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结合粘土的开发利用研究

   日期:2020-02-10     来源:互联网    作者:admin    浏览:9    评论:0    
核心提示:  结合粘土是一种重要的结合剂。用以提高制品的强度,调节烧结温度,增加烧结强度和制品密度,改善加工作业性。结合粘土的性能
  结合粘土是一种重要的结合剂。用以提高制品的强度,调节烧结温度,增加烧结强度和制品密度,改善加工作业性。结合粘土的性能直接影响制品的质量的特性。因此,选择结合粘土是生产过程中的一个重要环节。

  一、结合粘土的性能与影响因素

  结合粘土主要为高岭石组成,是一种高可塑性粘土。结合粘土的性能受诸多因素影响,与矿物成分、矿物性能、矿物结晶特征、矿物的颗粒大小、电解质类型、粘土的成因规律和加工工艺等因素有密切的关系。

  1、与矿物颗粒大小的关系

  结合粘土的一个重要指标是可塑性。粘土的矿物粒度愈小可塑性指数愈高,但粘土的结合力且不一定大。研究了我国耐火粘土矿发现,有的地区如广西某球粘土可塑性指数很高,一般都大于30%,部分大于40%,甚至大于50%。可塑性指标很低,仅为1.2—2,结合力很低,干压强度仅为3.6×10 ~4.2×10 kPa。有的地区如黑龙江省虎林粘土,可塑性指数21.72%,可塑性指标3.79,干压强度9.92×10 kPa。水曲柳粘土可塑性指数24%—34%,可塑性指标3.47,干压强度7.2×10 kPa,而我国南方有些黑泥(如濂江)可塑性指数和可塑性指标都高,结合力也高。总结苏州、黑龙江、吉林、福建、广东、广西、山西、内蒙、江西等部分粘土可塑性指标、可塑性指数、干燥强度、粒度的特点。结合粘土的结合力与可塑性指标有一定的相关关系,与可塑性指数并的关系并不明显。

  高可塑性粘土与粒度组成有着密切的关系,但粒度很细或粒度集中与某一个粒级,则可塑性指标又很低,结合力差。某球粘土用于制作耐火材料和电瓷,因结合力低,出现产品缺陷。在应用中,这类球粘土虽成型性较好,但制成品易损,烧结强度低,烧后膨胀,孔隙率高或烧而不结,致使制品“脆”。在坩埚和注浆成型陶瓷行业粒度细而集中于某一粒级,虽可塑性好,但综合性能不佳。

  粒度分布均匀不出现峰值的结合粘土结合性能较好,如中纬Ⅱ号粘土、虎林粘土。粒度变化小并成正态分布,矿物接触面积增加,能形成最紧密堆积。在高温相变中有利于物质的重新结合与交织,形成良好的结合力和烧结强度。

  结合粘土粒度很细,在-1μm内出现峰值,粘土矿物的吸附水增加。会导致胶体的密度减小,空隙率增加,结合力降低。在用量必须严格控制,以免烧后膨胀而出现大的气孔率和气泡,降低材料的质量。福建某陶瓷厂将粒度极细的球粘土2-3%用于釉料,仍出现了气泡或不上釉的现象。因此选择结合粘土必须了解粘土的结合性能或应用对象。只使用水泥或只用水泥和石块浇注不了合格的产品,必须加砂子。只考虑结合粘土的化学成分,可塑性,不考虑粒度组成难以生产出优质产品。结合粘土的矿物粒度粗,可塑性差。粒度细而主要偏极于细粒(-1μm), 可塑性很好,但结合强度低。一般来讲结合粘土矿物颗粒-2μm者在50%—65%为好,其中-1μm者在30%——40%为佳,并且结合粘土的粒度正态分布,不宜出现跳跃性。

