[科普中國]-殘余粘土

粘土的成因與分類（一）粘土的成因

粘土是由富含長石等鋁硅酸鹽礦物的巖石經過風化作用或熱液蝕變作用而形成的。這類經風化或蝕變作用而生成粘土的巖石統(tǒng)稱為粘土的母巖。

母巖經風化作用而形成的粘土產于地表或不太深的風化殼以下；母巖經熱液蝕變作用而形成的粘土常產于地殼較深處。

風化作用類型有：1）機械的（物理的）；2）化學的；3）生物的。

熱液蝕變型：高溫巖漿冷凝結晶后，殘余巖漿中含有大量的揮發(fā)分及水，溫度進一步降低時，水分則以液態(tài)存在，但其中溶有大量其它化合物。當這種熱液（水）作用于母巖時，會形成粘土礦床，這就稱為熱液蝕變型粘土礦，如衡陽界牌土。

（二）粘土的分類

1、按成因分類

1）原生粘土：又稱一次粘土，殘留粘土，是母巖風化崩解在原地殘留下來的粘土。特點：顆粒較粗，可塑性較差，耐火度高。

2）次生粘土：又稱二次粘土，沉積粘土，是由風化形成的粘土，經雨水河流的沖刷及有時外加風力的作用，遷移至盆地或其他地勢較低處沉積下來，而形成粘土層。特點：顆粒較細，可塑性較好，耐火度差 。

2、按可塑性分類

1）高可塑性粘土：軟質粘土。其分散度大，多呈疏松狀。如粘性土、膨潤土、木節(jié)土等。

2）低可塑性粘土：硬質粘土。其分散度小，多呈致密塊狀。如葉蠟石、焦寶石、瓷石等。

3、按耐火度分類

1）耐火粘土：一般耐火粘土的耐火度在1580℃ 以上，較純，含雜質較少。

2）難熔粘土：其耐火度在1350~1580℃ ，含易熔雜質在10~15%。

3）易熔粘土：其耐火度在1380℃ 以下，含有大量的雜質。

4、按化學組成分類

1）富鋁粘土 ；2）貧鋁粘土。

（三）粘土的主要礦物類型

粘土礦物主要為高嶺石類（包括高嶺石、多水高嶺石等）、蒙脫石類（包括蒙脫石、葉蠟石等）和伊利石類（也稱水云母）等等。

1、高嶺石類

因首先在江西景德鎮(zhèn)東部的高嶺村山頭發(fā)現，故國際上都把這種制瓷粘土稱為高嶺(Kaolin)土，其主要礦物成分是高嶺石(Kaolinite)和多水高嶺石。

高嶺石的化學式：Al2O3·2SiO2·2H2O

多水高嶺石： Al2O3·2SiO2 ·nH2O （n=4~6）

屬于高嶺石類的粘土礦物還有地(迪)開石(Dickite)、珍珠陶土(Nacrite)和多水高嶺石(埃洛石Hallysite，又稱敘永石，為我國四川敘永縣以盛產這種礦物為主的粘土而得名)等。

2、蒙脫石類

概述：蒙脫石（Montmorillonite）也是一種常見的粘土礦物，以蒙脫石為主要組成礦物的粘土稱為膨潤土（bentonite），一般呈白色、灰白色、粉紅色或淡黃色，被雜質污染時呈現其它顏色。其理論化學通式為： Al2O3·4SiO2 ·nH2O（n通常大于2）。其晶粒呈不規(guī)則細粒狀或鱗片狀。

特性：1）吸濕膨脹性：吸水后體積可膨脹20-30倍；2）離子交換性：在水中呈懸浮和凝膠狀，具有良好的陽離子交換特性。

3、伊利石類

伊利石是白云母經強烈的化學風化作用而轉變?yōu)槊擅撌蚋邘X石過程中的中間產物。

組成成分與白云母(化學通式為K2O·3Al2O3·6SiO2 ·2H2O)相似，但比正常的白云母多SiO2和H2O而少K2O。與高嶺石比較，伊利石含K2O較多而含H2O較少。

4、水鋁英石

是一種非晶質的含水硅酸鋁，它的結構可能是由硅氧四面體和金屬離子配位八面體任意排列而成，沒有任何對稱性。

它與其它粘土礦物的區(qū)別是它能在鹽酸中溶解。而其它結晶質的粘土礦物不溶解于鹽酸，但溶解于硫酸。

它在自然界中并不常見，往往少量地包含在其它粘土中1。

粘土的組成（一）礦物組成

為便于研究粘土的礦物組成，根據其性質和數量可分成兩大類，即粘土礦物和雜質礦物。

粘土礦物的種類和性質已如前所述，主要為高嶺石類、蒙脫石類和伊利石類，以及較少見的水鋁英石等。

除此之外，在粘土形成過程中，常由于巖石風化未完全，或由于其它因素而混入一些非粘土礦物和有機物質，這些物質我們統(tǒng)稱為雜質礦物。雜質礦物通常以細小晶粒極其集合體分散于粘土中，常會影響甚至決定粘土的工藝性能。

雜質礦物的類別及其影響：

1）石英和母巖殘渣。這些雜質一般以較粗顆?；煸谡惩林校瑢φ惩恋目伤苄院透稍锖髲姸犬a生很大影響。工廠多采用淘洗法除去粗顆粒雜質。

2）碳酸鹽及硫酸鹽類。細顆粒的碳酸鹽分布在粘土中對其影響不大，碳酸鹽在高溫下可分解出CaO、MgO，起熔劑作用，能降低陶瓷的燒成溫度。較多的硫酸鹽在氧化氣氛中容易引起坯泡。

