簡介
高嶺土(又稱 觀音土、白鱔泥、膨土岩、斑脫石、甘土、 皂土、陶土、 白泥)是一種含鋁的矽酸鹽礦物,主要呈白色軟泥狀,顆粒細膩,狀似麵粉。其化學成分相當穩定,被譽為“萬能石”。為製造瓷器和陶器的主要原料。高嶺土主要在地表之下,其質地和成分的不同可以直接影響到陶和瓷在窯中的變化,所以優質的高嶺土可以製作出出色的器物,而往往多會在其周邊建立起名窯。如中國江西省 景德鎮、福建省 金門縣等。
命名
中國是世界上最早發現和利用高嶺土的國家。遠在3000年前的商代所出現的刻紋白陶,就是以高嶺土製成。
現代國際上通用的高嶺土學名“Kaolin”,來源於中國景德鎮東郊的高嶺村邊的高嶺山,該處的粘土在清初開採極盛,至光緒年間始漸衰落,並以潔白、細膩而聞名於世,為制坯不可缺少的原料,於是當地鎮上瓷工遂沿用村名“高嶺”為其命名,以便與他處所產瓷土區別。後又引申之,凡與高嶺地方所產地高嶺土有相同產狀和用途者,皆稱高嶺,如星子高嶺、撫州高嶺等。
1712年,法國傳教士昂特柯萊,在他的《中國瓷器的製造》一書中,直接用高嶺村的名稱來稱呼中國制瓷的粘土,並轉譯為“kaoling”,後德國學者李希霍芬(Richthofen)按音譯成“Kaolin”,介紹到歐美礦物學界,經過100多年廣泛採用,遂成世界通用名稱。
分類
按成分分類
自然產出的高嶺土礦石,根據其質量、可塑性和砂質(石英、長石、雲母等礦物粒徑>50微米)的含量,可劃分為煤系(硬質)高嶺土、軟質高嶺土和砂質高嶺土三種類型:
1、硬質高嶺土(高嶺石岩):質硬(硬度3~4),無可塑性,粉碎,磨細後具可塑性。
2、軟質高嶺土(土狀高嶺土):質軟,可塑性一般較強,砂質含量。
3、砂質高嶺土:質鬆軟,可塑性一般較弱,除砂後較強,砂質含量>50%。
按成因分類
按地質成因高嶺土分為兩種類型:
1、原生高嶺:是指岩石風化後未經自然力搬運而與母岩殘留在一起的高嶺土。中國南方地區所產高嶺土主要屬這種類型。
2、沉積高嶺:是指經自然力搬運而沉積下來,同時在搬運和沉積過程中又混入各種雜質的高嶺土。中國北方地區的高嶺土大都屬於這種類型。
形成
高嶺土的形成是古老地球億萬年前江河湖沉積岩,經過造山運動露出地面後,又經過原始地球運動,經過完全風化之後,生成高嶺石、石英和可溶性鹽類;再隨雨水、河川漂流轉於它處並再次沉積,這時石英和可溶性鹽類巳分離,即可得高嶺土,其中的K2O、Na2O為水溶性成分,大部分被水帶走。
如風化不完全,則部分長石會形成白雲母,也有部分母岩因深藏地下而未能風化,仍以長石形式存在。有些沉積高嶺在形成過程中會與某些雜質同時沉積下來。
成分
高嶺土主要由小於2個微米的微小片狀、管狀、疊片狀等高嶺石簇礦物(高嶺石、地開石、珍珠石、埃洛石等)組成,理想的化學式為Al2O3-2SiO2-2H2O,其主要礦物成分是高嶺石和多水高嶺石,除高嶺石簇礦物外,還有蒙脫石、伊利石、葉臘石、石英和長石等其他礦物伴生。
高嶺土的化學成分中含有大量的Al2O3、SiO2和少量的Fe2O3、TiO2以及微量的K2O、Na2O、CaO和MgO等。從理論上分析,高嶺石的化學成分應為:二氧化矽(SiO2)46.5%,三氧化二鋁(Al2O3)39.5%,水(H2O)14%。
工藝性能
1.白度和亮度
白度是高嶺土工藝性能的主要參數之一,純度高的高嶺土為白色。高嶺土白度分自然白度和煅燒後的自度。對陶瓷原料來說,般燒後的白度更為重要,煅燒白度越高則質量越好。陶瓷工藝規定烘乾105℃為自然白度的分級標準,煅燒1300℃為煅燒白度的分級標準。白度可用白度計測定。白度計是測量對3800一7000A波長光的反射率的裝置。在白度計中,將待測樣與標準樣的反射率進行對比,即自度值。
亮度是與自度類似的工藝性質,相當於4570A波長光照射下的自度。
