无机非金属材料工艺学课件.ppt

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1、1,无机非金属材料工艺学 讲 义 俞 心 刚 2011年10月,2,上次课重点：1、色散：玻璃的折射率随入射光波长不同而不同的现象，叫色散。2、隔热玻璃：中空玻璃、真空玻璃、低辐射玻璃3、补色：被吸收光的颜色与观察到的颜色互为补色， 互为补色的两种光合在一起就是白光。4、补色的应用5、石英玻璃和石英晶体6、唐三彩。唐三彩是唐代低温铅釉陶质生活用具和陶塑艺术品的总称。7、紫砂陶是一种质地细腻，含铁量高的特殊陶土烧制成的无釉细陶瓷，称作“紫砂器”。8、重量箱、标准箱（玻璃）9、发展趋势,3,1.6 典型无机非金属材料工艺1.6.1 水泥生产工艺流程简单讲，水泥生产工艺流程就是“两磨一烧”。水泥生产

2、工艺流程一般有两种分类方法： 按生料制备方法: a)干法； b)湿法 两类 按窑型方法： a)回转窑；b)立窑 两大类,4,5,6,7,8,按生料制备方法分：干法与湿法两种。 干法：干法和半干法两种。干法：原料经烘干、粉碎制成生料粉，然后喂入窑内煅烧成熟料的方法。 半干法：将生料粉加入适量的水分制成生料球，再喂入立窑或立波尔窑内煅烧成熟料的方法。,9,湿法：湿法和半湿法两种湿法：将原料加水粉磨成生料浆，再喂入回转窑内煅烧成熟料的方法。半湿法：将原料加水粉磨成生料浆经除水后，制成料饼打碎后入窑煅烧的方法。按按窑型分回转窑、立窑两大类。 回转窑有可分：干法中空窑、立筒预热器窑、悬浮预热器窑和窑外分

3、解窑等。,10,11,12,13,悬浮预热，分解炉、水泥窑是新干法水泥窑系统的三大块。里面有煤粉燃烧、气固对流传热、化学反应、物料运动现象。是一个大的热工过程、设备。,14,15,复习与思考（4）1、水泥生产中希望得到的是-硅酸二钙，还是-硅酸二钙，为什么？（应用已学的硅酸盐物理化学知识从结构分析）2、水泥生产中怎样得到尽量多的-硅酸二钙？（思考，请自己回去查资料）,16,1.6.2玻璃生产工艺流程：玻璃生产最基本的工艺流程为： 原料预处理-配料-熔化-冷却-成型-退火-切割-包装-入库。,17,鲍林第五规则（节约规则）：在一个晶体中，本质不同的结构组元的种类，倾向最少数目。,18,19,20

4、,21,22,23,24,25,26,27,28,1.6.3 陶瓷工艺生产流程。,29,30,31,生产工艺流程图原料检验 配料 球磨 海绵切削 上浆 称量 干燥 半成品检测 烧成 质检（全检） 质检（外观抽检） 质检（内质检测） 装箱入仓,32,2、无机非金属材料工艺原理2.1 原料及其预处理2.1.1 钙质原料（1）钙质原料的种类及性质 无机非金属材料工业常使用的主要钙质原料有： 方解石,33,英文名:calcite俗名:双飞粉分子式:CaCO3分子量:100.09CAS号:471-34-1主要成分:Ca(钙)C(碳)O(氧)三种元素,34,概述方解石是一种碳酸钙矿物，天然碳酸钙中最常见的

5、就是它。因此，方解石是一种分布很广的矿物。方解石的晶体形状多种多样，它们的集合体可以是一簇簇的晶体，也可以是粒状、块状、纤维状、钟乳状、土状等等。敲击方解石可以得到很多方形碎块，故名方解。方解石的色彩因其中含有的杂质不同而变化，如含铁锰时为浅黄、浅红、褐黑等等。但一般多为白色或无色。无色透明的方解石也叫冰洲石，这样的方解石有一个奇妙的特点，就是透过它可以看到物体呈双重影像。因此，冰洲石是重要的光学材料。方解石是石灰岩和大理岩的主要矿物，在生产生活中有很多用途。我们知道石灰岩可以形成溶洞，洞中的钟乳石、石笋等其实就是方解石构成的。,35,特性方解石是最重要的碳酸盐矿物，化学成分：CaCO3 ，三

