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陶瓷生产中叶蜡石的应用和制备技术

时间:2023-08-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:在陶瓷生产中,使用叶蜡石取代部分石英,能降低制品的热膨胀率,减少收缩、开裂,防止釉的开裂。在662℃以下时,叶蜡石无矿物相的转变。当煅烧温度超过622℃,叶蜡石中的羟基开始变得不稳定,开始脱失,形成偏叶蜡石。这一阶段发生的反应主要为偏叶蜡石的分解反应:④莫来石与方石英共存阶段。故使用叶蜡石矿时应注意矿石的拣选和分级,在原料制备过程中应多次除铁,以减少有色杂质的含量。

陶瓷生产中叶蜡石的应用和制备技术

1.叶蜡石的基本性质

叶蜡石——又名图章石、寿山石青田石、鸡血石、黄田石、冻石等叶蜡石的化学通式为:Al2O3·4SiO2·H2O,结构式为:Al2[Si4O10](OH)2

理论化学组成为:Al2O328.3%、SiO266.7%、H2O5%。叶蜡石是三层型结构的黏土矿物,属于单斜晶系(即由两层[SiO4]四面体夹一层Al-(OHO)八面体构成。块状叶蜡石无可塑性,经粉碎成细粉后,表现出弱可塑性,可塑性指数为2~3,一般称之为低可塑性黏土,或弱可塑性黏土。自然界完整的晶体少见,常呈片状、放射状、块状集合体。叶蜡石的常见颜色为白色、淡黄色、淡青色、蜡绿色等。由于叶蜡石层间是由范德华力联结的,因而结合力弱,解理完全。叶蜡石硬度为1~2,比重为2.65~2.9(理论值为2.9,常为2.75~2.80)熔点平均为1700℃,可用作耐火材料(制作半硅砖)。叶蜡石晶格四面体中的Si+4和八面体中的Al+3比较稳定,很少被其他阳离子转换,不易吸水和吸附阳离子。全国有名的叶蜡石矿的浙江青田蜡石矿、上虞蜡石矿、福建省的寿山蜡石矿、峨眉蜡石矿及北京的门头沟蜡石矿等。

2.叶蜡石的工艺特性

加热过程中,不发生剧烈收缩;在500℃~800℃之间脱水缓慢,收缩小;在1050℃~1150℃之间不但不收缩,反而稍有膨胀,这是因铝氧——硅氧层分离形成莫来石和方石英所致。这个特性可以用来抵消其他原料造成的收缩,解决产品规格不一致的令人头痛的问题。

叶蜡石的烧失量较一般黏土为小,因此在烧成过程中,干燥的变形与开裂趋势小,适合于快速烧成。叶蜡石的热膨胀系数较小,用它生产出的制品热稳定性好。叶蜡石所含的K、Na离子少,因而生产出的制品吸湿膨胀小,不易产生后期龟裂。叶蜡石耐化学腐蚀(只有在高温下才能被硫酸所分解),且能提高制品的白度。

可用于陶瓷砖生产用原料的叶蜡石矿一般要求Al2O3>(14~27)%,SiO2为(65~75)%,Fe2O3<0.5%,KNaO<(90.6~1.2)%,泥浆流动性好,渗透性好,坯体干燥收缩小,不变形,烧成裂隙小,烧成白度(90~96)%。

3.叶蜡石的工艺特点

(1)叶蜡石属于瘠性料,引入到陶瓷原料中,可以降低泥浆的黏度,提高坯体的强度,减少烧成收缩。

(2)叶蜡石的热膨胀系数小,为6×10-6/℃。在陶瓷生产中,使用叶蜡石取代部分石英,能降低制品的热膨胀率,减少收缩、开裂,防止釉的开裂。

(3)叶蜡石本身几乎不含吸附水,脱水温度为(500~700)℃,剧烈脱水在662℃左右。在后期烧结过程中不放出气体。可以减少陶瓷烧成过程气泡的形成。叶蜡石加热相变过程为:

①叶蜡石阶段(室温~662℃)。在662℃以下时,叶蜡石无矿物相的转变。(www.xing528.com)

②偏叶蜡石阶段(662~1100)℃。当煅烧温度超过622℃,叶蜡石中的羟基开始变得不稳定,开始脱失,形成偏叶蜡石。其反应方程式为:

③不定形石英与莫来石形成阶段(1100~1200)℃。随着温度继续升高到1100℃,偏叶蜡石开始分解形成不定形的非晶态石英,同时形成了莫来石。这一阶段发生的反应主要为偏叶蜡石的分解反应

④莫来石与方石英共存阶段(≥1300℃)。随着温度的升高,莫来石的结晶进一步增强,不定形SiO2的生成量也逐渐增多。当温度到达1300℃时非晶态的SiO2开始结晶,形成了方石英,其反应式:

⑤叶蜡石与硅灰石在高温阶段的反应:

(4)叶蜡石的耐火度较高,约为1710℃。引入到陶瓷砖中,可以提高烧成温度。

(5)叶蜡石矿物材料在未烧结以前,在一定温度内会产生膨胀,其原因为晶格膨胀,铝氧-硅氧层分离所致,叶蜡石矿物材料可以抵消陶瓷和耐火砖体在烧成过程中由于其它物料所造成的收缩。

4.叶蜡石的组成

叶蜡石矿物材料在陶瓷工业中,主要代替高岭土,其优点是在机械强度,耐热性和素坯颜色的条件下减少烧成收缩。缺点是会降低陶瓷料的塑性及制品的半透明。故使用叶蜡石矿时应注意矿石的拣选和分级,在原料制备过程中应多次除铁,以减少有色杂质的含量。

我国有多处有一定规模和质量的叶蜡石矿床。它们的化学组成如表1-5所示。

表1-5 叶蜡石原料的化学组成(%)

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