黏土的成因與分類
(一)黏土的成因
黏土是由富含長石等鋁矽酸鹽礦物的岩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黏土的岩石統稱為黏土的母岩。
母岩經風化作用而形成的黏土產於地表或不太深的風化殼以下;母岩經熱液蝕變作用而形成的黏土常產於地殼較深處。
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:高溫岩漿冷凝結晶後,殘餘岩漿中含有大量的揮發分及水,溫度進一步降低時,水分則以液態存在,但其中溶有大量其它化合物。當這種熱液(水)作用於母岩時,會形成黏土礦床,這就稱為熱液蝕變型黏土礦,如衡陽界牌土。
(二)黏土的分類
1、按成因分類
1)原生黏土:又稱一次黏土,殘留黏土,是母岩風化崩解在原地殘留下來的黏土。特點:顆粒較粗,可塑性較差,耐火度高。
2)次生黏土:又稱二次黏土,沉積黏土,是由風化形成的黏土,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,而形成黏土層。特點:顆粒較細,可塑性較好,耐火度差。
2、按可塑性分類
1)高可塑性黏土:軟質黏土。其分散度大,多呈疏鬆狀。如粘性土、膨潤土、木節土等。
2)低可塑性黏土:硬質黏土。其分散度小,多呈緻密塊狀。如葉蠟石、焦寶石、瓷石等。
3、按耐火度分類
1)耐火黏土:一般耐火黏土的耐火度在1580℃ 以上,較純,含雜質較少。
2)難熔黏土:其耐火度在1350~1580℃ ,含易熔雜質在10~15%。
3)易熔黏土:其耐火度在1380℃ 以下,含有大量的雜質。
4、按化學組成分類
1)富鋁黏土 ;2)貧鋁黏土。
(三)黏土的主要礦物類型
黏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(也稱水雲母)等等。
1、高嶺石類
因首先在江西景德鎮東部的高嶺村山頭發現,故國際上都把這種制瓷黏土稱為高嶺(Kaolin)土,其主要礦物成分是高嶺石(Kaolinite)和多水高嶺石。
屬於高嶺石類的黏土礦物還有地(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黏土而得名)等。
2、蒙脫石類
概述:蒙脫石(Montmorillonite)也是一種常見的黏土礦物,以蒙脫石為主要組成礦物的黏土稱為膨潤土(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,其晶粒呈不規則細粒狀或鱗片狀。
特性:1)吸濕膨脹性:吸水後體積可膨脹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
伊利石是白雲母經強烈的化學風化作用而轉變為蒙脫石或高嶺石過程中的中間產物。
組成成分與白雲母相似。
4、水鋁英石
是一種非晶質的含水矽酸鋁,它的結構可能是由矽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。
它與其它黏土礦物的區別是它能在鹽酸中溶解。而其它結晶質的黏土礦物不溶解於鹽酸,但溶解於硫酸。
它在自然界中並不常見,往往少量地包含在其它黏土中。
黏土的組成
(一)礦物組成
為便於研究黏土的礦物組成,根據其性質和數量可分成兩大類,即黏土礦物和雜質礦物。
黏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,在黏土形成過程中,常由於岩石風化未完全,或由於其它因素而混入一些非黏土礦物和有機物質,這些物質我們統稱為雜質礦物。雜質礦物通常以細小晶粒極其集合體分散於黏土中,常會影響甚至決定黏土的工藝性能。
雜質礦物的類別及其影響:
1)石英和母岩殘渣。這些雜質一般以較粗顆粒混在黏土中,對黏土的可塑性和乾燥後強度產生很大影響。工廠多採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黏土中對其影響不大,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,降低黏土的耐火度,也會嚴重影響製品的介電性能、化學穩定性等。
4)有機雜質。黏土中存在少量的有機雜質,可以增加黏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
由於黏土中的主要黏土礦物都是含水的鋁矽酸鹽。此外,還有少量的鹼金屬氧化物以及鹼土金屬氧化物等。
一般黏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。
(三)顆粒組成
是指黏土中含有不同大小顆粒的質量分數。
為什麼黏土中的細顆粒愈多愈好?由於細顆粒的比表面積大,其表面能也大,因此黏土中的細顆粒愈多時,則其可塑性愈強,乾燥收縮大,乾後強度高,在燒成時也易於燒結,燒後的氣孔率也小,有利於成品的力學強度、白度和半透明度的提高。
此外,黏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緻密,塑性大、強度高;結晶程度差的顆粒可塑性也大。
測定黏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)。
黏土在陶瓷生產中的作用
(1)黏土的可塑性是陶瓷坯泥賴以成形的基礎。
(2)黏土使注漿泥料與釉料具有懸浮性與穩定性。
(3)黏土一般呈細分散顆粒,同時具有結合性。
(4)黏土是陶瓷坯體燒結時的主體。
(5)黏土是形成陶器主體結構和瓷器中莫來石晶體的主要來源。