  2、与矿物的结构及成分的关系

  矿物粒度影响了不得粘土的结合性,而矿物的结晶程度和矿物种类也影响了结合性。我国软质耐火粘土中含无序高岭石多的粘土,可塑性好。高岭石的结晶指数高、有序度高的粘土可塑性差,结合力低。χ光衍射分析鉴定,高岭石001—001衍射峰间衍射峰数少于6,一般为1—3条衍射峰的可塑性较好,结合力也高。而结晶好的高岭石粘土可塑性差,结合也差,干燥强度很低。但是结晶差的高岭石往往矿物颗粒细,体积收缩较大,烧成孔隙率较高,高温时气压强烈增加。高岭石结晶程度对可塑性和结合力(干燥强度)的影响是于无序高岭石的键合力不饱和,矿物间的键合力较大。结晶好的高岭石则相反,其胶体稳定性也次于前者。在野外调查时也能见到这种现象,如水曲柳矿区雨后水洼中的水为长时间白色混浊,而叙浦粘土矿为清水。

  粘土矿物的离子交换类型和离子交换能力,也影响着结合粘土的结合能力。矿物成分不同,结合性能也不同。很纯的高岭石可塑性和结合力低。结合粘土中含有少量的蒙脱石时则可塑性和结合力就高。含伊利石时可塑性和结合力在一定情况下也高。而粘土中石英含量增加可塑性会降低。所以在陶瓷行业常用膨润土来调节粘土的可塑性性能。

  除矿物之外,有机质对可塑性和结合力也有一定的影响。

  3、其它因素的作用

  结合粘土的性能与矿床的成因类型也有一定的联系,一般来说沉积型粘土的结合性能优于风化残积型高岭土,更优于热液型高岭土。形成时代晚的优于形成时代早的粘土。在加工过程中,高岭石被磨的越细可塑性越高,结合性也好。

  二、结合粘土的开发利用

  我国结合粘土的地理分布和性能差别很大,有的结合粘土的高岭石含量很高,有的杂质较高,有的可塑性很好结合力低。大多数地区是Al2O3低(小于30%),杂质高,或者Al2O3高而可塑性和结合力低。目前我国对结合粘土的要求越来越高,既要求有良好的可塑性,又要求有良好的结合性、分散性、流变性。还要有一定的纯度以及很低的杂质,以保证制品的高纯度、高强度,达到优质,增加材料的使用寿命和应有的实际意义。所以要根据结合粘土的特点和主要影响因素进行结合粘土的试验开发。

  1、通过粘土的加工,将粒度不同的粘土混合均化,使粘土的矿物粒度变化在一定范围内,即-2μm的粘土矿物颗粒在50%—65%间,其中-1μm的在30%—40%间,如表1中纬粘土Ⅰ、Ⅱ号。克服了单一粘土粒度偏极的癖端,充分利用粘土资源,提高粘土的利用价值。

  2、利用粘土和粘土的矿物相变过程中所表现的物理化学变化规律,加工和配制应用行业要求的结合粘土。随着温度的升高,结合粘土的矿物会发生一次转化、二次转化,重结晶,再结晶,或物质成分的重新化合,组成形成新的耐高温矿物。结合粘土的均化必须适应这个过程。矿物成分又是化学成分的具体体现。不同行业对化学成分的要求有所不同,最终形成的高温矿物也不同。均化粘土必须适应行业的要求,突出其应有的可塑性、结合性、流变性,以及烧成强度、密度和透气性。

  3、结合粘土的均化与加工在选择矿产资源时,应尽可能的选用可塑性较高,而且松软,化学成分合适的矿石。均化加工是突出结合粘土性能的过程。如果要求强度高密度大,粒度分布要均匀。如果要求低温透气性好,就增加粗粒(+10μm)的配比,若要求高温透气好,增加细粒(-1μm)的配比,其余部分粒度要均匀。

  在以上基础上,将均匀粘土按系列加工,Al2O3,Fe2O3、碱土和碱金属氧化物低的用于耐火材料,Fe2O3、TiO2低者用陶瓷。

  按上述研究和方式,进行了结合粘土的生产和加工,经生产和使用,结果较好。即为使用提供了适合的结合粘土,也逐步形成标准和规范。通过应用也总结了新的经验,并不断的指导生产。(中国耐火原料网)

 
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