第2章无机材料原料 内容提要 原料是无机材料生产的基础,其作用主要是为产品结构、组成及性 能提供合适的化学成分和加工处理过程所需的各种工艺性能。优质原料 是制造高质量产品的首要前提和基本保障。无机材料工业使用的原料品 种繁多，按来源可分为矿物原料、化工原料以及工业废渣三大类。天然 矿物或岩石原料，由于成因和产状的不同，其组成和性质差异较大；化 工原料也往往因为生产企业采用的原料或生产方法的差异，使其组成和 性质不完全一致；工业废渣或废料更是具有组成复杂的特点。因此，学 习和掌握原料的组成、特性及其与生产工艺和产品性能的相互关系，对 于合理地选择原料，节约资源，物尽其用极为重要，在此基础上才能进 一步有目的地进行原料的加工、制备和性能调控、处理，以获得优良的 无机材料制品。 本章简要概述了原料的分类方法和选择原则，重点介绍了无机材料 制品生产中所使用的各类天然矿物原料、人工合成化工原料、工业废渣 和废料以及辅助原料的作用与应用、种类与组成、结构与性质以及质量 要求与加工或制备方法。 2.1原料概述 2.1.1原料的分类 用于制备无机材料制品生产用配合料（或坯料）的各种物料以及添 加剂与混合材料等统称为无机材料工业的原料。一般常指用来引入各种 相关化学组成（或矿物组成）的主要原料，也包括能使材料制品获得某 些必要性质或促进熔制、成型、烧成等工艺过程的辅助原料。就其来源， 包括三大类：天然的无机非金属矿物原料、通过化学方法处理或合成的 化工原料以及其他原料资源（如工业废渣或废料）的综合利用。 原料分类有两种方式：一种是按不同无机材料制品所用原料进行传 统分类的方式；另一种是按整体原料进行综合分类的方式。 2.1.1.1原料的传统分类
A陶瓷工业所用主要原料 陶瓷工业所采用原料主要以下列三大天然矿物原料为主，此外还采 用化工原料和人工合成原料以满足日益发展的各类特种陶瓷制品对原 料纯度及性能的要求。 a可塑性类原料 b瘠性类原料 c熔剂类原料 B玻璃工业所用的主要原料 按占据实际应用中为大多数的氧化物玻璃所需氧化物组分引入来 划分所用原料 a引入酸性氧化物的原料 b引入碱金属的原料 c引入碱土金属氧化物和其他二价金属氧化物的原料 d引入四价金属氧化物的原料 e工业废渣与废料 C水泥工业所用的主要原料 (1)石灰质原料 (2)黏土质原料 (3)校正原料 1)铁质校正原料 2)硅质校正原料 3)铝质校正原料 D耐火材料工业所用的主要原料 按不同品种的耐火材料来划分所用的主要原料。 (1)硅酸铝及刚玉质耐火材料的原料 (2)硅质耐火材料的原料 (3)Mg0-Ca0系耐火材料的原料 (4)尖晶石耐火材料的原料 (5)含锆耐火材料的原料 (6)含碳耐火材料的原料
(7)不定形耐火材料的原料 (8)隔热耐火材料的原料 以上这种按不同无机材料制品部门进行原料分类的方法，比较繁杂 且多有重复。 2.1.1.2原料的综合分类 根据产源（含成因）、主要组成以及用途等不同角度出发综合划分 原料类别为天然矿物原料（包括硅质、长石类铝硅质、云母类铝硅质、 黏土类铝硅质、高铝质、钙质、镁质以及其他)、无机合成原料、工业 废渣等。这种综合分类方法，有利于对所有原料进行全面的认识，妥善 选用和合理控制，既使生产过程有一个良好的开端，又能使最终产品质 量得到可靠保证。 2.1.2原料的选择 原料是保证无机材料工厂正常生产的基本条件，是影响无机材料制 品性能及质量的主要因索，没有高质量的原料就难以生产出性能和质量 均较好的产品。原料的选择应取决于已确定的无机材料与制品的组成和 性能（包括基本性质、工艺性能以及使用性能等）、原料的来源、价格 以及供应的可靠性等，全面地加以考虑。原料的选择是否适当，对原料 本身的加工工艺，材料制品的熔制、成型、烧成过程，整个生产的产量、 质量和成本均有能响。一般说来，选择原料时，应该遵循下列原则。 (1)组成合格而稳定 (2)易于加工处理 (3)工艺性能合适 (4)价廉而供应稳妥 (5)不易扬尘而无害 2.2天然矿物原料 2.2.1黏土类矿物原料 221,1梵土类原料的应用 黏土类原料是陶瓷、耐火材料和水泥工业的主要原料之一。 2.2.1.2黏土的成因与分类 黏土是一种或多种含水铝硅酸盐矿物的混合体。主要由铝硅酸盐类
