粘土是一種重要的礦物原料。由多種水合硅酸鹽和一定量的
氧化鋁、堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物組
成,并含有石英、長石、云母及硫酸鹽、硫化物、碳酸鹽等雜質(zhì)。粘土礦物的顆粒細(xì)小,常在膠體尺寸范圍內(nèi),呈晶體或非晶體,大多數(shù)是片狀,少數(shù)為管狀、棒狀。粘土礦物用水濕潤后具有可塑性,在較小壓力下可以變形并能長久保持原狀,而且比表面積大,顆粒上帶有負(fù)電性,因此有很好的物理吸附性和表面化學(xué)活性,具有與其他陽離子交換的能力。
工業(yè)用粘土礦有
高嶺土、
膨潤土(主要組成為
蒙脫石)、
活性白土(組成不定)等。高嶺土最早由中國在江西高嶺村開采,用來制造陶瓷。膨潤土于1888年在美懷俄明州開始開采,活性白土于1906年在美國得克薩斯州首次開采。
粘土礦廣泛分布于世界各地的巖石和土壤中。世界膨潤土礦資源為 1.3Gt以上,主要分布于美國和加拿大。高嶺土礦儲(chǔ)量約 1.6Gt,主要分布于中國、美國、蘇聯(lián)、墨西哥、西班牙等國。中國是高嶺土資源十分豐富的國家,礦質(zhì)優(yōu)良、成因類型齊全,主要產(chǎn)地有江蘇蘇州、湖北均縣、四川敘永縣等地?;钚园淄林饕a(chǎn)于美國和加拿大。
高嶺土的加工大多采用濕法。礦石經(jīng)破碎、洗礦、漿化、除砂、分級(jí)、精選、漂白、過濾,最后經(jīng)
噴霧干燥得產(chǎn)品。膨潤土礦的加工僅需簡單的粉碎技術(shù)以及除去水分等揮發(fā)物,先將礦石粉碎、漿化,然后采用沸騰床干燥器干燥,再經(jīng)粉碎、篩分得產(chǎn)品?;钚园淄潦菍⑴驖櫷撩撍?,加入硫酸活化、分離、水洗、過濾、干燥、粉碎后制得產(chǎn)品。
高嶺土主要用于制造
陶瓷和
耐火材料。造紙工業(yè)中使用大量高嶺土作造紙?zhí)盍虾屯繉?,以提高紙張?qiáng)度并降低透明度,還用于制造無碳紙。膨潤土主要用作石油鉆井泥漿成分?;钚园淄劣糜趧?dòng)植物油、工業(yè)用油、機(jī)械潤滑油、石腦油等的漂白。在金屬加工中大量的膨潤土用作金屬鑄造翻砂粘合劑。另外,高嶺石和多水高嶺石粘土礦還可用作生產(chǎn)汽油的催化劑。 粘土是配制
鉆井液的重要原材料,它的主體礦物為粘土礦物,粘土礦物的結(jié)構(gòu)和基本特性是鉆井液的性能及其控制與調(diào)整密切相關(guān)。
粘土這種柔可繞指的泥土在我國遠(yuǎn)古時(shí)期就被人們廣泛使用,至
仰韶文化時(shí)代制陶工藝技術(shù)就已達(dá)到相當(dāng)成熟的水平。先民們利用粘土的塑性、焙燒性得到具有實(shí)用效果的抗水性的石質(zhì)性器物——陶
瓷器,它對(duì)
人類的古代
文明與
文化發(fā)展曾起到相當(dāng)大的作用。
粘土是一種含水鋁硅酸鹽產(chǎn)物,是由地殼中含長石類巖石經(jīng)過長期風(fēng)化和地質(zhì)的作用而生成的,在自然界中分成廣泛,種類繁多,藏量豐富,是一種寶貴的天然資源。
粘土具有顆粒細(xì)、
可塑性強(qiáng)、結(jié)合性好,觸變性過度,收縮適宜,耐火度高等工藝性能,因而,粘土是成為瓷器的基礎(chǔ)。它主要有
瓷土、
陶土和
耐火土粘土等三類,據(jù)礦物的結(jié)構(gòu)與組成的不同,陶瓷工業(yè)所用粘土中的主要