6、方晶系，有完全的菱面体解理、玻璃光泽，透明至半透明，普通为白色或无色，含有其他颜色亦不少，条痕白色，硬度3.0，比重2.62.8，遇冷稀盐酸剧烈起泡，纯净透明的称为冰洲石（Iceland Spar），具有强烈双折射和三组完全解理。分解温度：900以上。,36,产状方解石的晶体形状多种多样，石灰岩、大理岩和美丽的钟乳石之主要矿物即为方解石。在泉水中可沉积出石灰华，在火成岩内亦常为次生矿物，在玄武岩流的杏仁孔穴中，沉积岩之裂缝内常有方解石充填而成细脉，或透过生物学作用，以贝壳或岩礁的方式产出。,37,用途冰洲石因具双折射，常被利用于偏光棱镜，如以一定的方式切割成柱状，可当显微镜之棱镜，检测矿物之光

7、学性，其品质要件须为：无色透明，内部不含气泡或裂痕，不带双晶或歪曲，0.5吋（12.5mm）立方以上。一般方解石用于化工、水泥等工业原料。方解石在冶金工业上用做熔剂，在建筑工业方面用来生产水泥、石灰。,38,颜色 Beige Calcite 米黄色方解石 (Beige = 哔叽) Blue Calcite 蓝色方解石 Cobaltian Calcite 含钴方解石 (南非) Green Calcite 绿色方解石 (中国) Golden Calcite 金色方解石 (中国) Orange Calcite 橙色方解石 (加拿大、墨西哥) Utah Honeycomb Calcite 犹他州蜂巢方

8、解石,39,鉴定特征菱面体完全解理，硬度不大，加稀盐酸剧烈起泡。方解石晶体呈菱面体和偏三角面体，其聚形呈钉头状和犬牙状，以块状、粒状、纤维状和钟乳状集合体产出，白色、无色、灰色、红色、棕色、绿色和黑色，条痕白色到灰色，透明到半透明，玻璃到珍珠光泽或暗淡光泽。,40, 石灰石 主要矿物：方解石，并含有白云石、硅质（石英或燧石）、含铁矿物和粘土杂质。 颜色：灰白、淡黄色。 性质：性脆，普氏硬度8-10，密度2.62.8g/cm3；强度：30170MPa。 分解温度：一般为800。,41, 泥灰岩 是由碳酸钙和粘土物质同时沉积所形成的均匀混合的沉积岩。 主要成分：碳酸钙和粘土，按重量碳酸盐成分占30

9、70 。 白垩 是由海生生物外壳与贝壳堆积而成。 白垩易于粉磨和易烧性都较好。,42,方解石与石灰石区别： 一般石灰石的碳酸钙含量为90左右，接近100的称为方解石。石灰石含有白云石、硅质（石英或燧石）、含铁矿物和粘土杂质。,43,（2）钙质原料的组成与作用主要成分：CaO、CO2及少量的SiO2、AL2O3、Fe2O3、 MgO 等杂质。主要矿物：方解石、少量的白云石、硅质（石英及燧 石）、含铁矿物R2O、SO3和黏土质杂质。主要作用：提供制成无机非金属 材料所需的CaO。,44,硅酸盐水泥：钙质原料是烧制硅酸盐水泥熟料的主要 原料之一。1吨水泥需1.2-1.3 吨石灰质 原料。(大力发展高

10、标号水泥的意义？） 制备硅酸盐水泥熟料的钙质原料一般是 石灰石(为什么）和泥灰岩。 陶瓷：陶瓷使用的钙质材料一般为方解石（为什么）。 钙质原料在生产中主要起助熔作用，缩短烧成 时间，增加陶器的透明度，使坯釉结合牢固。,45,玻璃：玻璃中的CaO主要是通过方解石、石灰石、白垩、 沉淀碳酸钙等原料引入的。 作用主要是稳定剂，即增加玻璃的化学稳定性 和机械强度，但含量不宜过高，否则会使玻璃的 结晶倾向增大，而且易使玻璃发脆。 CaO（10-12%）时增加 粘度。而且当温度降低时，粘度增加得很快，使成 型困难。,46,2.1.2 粘土类原料,（1）粘土类原料的种类 粘土是多种微细的矿物的混合体，它主要

