO2存在的方式（地壳中丰度60）：由于地质产状不同， SiO2呈现为多种状态： 1、以硅酸盐矿物的形式存在，构成矿物岩石 2、以独立状态存在，单矿物实体，其中结晶态二氧化硅统称为石英。石英水晶结晶良好的石英水晶结晶良好的石英石英砂 硅砂，白色，淡黄色、浅灰色或红褐色。优质的硅砂：玻璃工业原料。成分主要是SiO2,并含有少 量的A12O3、K2O、 Fe2O3等杂质，而Fe2O3、Cr2O3

2、和TiO2等 是极其有害极其有害的成分。 耐火度是指材料在高温作用下达到特定软化程度的温度，表征材料抵抗高温作用的性能脉石英 致密结晶态，火成岩。 外观特点：纯白，半透明呈油脂光泽，断口呈贝壳状。 SiO299%，是生产日用细瓷、耐火硅砖、釉料的良好原料。砂 岩 碎屑沉积岩，石英颗粒由胶结物结合，根据胶结物不同分为： 石灰质砂岩，粘土质砂岩，石膏质砂岩，云母质砂岩，硅质砂岩。 陶瓷中仅用：硅质砂岩。 SiO2 含量 90 95%。石英岩 硅质砂岩经变质作用，石英颗粒再结晶形成的岩石。 外观特点：灰白色，光泽鲜明，断面致密，强度大， 硬度高。 SiO2 97。 用于制作高级玻璃和陶瓷。其它 玉髓

3、、燧石、玛瑙：硬度高，可作研磨材料，砌筑球磨机内衬，研磨体球石用。 球形石英（俗称鹅卵石）：杂质有限、硬度高和外形圆滑，用作研磨球石。 自然界中尚存在有无定形的非晶质SiO2，如外观为致密块状或钟乳状的蛋白石（SiO2nH2O），由硅藻的遗骸沉积所形成的硅藻土（含水 SiO2）等。SiO2物理性质 外观：视其种类不同而异，大多呈乳白色，有的呈灰白色，半透明状态，断面具有玻璃光泽或脂肪光泽。 硬度：莫氏硬度为7。 密度：晶型不同密度不同，变动范围2.222.65。 化学稳定性：具有强耐酸侵蚀力（除HF外）；与碱作用，生成可溶性硅酸盐；与碱金属氧化物作用生成硅酸盐与玻璃态物质。 熔融温度范围：14

4、00C1770C，由SiO2的形态和杂质含量决定。莫氏硬度1. 滑石 2. 石膏 3. 方解石 4. 萤石 5. 磷灰石 6. 正长石 7. 石英 8. 黄玉 9. 刚玉 10. 金刚石二、石英的晶型转化重建性 位移性 石英晶型转变温度和体积变化情况 高温型的迟缓转化（横向转化或一级转化） 由表面向内部逐步进行，结构变化。因为形成新的稳定晶型，所以需较高的活化能；转变速度慢；体积变化较大，所以需较高温度及较长时间。低温型的迅速转变（纵向转变或二级转变） 由表及里瞬间同时转化，体积变化小，结构不特殊变化，位移型转变（键之间的角度稍做变动为位移型转变），易进行，且转化可逆。 自然界中石英大部分以石

5、英存在，很少以鳞石英或方石英的介稳状态存在。 石英多晶转变的体积效应： 一级转变的体积变化大，但由于其转化速度慢，体积效应小， 且在高温下有液相存在，对坯体影响不大。 二级转变的体积变化小，但转化速度快，瞬间完成，体积效 应大，无液相，对坯体影响大，必须严格控制。 石英预烧，利于粉碎：1000 C煅烧 急冷 变松 ，利用石英573 C晶型转化时的体积变化效应。 陶瓷的烧成过程，必须注意升降温速度的问题，之所以要控制升降温速度就是由于一些原材料在加热或冷却过程中伴随着体积的膨胀或收缩。如果控温不当，这些膨胀或收缩在极短的时间完成，会造成坯体或制品开裂。 SiO2晶型转化与生产应用 耐火材料中加入

6、矿化剂。 三、石英类原料的作用 石英类原料的应用领域、主要作用和品质要求：应用领域主要作用品质要求玻璃工业提供玻璃生产必需的SiO2成分SiO2含量98%；Fe2O30.2%耐火材料硅砖及硅质耐火制品的主要原料SiO2含量96%；A12O3、TiO2碱性氧化物等杂质总含量2%陶瓷工业加快坯体干燥、增加坯体机械强度、提高釉的耐磨和耐化学侵蚀性SiO2含量90%水泥工业硅质校正原料SiO2含量70%90%，少含燧石第三节 长石类原料 自然界中长石的种类很多，归纳起来都是由以下四种长石组合而成： 钠长石(Ab) NaAlSi3O8或Na2OAl2O36SiO2 钾长石(Or) KAlSi3O8或K2