粘土礦物有高嶺石類、蒙脫石類和伊利石(
水云母)等三種,另外還有較少見的水鋁石。
粘土礦物的主體化學(xué)成分是硅鋁氧化物和水,其特征是與適量水結(jié)合可調(diào)成柔可繞指的軟泥,具有可塑性,將塑性成形的泥團(tuán)燒后會(huì)變成具有一定濕度的堅(jiān)硬燒結(jié)體。正是由于這種特性使它與人類生活發(fā)生了聯(lián)系。從久遠(yuǎn)的制瓷經(jīng)歷數(shù)萬年的發(fā)展直到今天,仍是制瓷胎的最基本的原料。
粘土在引進(jìn)制瓷胎體過程中起了重要的作用:是粘土的可塑性使陶瓷坯泥賴以成形的基礎(chǔ);是粘土使注漿泥料與釉料具有懸浮性與穩(wěn)定性;粘土一般呈細(xì)分散顆粒,同時(shí)具有結(jié)合性;粘土的出現(xiàn)使其成為陶瓷坯體燒結(jié)時(shí)的主體,形成瓷器中
莫來石晶體的主要來源。
分類
根據(jù)
粘土中的主要礦物類型,可以分為
高嶺土族粘土、蒙脫石族粘土及伊利石族粘土。
根據(jù)
生成情況,粘土可分為
原生粘土(Primary clay)和次生粘土
(Secondary clay),原生粘土是指長石經(jīng)風(fēng)化后生成高嶺土及其他含水硅酸鹽礦物、石英等,未完全風(fēng)化的碎屑?xì)埩粼?,而可溶性鹽類則被溶解;次生粘土是由原生粘土在自然動(dòng)力條件下轉(zhuǎn)移到其他地方再次結(jié)晶的粘土。
根據(jù)
可塑性可將粘土分為
軟質(zhì)粘土(強(qiáng)可塑性粘土)、半軟質(zhì)粘土(中可塑性粘土)和硬質(zhì)粘土(弱可塑性粘土),軟質(zhì)粘土多屬次生粘土,因其顆粒細(xì)、分散度大,故可塑性大;硬質(zhì)粘土多經(jīng)古界成巖作用,自由水不易進(jìn)入而缺少浸散性,可塑性較差。
西方一些工業(yè)化國家通常把粘土歸結(jié)為6大類,分別是:
高嶺土(Kaolin),耐火粘土(Fire clay)、球粘土(Ball clay)、膨潤土(Bentonite)、漂白土(Fuller,s earth)和普通粘土(Common)。其中膨潤土、漂白土和普通粘土主要由蒙脫石、伊利石和綠泥石等組成,耐火性能較差。綜合國內(nèi)外分類情況與習(xí)慣,將
耐火材料用粘土分類:
高嶺土、球粘土和耐火粘土。
功能
粘土的種類多,功能也各有不同:
1.
樹脂粘土 樹脂粘土有兩種,一種是面包花(面粉粘土)。面包花起源于拉丁美洲的一種說法,當(dāng)?shù)厝擞贸允5拿姘樾?,收集起來,烘干磨成粉,加入白膠漿,制成「面粉粘土」??墒怯眠@種面粉粘土延伸性不夠,也不夠結(jié)實(shí),造出的作品在風(fēng)干后,很容易碎裂,不能長久擺放。后來這種樸素的手藝傳至日本,日本人將它改良,加入防腐劑及其它化學(xué)品,制成現(xiàn)在的「面粉粘土」。這種面粉粘土本身是半透明色,性質(zhì)柔軟,可延展至很薄又不會(huì)裂開,可自由的做出纖細(xì)作品,制作時(shí)只需加入油畫顏色,便可以隨個(gè)人喜好做出各種東西,用此粘土最適合是做花,能夠伸展至很薄,做出很輕巧自然的感覺,但做出來的作品,比較啞色,作品干后必須在表面薄薄的掃上油彩以增加它的美感及立體感。
還有一種樹脂粘土取出時(shí)非常干硬,還覺得碎,不過加入顏色后,越搓越柔軟,做出來的作品非常堅(jiān)硬,適合做一些迷你器皿,如碗、碟、花盆。
2.