11、是由铝硅酸盐类岩石如长石、伟晶花岗岩、斑岩、片麻岩等经长期风化而成。,47,（2）粘土类原料的组成1）化学组成：主要为SiO2、Al2O3和结晶水2）矿物组成及性质：工业中所用粘土中的主要矿物 可分为高岭石类、蒙脱石类及 伊利石类三种。,48,高岭石：以高岭石为主要矿物的粘土称为高岭土。高岭石晶体呈白色，外形一般是六方鳞片状、粒状，也有杆状的，二次高岭土中的粒不规则，边缘折断，尺寸也小。 高岭土的吸附能力小，遇水不膨胀，可塑性和结合性较差，杂质少，白度高，耐火度高。,49,蒙脱石：以蒙脱石为主要矿物的黏土称为膨润土。蒙脱 石呈不规则细粒子状或鳞片状，颗粒较小，结晶 程度差，晶体轮廓不清，颜色为

12、白色或淡黄色。膨 润土有很强的吸水性，吸水后体积膨胀。蒙脱石容 易碎裂，颗粒微细，可塑性强，干燥后强度大，但 干燥收缩也大。蒙脱石中Al2O3含量较低，又吸附 了其他阳离子，杂质较多，因此烧结温度较低， 蒙脱石的离子交换力很强。,50,51,伊利石：是常见的一种水云母类矿物，在电子显微镜 照片上一般呈带有尖角的片状。伊利石一般可塑性差，干后强度低，干燥收缩小，烧 结温度低，一般在800左右开始烧结，完全烧结 在10001150。,52,故。,53,（3）颗粒组成 颗粒组成是指黏土中不同大小颗粒的百分比含量。粘土的细颗粒（小于1m的颗粒）愈多则可塑性愈强、干燥收缩大、干后强度高，而且烧结温度低，

13、这一方面是细颗粒的比表面积大、表面能大的缘故。,54,上次课重点：1、水泥生产 “两磨一烧”2、新型干法水泥制备主要设备 悬浮预热，分解炉、水泥窑是新干法水泥窑系统的三大块。3、玻璃生产过程 原料预处理-配料-熔化-冷却-成型-退火-切割-包装-入库。4、钙质原材料 方解石和石灰石区别及应用（在水泥、玻璃、陶瓷中的作用）。水泥：主要原料；陶瓷：助熔剂；玻璃：稳定剂，增加化学稳定性及提高机械强度。5、粘土 化学组成:主要为SiO2、Al2O3和结晶水 矿物组成：高岭石类、蒙脱石类及伊利石类三种。 颗粒组成：黏土中不同大小颗粒的百分比含量。,55,测定黏土颗粒大小的方法有：筛分析（0.06mm以上

14、）沉降法（1-50m）显微镜电子显微镜、水簸法混浊计法吸附法等。最常用的方法是:筛分析（0.06mm以上）沉降法（1-50m）,56,57,58,59,60,61,处理选项：已分析所有元素 (已归一化),62,（4）粘土的工艺性质 粘土的原料的工艺性质主要取决于: 粘土化学组成 矿物组成 颗粒组成 粘土的工艺性质是工业生产中 合理选择粘土原料的重要指标。,63,1）可塑性 可塑性是指粘土与适量水混练后形成的泥团，在外力作用下，可塑造成各种形状而不开裂，当外力除去之后，仍能保持该形状不变的性能。 通常用塑性限度（塑限）、液性限度（液限）、塑性指数或塑性指标、相应含水率等参数来反映粘土的可塑性。,

15、64,塑限：粘土由固体状态进入塑性状态时的含水量。液限：粘土由流动状态进入塑性状态时的含水量。塑性指数：是粘土的液限与塑限之间的差值。塑性指标：是粘土在工作水分下，泥料受外力作用最 初出现裂纹时应力与应变的乘积。,65,66,67,从粘土与水的相对关系来看，塑限表示粘土被水湿润后，形成水化膜，使粘土颗粒能相对滑动而出现可塑性的含水量。所谓塑限高，说明粘土颗粒的水化膜厚，工作水分高，但干燥收缩也大。 液限反映粘土颗粒与水分子亲和力的大小。液限高的粘土颗粒很细，在水中分散度大，不易干燥；湿坯强度低。 可塑性指数：表示粘土能形成可塑泥团的水分变化范围。指数大则成型水分范围大，成型时不易受周围环境湿度