3）鐵和鈦的化合物。這類雜質礦物能使坯體呈色，降低粘土的耐火度，也會嚴重影響制品的介電性能、化學穩(wěn)定性等。

4）有機雜質。粘土中存在少量的有機雜質，可以增加粘土的可塑性和泥漿的流動性，但有機物質過多時也可能會造成瓷器表面起泡與針孔。

（二）化學組成

由于粘土中的主要粘土礦物都是含水的鋁硅酸鹽，因此其主要化學成分為SiO2、Al2O3、 H2O。此外，還有少量的堿金屬氧化物K2O、Na2O、以及堿土金屬氧化物CaO、 MgO 、以及Fe2O3 、TiO2等。

一般粘土原料的化學分析如包括以上九個項目，即已滿足生產上的參考需要。在上述九個項目中化合水一項一般不作直接測定。而已燒失量的形式測定。

（三）顆粒組成

是指粘土中含有不同大小顆粒的質量分數。

為什么粘土中的細顆粒愈多愈好？由于細顆粒的比表面積大，其表面能也大，因此粘土中的細顆粒愈多時，則其可塑性愈強，干燥收縮大，干后強度高，在燒成時也易于燒結，燒后的氣孔率也小，有利于成品的力學強度、白度和半透明度的提高。

此外，粘土的顆粒形狀和結晶程度也會影響其工藝性質。片狀結構比桿狀結構的顆粒堆積致密，塑性大、強度高；結晶程度差的顆?？伤苄砸泊蟆?/p>

測定粘土原料顆粒大小的方法很多，有用顯微鏡、水簸法、渾濁計法、吸附法等。最簡單和最普通的方法是篩分析（0.06mm以上）與沉降法（1~50um）2。

粘土的工藝性質粘土是陶瓷工業(yè)的主要原料，其性質對陶瓷的生產有很大的影響，因此掌握粘土的性質，尤其是工藝性質是穩(wěn)定陶瓷生產的基本條件。粘土的工藝性質主要取決于粘土的礦物組成、化學組成與顆粒組成，其礦物組成是基本因素。

如膨潤土主要是蒙脫石礦物，由于其礦物類型及細顆粒含量較多，表現出粘性強，成形水分高，收縮大，燒結溫度低等特性；蘇州高嶺土由于其含有大量桿狀結構外形的高嶺石，因而可塑性低，干燥氣孔率高，干燥強度低，燒成收縮大，泥漿流動時的含水量多，且呈強烈觸變性等特性。

（1）可塑性

（2） 結合性

（3）離子交換性

（4） 觸變性

（5）干燥收縮與燒成收縮

（6）燒結性能

（7）耐火度

（一）可塑性

1、概念：可塑性是指粘土與適量的水結合后所形成的泥團，在外力作用下產生變形但不開裂。當外力去掉后仍保持其形狀不變的能力。

該定義包括兩個含義：

一是施加的外力必須大于泥團的屈服值，當外力去掉后泥團內部的引力和斥力達到新的平衡以保持其形變；

二是在產生形變量不出現開裂。

2、影響粘土可塑性的因素

1）固相的性質：主要是指固體物料類型、顆粒形狀、顆粒大小及粒度分布、顆粒的離子交換能力等。一般說來固體分散相的顆粒愈小，分散度愈高，比表面積愈大，可塑性就愈好；對于具有層狀結構的粘土礦物呈薄片狀顆粒要比呈桿狀顆粒，或呈棱角狀顆粒的具有更好的可塑性；此外，粘土礦物的離子交換能力較大者，其可塑性也較高。

2）液相的性質：主要是指液相對固相的浸潤能力和液相的粘度。對粘土顆粒具有較大浸潤能力的液相，其與粘土拌和后就呈較高的可塑性。此類液體粘度越大，其可塑性也就越高。

3）固相與液相的相對數量

當粘土中加入的水量不多時，粘土還難以形成可塑狀態(tài)，容易散碎，只有水量加入到一定程度，粘土才形成具有可塑狀態(tài)的泥團，這時泥團的含水量稱為塑限含水量。

若繼續(xù)在泥團中加入水分，泥團的可塑性會逐漸增高，直至泥團能自行流動變形，此時的含水量稱為液限含水量。

但在生產中適合于成形的泥團，其含水量一般都在塑限含水量與液限含水量之間，此時泥團的含水量稱為工作泥團的可塑水量。

各種粘土的可塑水量很不一致，可塑性大的粘土所需可塑水量也愈多：

高可塑性粘土 ： 可塑水量達28%~40%

中可塑性粘土： 可塑水量達20%~28%

低可塑性粘土：可塑水量達15%~20%

3、粘土可塑性的測定方法

1）可塑性指數：是指粘土的液限含水率與塑限含水率之差。它表示粘土能形成可塑泥團的水分變化范圍。指數越大則成形水分范圍大，成形時不易受周圍環(huán)境濕度及模具的影響，即成形性能好。

2）可塑性指標：指在工作水分下，粘土泥團受外力作用最初出現裂紋時應力與應變的乘積，同時還應測定泥團的相應含水率?？伤苄灾笜艘卜磻苏惩聊鄨F的成形性能的好壞，但要注意相應的含水率。若相應含水率大，則工作水分多，干燥過程易變形、開裂。

3）根據可塑指數或可塑指標分類：

強可塑性粘土 指數>15或指標>3.6

中可塑性粘土 指數7~15或指標2.5~3.6

弱可塑性粘土 指數1~7或指標