7、OAl2O36SiO2 钙长石(An) CaAl2Si2O8或Ca OAl2O32SiO2 钡长石(Cn) BaAl2Si2O8或BaOAl2O32SiO2 长石是架状结构的碱金属或碱土金属的铝硅酸盐。一、长石原料种类和性质钠长石钾长石钙长石钡长石 钾长石 KAS6 ：115020分解为白榴子石，1530 全部熔融，熔融温度范围宽，高温粘度大，随温度升高粘度下降慢。 钠长石NaAS6 ：1120 开始熔融，钠长石的开始熔融温度比钾长石低，熔化时没有新的晶相产生，液相稳定，粘度低，易引起产品变形； 钙长石CaAS2：熔点高达1550 ，熔融范围窄，熔体不透明， 粘度小，冷却易析晶，化学稳定性差，

8、配制的瓷料机械强度大。 钡长石 BaAS2：熔点高达1725 ，熔融范围不宽，普通陶瓷不采用，可人工合成， 电学性能好。 混熔特性：几种基本类型的长石，由于其结构关系，彼此可混合形成共熔体，钾钙不共熔。钾长石+钠长石：钾长石和钠长石常以固熔体存在 钾长石和钠长石高温互溶，低温分离；据含量不同，晶体折射率不同；钾钠长石的固熔体，钠长石含量少时形成晶斑；含量多时，形成条纹 。 实际生产中，常用的为钾钠长石。所谓的钾长石指以钾长石为主的的钾钠长石。所谓的钠长石指以钠长石为主的钾钠长石。钾钠长石的命名方法： 钠长石含量 50% 透长石 钠长石含量 30% 正长石 钠长石含量 20% 微斜长石钠长石 +

9、 钙长石： 钠长石和钙长石高温下任意比互溶，低温下也不分离。 钠长石和钙长石命名方法： 钠长石 90% 钠长石 钙长石 90% 钙长石 其余称斜长石。钾长石 + 钙长石： 钾长石和钙长石的固溶性差，小于10%，在任何温度下几乎不互溶。名称钾长石钠长石钙长石钡长石化学式K2O Al2O3 6SiO2Na2O Al2O3 6SiO2CaO Al2O3 2SiO2BaO Al2O3 2SiO2晶体结构式KAlSi3O8NaAlSi3O8CaAl2Si2O8BaAl2Si2O8颜色白、肉红、浅黄白、灰白、灰或无色白或无色始熔温度（）1150110015501725熔融范围（）11301530宽1120

10、1250窄12501550窄窄熔体粘度大低低混熔性 碱性长石系列 斜长石系列KAlSi3O8- NaAlSi3O8 NaAlSi3O8-CaAl2Si2O8长石的种类及性质二、长石的作用 玻璃和陶瓷工业的主要原料之一。 玻璃中：引入Na2O、K2O，减少了纯碱用量； 陶瓷中：熔剂性矿物，降低陶瓷产品的烧成温度；在釉料和色料中，它又是形成玻璃的主要成分。长石在陶瓷及玻璃工业中的主要作用和品质要求简表领域主 要 作 用品 质 要 求陶瓷工业l、提供碱金属氧化物，有利于降低烧成 温度2、长石熔体能熔解粘土及石英等原料， 促进莫来石的形成和长大，提高坯体 的机械强度和化学稳定性3、长石熔体填充于各颗粒

11、间，促进坯体 致密化，提高陶瓷制品的透光度长石熔化温度1230A12O3含量为1520%K2ONa2O含量13%Fe2O3含量0.5%玻璃工业引入A12O3的主要原料，同时引入Na2O、K2OA12O316%；Fe2O30.3%；R2O12% 长石是陶瓷、玻璃生产中主要熔剂性原料，一般用作坯料、釉料、色料熔剂等的基本成分，用量较大，是日用陶瓷的三大原料之一。长石在坯料和釉料中做为主要成分，起熔剂的作用。为使坯体既易烧结，又不变形，则希望长石有较低的熔化温度，较宽的熔化温度范围。 为使釉料在坯料烧结温度下成熟，要求釉料具有较高的始熔温度，较宽的熔融温度范围。 这就要求在烧成过程中，长石既具有良好

