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粘土

粘土即黏土,是一种重要的矿物原料,其可塑空间非常大,后来逐渐从工业中发展到生活。

经验文章 概述

粘土是含沙粒很少、有黏性的土壤,水分不容易从中通过才具有较好的可塑性。一般的粘土都由硅酸盐矿物在地球表面风化后形成。一般在原地风化,颗粒较大而成分接近原来的石块的,称为原生粘土或者是一次粘土。这种粘土的成分主要为氧化硅与氧化铝,色白而耐火,为配制瓷土之主要原料。

结构

粘土(英语:clay),又作粘土,是颗粒非常小的(<2µm)可塑的硅铝酸盐。除了铝外,粘土还包含少量镁、铁、钠、钾和钙,是一种重要的矿物原料。

粘土一般由硅铝酸盐矿物在地球表面风化后形成。但是有些成岩作用也会产生粘土。在这些过程中粘土的出现可以作为成岩作用进展的指示。

粘土是一种重要的矿物原料。由多种水合硅酸盐和一定量的氧化铝、碱金属氧化物和碱土金属氧化物组成,并含有石英[2]  、长石、云母及硫酸盐、硫化物、碳酸盐等杂质。

粘土矿物的颗粒细小,常在胶体尺寸范围内,呈晶体或非晶体,大多数是片状,少数为管状、棒状。

粘土矿物用水湿润后具有可塑性,在较小压力下可以变形并能长久保持原状,而且比表面积大,颗粒上带有负电性,因此有很好的物理吸附性和表面化学活性,具有与其他阳离子交换的能力。

形成

粘土一般由硅酸盐矿物在地球表面风化后形成。一般在原地风化,颗粒较大而成分接近原来的石块的,称为原生粘土或一次粘土。这种粘土的成分主要为氧化硅与氧化铝,色白而耐火,为配制瓷土之主要原料。

而粘土再继续风化而变幼,再经流水及风力迁移,而在下游形成一层厚厚的粘土,称为次生粘土或二次粘土。这种粘土因受污染,含金属氧化物较多,色深而耐火度较低。因黏性及可塑性佳,为配制陶土之主要原料。

高岭土是以高岭石亚族矿物为主要成分的软质粘土。主要由高岭石矿物组成。自然界中,组成高岭土的矿物有粘土矿物和非粘土矿物两类。颜色为白色,最高白度大于95%,硬度为1~4。

特性

粘土的化学组成、矿物组成和颗粒组成决定着粘土的工艺性能:

可塑性

粘土与适量的水混合后形成泥团,在外力的作用下,泥团发生变形但不开裂,外力散去后,仍能保持原有形状不变,粘土的这种性质称为可塑性。

结合性

粘土的结合性是指粘土结合非塑性原料而形成良好的可塑泥团并且有一定的干燥强度的能力。粘土的结合性对于半成口的干燥、修坯和上釉存在着重要的影响。粘土垢结合性由其结合瘠性料的结合力的大小所决定的,而结合力的大小又和粘土矿物的种类、结构等因素相关。一般来讲,可塑性强的粘土,其结合力也大。

触变性

粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时,黏度会降低,而其流动性则会增加,静止后逐渐恢复原状。此外,泥浆放置一段时间后,在保持原水分不变的条件下也会出现变稠和固化的现象。粘土的这种性质称为触变性。

收缩

粘土泥料在一定温度下干燥时,由于颗粒间水分的排出,颗粒之间相互靠拢以及颗粒间距缩短而引起的体积收缩,称为干燥收缩。干燥后的粘土泥料经过高温煅烧时,由于发生诸如脱水作用、分解作用、莫来石的生成、石英的晶型转化、易熔杂质的转化以及各类熔融物填充质点间空隙等一系列物理化学变化,使得粘土泥料进一步收缩,称为烧成收缩。成型粘土样品经过干燥和煅烧后的尺寸总变化称为总收缩。

烧结

粘土是由多种矿物混合而成的,没有固定的熔点,而是在一定的温度范围内逐渐软化。

当粘土在加热煅烧的过程中,到达一定温度(800℃~900℃)后,继续升高温度时,粘土中低共熔物质开始熔化,液相出现并逐渐增加,填充在固体颗粒之间,由于液相表面张力的作用,使得未熔颗粒进一步靠拢,引起体积急剧的收缩,气孔率下降,密度提高,这种对应体积开始急剧变化时的温度称为开始烧结温度。

当温度继续升高时,收缩将不断增大至最大值,气孔率降至最小值,密度达到最大值,粘土完全烧结,此时对应的温度称为烧结温度。

分布

粘土矿广泛分布于世界各地的岩石和土壤中。世界膨润土矿资源为 1.3Gt以上,主要分布于美国和加拿大。高岭土矿储量约 1.6Gt,主要分布于中国、美国、苏联、墨西哥、西班牙等国。中国是高岭土资源十分丰富的国家,矿质优良、成因类型齐全,主要产地有江苏苏州、湖北均县、四川叙永县等地。活性白土主要产于美国和加拿大。

应用

造陶瓷

工业用粘土矿有高岭土、膨润土(主要组成为蒙脱石)、活性白土(组成不定)等。高岭土最早由中国在江西高岭村开采,用来制造陶瓷。膨润土于1888年在美怀俄明州开始开采,活性白土于1906年在美国得克萨斯州首次开采。

制水泥

与石灰岩混合后制水泥

用途

在工业、模型制造和艺术中做模型。艺术家使用粘土制做模型,但也适用粘土直接塑造艺术品

在饮水加工和其它化学工艺中作为离子交换器

高岭石是瓷器的原料

高岭石还可以使纸的表面特别光滑和吸收墨水

陶粒在建筑业中作为隔离层以及在无土栽培中使用

密封垃圾填埋场

密封垃圾堆填区

在颜料工业和医药工业中作填补物

在催化剂中使用


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