高嶺土的顏色主要與其所含的金屬氧化物或有機質有關。一般含Fe2O2呈玫瑰紅、褐黃色;含Fe2+呈淡藍,淡綠色,含MnO2呈淡褐色;含有機質則呈淡黃、灰、青、黑等色。這些雜質存在,降低了高嶺士的自然白度,其中鐵、鈦礦物還會影響煅燒自度,使瓷器出現色斑或熔疤。
2.粒度分布
粒度分布是指天然高嶺土中的顆粒,在給定的連續的不同粒級(以毫米或微米篩孔的網目表示)範圍內所占的比例(以百分含量表示)。高嶺土的粒度分布特徵對礦石的可選性及工藝套用具有重要意義,其顆粒大小,對其可塑窪、泥漿粘度、離子交換曼、成型性能、乾燥性能、燒成性能均有很大影響。高嶺土礦都需要進行技術加工處理,是否易於加工到工藝所要求的細度,已成為評價礦石質量的標準之一。各工業部門對不同用途的高嶺土都有具體的粒度和細度要求。如美國對用作塗料的高嶺土要求小於2μm的含量占90一95%,造紙填料小於μm的占78—80%。
3.可塑性
高嶺土與水結合形成的泥料,在外力作用下能夠變形,外力除去後,仍能保持這種形變的性質即為可塑性。可塑性是高嶺土在陶瓷坯體中成型工藝的基礎,也是主要的工藝技術指標。通常用可塑性指數和可塑性指標來表示可塑性的大小。可塑性指數是指高嶺土泥料的液限含水率減去塑限含水率。可塑性指標代表高嶺土泥料的成型性能,用可塑儀直接測定泥球受壓破碎時的荷重及變形大小可得,以kg·cm表示,往往可塑性指標越高,其成型性能越好。高嶺土的可塑性可分為四級。
4.結合性
結合性指高嶺土與非塑性原料相結合形成可塑性泥團並具有一定乾燥強度的巨能。結合能力的測定,是在高嶺土中加入標準石英砂,以其仍能保持可塑泥團時的最高含砂量及乾燥後的抗折強度來判斷其高低,摻入的砂越多,則說明這種高嶺土結合能力就越強。通常凡可塑性強的高嶺土結合能力也強。
5.粘性和觸變性
粘性是指流體內部由於內摩擦作用而阻礙其相對流動的一種特徵,以粘度來表示其大小(作用於1單位面積的內摩擦力),單位是Pa·s。粘度的測定,一般採用鏇轉粘度計,以在含70%固含量的高嶺土泥漿中的轉速來衡量。在生產1二藝中,粘度具有重要意義,它不僅是陶瓷工業的重要參數,對造紙工業影響也很大。據資料表明,國外用高嶺土作塗料,在低速塗布時要求粘度約0.5Pa·S,高速塗布時要求小於1.5Pa·s。
觸變性指已經稠化成凝膠狀不再流動的泥漿受力後變為流體,靜止後又逐漸稠化成原狀的特性。以厚化係數表示其大小,採用流出粘度計和毛細管粘度計測定。
粘性和觸變性與泥漿中礦物成分、粒度及陽離子類型有關,一般,蒙脫石含量多的,顆粒細的,交換性陽離子以鈉為主的,其粘度和厚化係數高。因此工藝上常用添加可塑性強的粘土、提高細度等方法提高其粘性和觸變性,用增加稀釋電解質和水分等方法降低之。
6.乾燥性能
乾燥性能指高嶺土泥料:羞乾燥過程中的性能。包括乾燥收縮、乾燥強度和乾燥靈敏度等。
乾燥收縮指高嶺土泥料在失水乾燥後產生的收縮。高嶺土泥料一般在40一60℃至多不超過110℃溫度下就發生脫水而乾燥,因水分排出,顆粒距離縮短,試樣的長度和體積就要發生收縮。乾燥收縮分線1次縮和體收縮,以高嶺土澹料乾燥至恆重後長度及體積變化的百分數表示。高嶺土的乾燥線收縮一般在3--10%。粒度越細,比表面積越大,可塑性越好,乾燥收縮越大。同一類型的高嶺土,因摻合水的不同,其收縮也不同,多者,收縮大。在陶瓷工藝中,乾燥收縮過大,坯體容易發生變形或開裂。
乾燥強度指泥料乾燥至恆重後的抗折強度。
於燥靈敏度指坯體乾燥時,可能產生變形和開裂傾向的難易程度。靈敏度大,在乾燥過程中容易變形和開裂。一般乾燥靈敏度高的高嶺土(乾燥靈敏室係數K>2)容易形成缺陷,低者(乾燥靈敏度係數K153.6
中可塑性7—152.5—3.6
弱可塑性1—7