12、的熔剂作用（即较高的溶解其它物质的能力），又使熔融液相具有较高粘度（坯体不易变形坍塌；釉料不易流釉）。通常在陶瓷配料中主要使用钾长石，玻璃中使用钠长石。第四节 钙质原料 、钙质原料的种类和性质硅酸盐水泥、陶瓷和玻璃常见钙质原料的种类和性质下表：硅灰石的工艺特性硅灰石的工艺特性有：具有针状晶形，甚至细小的颗粒也呈纤维状，纤维的长度与其直径之比通常为78:1，有的可达1520:1；具有内在的助熔性质，是一种天然低温助熔剂；不含化学结晶水和碳酸盐，烧火量小，在焙烧过程中可减少产生排气现象，具有稳定的物理化学性能，硅灰石的吸水率和吸油率低，100g吸收2060mg；具有良好的介电性能和较高的耐热性能表

13、1-1-7 常见钙质原料的种类和性质种 类基 本 性 质方解石属三方晶系，菱面体，有时呈粒状或板状，一般为乳白或无色，随杂质含量而呈灰白、淡黄、红褐等色，理论组成为CaO56%，CO244%，玻璃光泽，性脆石灰石石灰岩的俗称，主要矿物是方解石，含有白云石、石英、粘土等杂质，是一种具有微晶或潜晶结构的化学与生物化学沉积岩，无解理，多呈灰白色、黄色，一般呈块状，结构致密，性脆，密度2.628g/cm3泥灰岩系碳酸钙和粘土物质同时沉积所形成的均匀混合的沉积岩，硬度低于石灰岩，颜色从黄色到灰黑色，耐压强度通常小于100Mpa白 垩由海生生物外壳与贝壳堆积而成，主要是由隐晶或无定形细粒疏松的碳酸钙所组成

14、，色白，发亮的白垩中碳酸钙含量可达90%以上，白垩中常夹有软或硬白裂礓石（主要为CaCO3）红粘土和燧石等硅灰石又名板石，是链状结构的似辉石类矿物，产于石灰岩与酸性岩浆的接触带，由CaO与SiO2高温反应而生成，化学通式为CaOSiO2，理论化学组成为CaO48.25%、SiO251.75%，组成中的钙很容易被铁、锰或锶呈类质同象取代，常与透辉石、方解石、石英等矿物共生，相对密度2.83.0，熔点1540，呈针状、纤维状和致密块状二、钙质原料在生产中的作用及其品质要求 水泥：生产1t水泥熟料需要约1.21.3t石灰石干原料。方镁石膨胀造成的水泥安定性不良，石灰石中氧化镁的含量小于3.0%。 陶

15、瓷：较纯，熔剂矿物，降低烧成温度。硅灰石还可作为日用瓷、低损耗无线电陶瓷、火花塞及磨具、釉料等的主要原料。快速烧成。 玻璃：增加化学稳定性和机械强度。CaO含量大于50%，有害着色物质Fe2O3的含量小于0.15%。三、钙质工业废渣 电石渣、糖滤泥、碱渣、白泥等都可在水泥生产中使用。表1-1-8 水泥工业钙质原料的质量指标类别CaO（%）MgO（%）R2O（%）SO3（%）隧石或石英石灰石一级品482.51.01.04.0二级品45483.01.01.04.0泥灰岩35453.01.21.04.0第五节 镁质原料 镁质耐火材料、镁质胶凝材料的主要原料，陶瓷和玻璃工业常用的熔剂原料之一。 常见种

16、类和性质如下：表1-1-10 常用镁质原料的种类和性质性 质菱镁矿白云石滑石透辉石化学式MgCO3CaMg（CO3）2Mg3Si4O10（OH）2CaMgSi2O6MgO理论含量（%）47.821.931.8818.5晶 系三方三方单斜单斜相对密度2.93.12.82.92.72.83.3莫氏硬度44.53.54167颜 色灰白、淡红灰白、淡黄白色、淡绿、浅黄浅绿或浅灰共生矿物菱铁矿石英、方解石、黄铁矿透闪石、绿泥石、菱镁矿、白云石磁铁矿或含铁、锰的矿物结晶习性菱面体菱面体六方或菱形板状短柱状产 状细粒致密块状粒状、致密块状粗鳞片状或细鳞片致密块状粒状、柱状、放射状菱镁矿作用： 用菱镁矿部分取