岩石，如长石、伟晶花岗岩等经过长期地质年代的自然风化或热液蚀变 作用而形成，含有未风化的岩石碎屑、石英砂、黄铁矿、有机物等杂质。 无一定熔点，也没有周定的化学组成。 2.2.1.3靴土的组成 A化学组成 黏土的主要化学成分为SiO2、AO3和H,O,还有少量碱金属氧化 物(KzO、NaO),碱土金属氧化物(CaO、MgO)以及者色氧化物(FczO, TiO2)等，其中化合水H0一般以灼烧减量”（或称烧失量）的形式来 表征。但灼烧减量除了包括化合水外，还包括碳酸盐的分解和有机质的 挥发等所引起的质量减轻。当黏土比较纯净，杂质含量少时，灼烧减量 可近似地作为化合水的量。 在陶瓷生产中，根据化学组成可以初步判断黏土的一些性能。 表2-2Fe,0,含量对黏士搬烧后呈色的影响 在氧化焰 在氧化焰 FeO含 Fe:O含 中烧成 适于制造的品种 中烧成时 适制造的品种 量t% 量/u% 的早色 的早色 0.8 白色 细瓷，白炻瓷，细陶瓷 42 黄色 炻瓷，陶器 灰白色 般细，白炳瓷器 5.5 淡红色 拓瓷，陶器 13 黄白色 普通瓷，拓瓷器 85 紫红色 普通瓷器，南瓷 2.7 淡黄色 炻瓷，陶器 10.0 暗红色 粗陶瓷 T02>0.2%时，制品在还原气氛下烧成时，易呈黄色：若黏土灼烧减量较高，如 在高岭石类到土中高于14%、在叶蜡石黏土中高于5%、在多水高岭石和蒙脱石 类到士中在20%以上、在瓷石中高于8%，则可说明士中所含的有机质过多， 其可塑性较好，干燥强度较大，但干燥、烧成收缩也较大：黏土中CaO、MgO往 往以硫酸盐、碳酸盐形式存在，若含量过多，除降低耐火度外，还缩小烧结范围 并山于分解形成大量C02、S0,气体而导致坯泡产生：使黏土嘭胀而产生坯泡的另 一主要原因是Fe0,的存在，在氧化气氛下，在1230-1270C以前，Fc,0:是稳定 的，如果温度继续升高，则下心0将按下式分解而放出气体，引起膨胀。 3Fc,03=2Fe,04+0:Fe,03=2Fe0+0 作为水泥生产的主要原料之一，黏土的化学成分及碱含量是衡量黏 4
土质量的主要指标。水泥生产对黏土质原料的化学组成要求如表2-2所 示。 表22水泥生产对黏土质原料的化学组成要才 塑性指 品位 SM IM MgO/wtX R,0t% SO:/wt% 数 级品 2.7-3.5 1.5-3.5 <3.0 <4.0 <2.0 >12 2.0-2.7或 级品 不限 <3.0 <4.0 <2.0 >12 3.5-4.0 B矿物组成 根据黏土中主要矿物的组成和结构将其分为高岭石类（包括高岭 石、多水高岭石、地开石、珍珠陶土等)、蒙脱石类（包括蒙脱石、叶 腊石等)和伊利石（也叫水云母）类三种。另外一些无害、有害杂质均 统称为杂质矿物。 a主要黏土矿物 高岭石（化学组成Al2O2SiO22H,O:结构式AL4[SiO1o(OH)s)是 最常见的黏土矿物，由高岭石作为主要成分的纯净黏土称为高岭土。高 岭石吸附和离子交换能力小，杂质少，纯度高，则相应白度和耐火度也 高，因具有良好的成型性能和烧结性能，高温时莫来石发育好，机械强 度、热稳定性、电绝缘性及化学稳定性优良，是陶瓷和耐火材料的重要 原料：但其分散度较小，可塑性和结合性相对于蒙脱石较差。多水高岭 石(A[Si,O1o](OHs1~2H,0)因结构中存在有可变的层间水，故又有 变水高岭石之称，与水掺和具强的可塑性，主要用于陶瓷工业。 蒙脱石（理论化学组成A20,4SiO2nH0,n>2:结构式 (AlMg)[Si,OoJ(OH)2nHO)又称微晶高岭石或胶岭石，其颗粒细小， 遇水体积膨胀形成胶状物，以蒙脱石为主要矿物的黏土称为膨润土。按 化学组成蒙脱石可分为钠质和钙质。钠质以吸附钠离子为主，吸水较慢， 吸水率及膨胀倍数较高，在水中分散性好，其悬浮液的流动性及触变性 均好，在较高温度下均能保持一定的膨胀性和阳离子交换容量：钙质以 吸附钙离子为主，分散性差，不易形成稳定的悬浮液，我国多产钙质蒙 脱石。蒙脱石具有很强的吸附和阳离子交换能力，可塑性极强，能提高