超輕粘土 超輕粘土分為膠質(zhì)輕粘土和紙質(zhì)輕粘土(紙粘土)。膠質(zhì)輕粘土做出來的作品是很光滑的,適合做雪糕,公仔等;而紙粘土是市面上應(yīng)用最廣,最宜被大眾所接受的一種粘土,這和它經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的價(jià)格有關(guān),其塑造的作品略顯粗糙,適合初學(xué)者使用。
不過,目前市面上可以購買到結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)的粘土了,比如由上海海森蘭貿(mào)易有限公司開發(fā)的海森藍(lán)夢幻輕粘土,此種粘土很輕很軟,手感細(xì)膩,干燥后具有良好的柔韌性,表面質(zhì)感優(yōu)越,目前國內(nèi)越來越多的生產(chǎn)廠家致力研究粘土的改良,乃廣大粘土愛好者的福音!
3.
磁粉器粘土 又叫作麻石粘土,顏色就像石頭,塑造時(shí)可沾水的,容易掌握,適合做獨(dú)一無二的迷你花盆,或是韓式石頭鍋飯的那個(gè)大碗,效果也相當(dāng)好!
4.
油粘土 這種粘土一般是在作品完成后輔助使用的,比如說做粘土花盆景上盆時(shí)候,只需取出適量粘土放入盆中,將作品插上,目的使作品能穩(wěn)固。油粘土的特性是: 軟/硬油泥即使暴露于空氣中,都不會(huì)變硬的,一般情況下只需按自己的喜好選擇軟油泥或硬油泥便可
性能
天然粘土礦并不總是按以上分類而截然區(qū)分,有時(shí)一個(gè)粘土中可以包含多種粘土,而且在性能上也有相互疊加,例如許多硬質(zhì)粘土的礦物組成和化學(xué)成分與高嶺土非常接近;許多球粘土與軟質(zhì)耐火粘土由相同的物理性質(zhì)。不管粘土的種類如何,決定粘土性能的是它的性能。
幾種耐火材料用粘土的主要特征列于下表:
高嶺土、球粘土和耐火粘土的特征
粘土種類 | 高嶺土 | 球粘土 | 耐火粘土 |
生成時(shí)代 | 多為新生代 | 新生代 | 多為古生代 |
高嶺石有序度 ?。ǜ采w層厚度) | 多為無序 ?。ū』驘o) | 多為無序 ?。ê鼙。?/td> | 多為有序 ?。ê芎瘢?/td> |
高嶺石晶形 ?。ㄋ靼徇\(yùn)) | 常自形、半自形 (未搬運(yùn)) | 常不規(guī)則 ?。ò徇\(yùn)很長) | 常不規(guī)則 ?。ò徇\(yùn)較長) |
結(jié)晶粒度/μm | 多為5± | 多小于2 | 多為2~5 |
可塑性 | 較差 | 很好 | 較好(軟質(zhì)) |
粘結(jié)性 | 較差 | 很好 | 較好(軟質(zhì)) |
含伊利石/% | 常5~45 | 常5~45 | 常小于5% |
耐火度/℃ | 可大于也可小于1580 | 可大于也可小于1580 | 大于1580 |
燒結(jié)溫度范圍 ?。ㄅe例/℃) | 窄 (1500~1570) | 寬 ?。?320~1550) | 稍寬 ?。?300~1390) |
鐵、鈦含量 ?。ò锥龋?/td> | 常較少 ?。ù笥?0~80) | 常較多 ?。ㄐ∮?0~80) | 常較多 (小于50~70) |
有機(jī)質(zhì) ?。伤苄裕?/td> | 不含 | 常含少量 (能提高) | 常含少量 ?。ú荒芴岣撸?/td> |
主要成因 | 殘積 | 沉積 | 沉積 |