17、代长石，可降低坯料的烧成温度，并减少液相量。 提高坯体的半透明性，机械强度。 釉料中，加入菱镁矿引入MgO，作用与滑石类似，可加宽釉料的熔融温度范围，改善釉层的弹性，稳定性。 应用： 电子工业用的镁质瓷，其他陶瓷坯料很少用，常用滑石引入MgO。 陶瓷工业：熔剂原料、镁质瓷。白云石 在陶瓷工业中，白云石的使用能同时引入CaO及MgO。作用： 一般起熔剂作用,降低烧成温度，促进石英的转化与莫来石的形成，加入釉中可提高透光性，不易乳浊。透辉石在坯体中作用低温快烧降低烧成温度：降温幅度150200。快速烧成：针状、柱状等晶型提供坯体水分快速逸通路,，可快速干燥；不含有机物、结晶水、吸附水等，无明显吸热

18、、放热效应，不发生快速相变，膨胀系数小,能够快速烧成。 减少烧成收缩：透辉石质面砖烧成收缩约为0.30.5，而普通釉面砖的收缩率为11.5左右。 提高机械强度：透辉石质釉面砖主要以透辉石、石英为骨架，钙长石、方石英及少量的莫来石与玻璃体填充空隙而构成交织结构，因而使制品具有较高的机械强度。热稳定性好：坯釉料结合较好。 熔剂：降低烧成温度，在较低温度下形成液相，促进莫来石的生长，同时扩大烧成温度范围。 坯体中加入滑石，提高坯体白度，透明度，机械强度，和热稳定性。 釉中加入滑石，提高釉的弹性，热稳定性，加宽釉的熔融温度范围。 应用：日用瓷，釉面砖，电瓷（滑石瓷），堇青石质陶瓷，或堇青石质窑具。 滑

19、石 作用 注意事项 由于滑石多数是片状结构，破碎时易呈片状颗粒，使得挤压成型时，坯料中的滑石易按一定方向排列，烧成时不同方向收缩不一致而引起开裂。针对原料这种特性，为了保证产品的质量，工厂中常采用的办法是： 1)采用几种不同类型或不同地区的滑石原料同时配料，利用原料本身结构性质的差异，来补偿或抵消单一原料结构上的缺陷。 2)将滑石预烧，再行粉碎。这样可以破坏滑石原有的片状结构，同时可减少收缩、降低介电损失、提高抗折强度。预烧的温度随原料组织结构而有不同，一般在1350左右。 耐火材料工业：镁砖、镁质耐火制品、白云石耐火材料。 玻璃生产中：白云石和菱镁矿引入MgO的主要原料。改善玻璃成形性能，提

20、高玻璃的化学稳定性和机械强度。 水泥工业中：菱镁矿、白云石等镁质原料在适当温度煅烧分解后可获得活性较高的MgO，与水或氯盐作用，生成具有一定强度的水硬性镁质胶凝材料。第六节 其它原料 地壳中的含量15.34。来源：铝土矿、高岭土等矿物。1.氧化铝(Al2O3) 1、氧化铝的主要晶型 - Al2O3 ：三方柱状晶体：O2-六方紧密堆积，Al3+填充个O2-围成的八面体中心。由于Al3+与O2-个数比例为2:3，所以Al3+只能填充O2-八面体空隙的2/3；高温稳定型，熔点高，硬度大（9），耐化学腐蚀，优良的介电性能。 - Al2O3：含碱金属（碱土金属）的铝酸盐的总称。用RO6A12O3和R2O

21、11A12O3表示。2. 助熔剂（碱金属氧化物）3. 含硼原料(B2O3) 4. 辅助原料 澄清剂 着色剂 脱色剂 乳浊剂 5. 碎玻璃、稀土元素氧化物在玻璃生产中应用 目的：原料预处理：预烧、破碎、筛分、除铁等。第七节 原料预处理 一 预烧 1.原因：多种结晶型态，晶型转变时，必然会有体积变化；特殊结构，不易磨细，片状结构，定向排列，收缩不一样;原料灼减量较大则烧成时收缩较大，也会引起开裂、变形。 2.预烧作用 原料晶型稳定； 破坏原来结构改变物性使之更符合工艺要求，提高产品质量； 易于破碎； 提高原料的纯度； 减少产品的收缩。 二、 原料的破碎 1.目的 （1）使原料中的杂质易于分离（如通过磁选机除去磁性物质，通过筛网除去片状云母矿物等）； （2)使各种原料能够均匀混合，使成型后的坯体致密； （3)增大各种原料的表面积，使