16、及模具的影响，即成型性能好。,68,可塑性指标也反映粘土的成型性能，但要主要相应含水率，若相应含水率大，即工作水分多，干燥过程易变形、开裂。粘土颗粒越细，有机质含量较高，可塑性较好；粘土颗粒吸附的阳离子浓度高、半径小、电价高者，因吸附水膜较厚，可塑性好。,69,粘土的可塑性根据可塑指数或可塑指标可分为以下几类： 强塑性粘土： 指数大于15或指标大于3.6； 中塑性粘土 指数为7-15，指标为2.5-3.6； 弱塑性粘土： 指数为1-7，指标小于2.5； 非塑性粘土： 指数小于1。,70,2）结合性 结合性是指粘土能结合非塑性原料形成良好的可塑泥团、有一定的干燥强度的能力。一般情况下，可塑性强的

17、粘土，其结合性也大。,71,3）离子交换性 粘土粒子由于表面层的断键和晶格内部离子的不等价置换而带点，它能吸附溶液中的异性离子，这种被吸附的离子又可被其他离子所置换，这种性质称为粘土的离子交换性。 离子交换能力的大小可用离子交换容量即pH=7时每100g干粘土吸附的阳离子或阴离子的毫摩尔（mol）数来表示。,72,4）触变性 粘土泥浆或可塑泥团在静置以后变稠或凝固，当受到搅拌或振动时，黏土降低而流动性增加，再放置一段时间后又能恢复原来状态，这种性质称为触变性。 触变性的大小可用厚化度来表示，泥浆厚化度指泥浆放置30min和30s后相对粘度之比。可塑性泥团的厚化度则指静置一定时间后，球体或圆锥体

18、压入泥团达一定深度时剪切强度增加的百分数。颗粒表面荷电是粘土土产生触变性的主要原因。,73,74,75,76,77,78,79,80,81,5）膨化性 粘土加水后，体积会在不同程度上有所增加，这种性质称为膨化性。这种性质主要是因粘土颗粒层间吸水膨胀和颗粒表面水膜形成所致。 通常用膨胀容来反映粘土的膨化性能。它是指粘土在水溶液中吸水膨胀后，单位质量（g）所占的体积（3）。,82,6）收缩 粘土和坯料的收缩实际上可分为三种：干燥收缩、烧成收缩和总收缩。 干燥收缩：粘土经110干燥后，由于自由水及吸附水排出所引起的颗粒间距离减小而产生的体积收缩。 烧成收缩：干燥后的黏土经高温煅烧，由于脱水、分解、熔

19、化等一系列的物理化学变化而导致的体积进一步收缩。,83,粘土的收缩情况主要取决于它的组成、含水量、吸附离子及其他工艺性能。细粒粘土及呈长形纤维状粒子的粘土收缩较大。 测定收缩是研制模型及制作生坯尺寸放尺的依据。,84,7）烧结温度与烧结范围 粘土坯体在焙烧过程中，发生一系列物理、化学变化。在开始加热至105110时，粘土中游离水大量蒸发，在坯体中留下许多孔隙。当温度升高达425800范围内，高岭石 等粘土矿物结晶水脱出，并逐渐分解，此时坯体的孔隙率达最大，成为强度不高的多孔体。再继续升温至9001100时，已分解的粘土矿物成份之间发生化合反应，生成新的结晶硅酸盐矿物。与此同时，粘土中的易熔成分

20、开始熔化，形成液相熔融物，它流入粘土不熔颗粒间的空隙中，并将其粘结，使坯体孔隙率随之下降，体积有所收缩且变得密实，此称烧结。若温度再升高，熔融物过多，坯体将无法保持原来形状而产生软化变形，甚至坍流。所以，粘土坯体在焙烧时应严格控制焙烧温度。,85,粘土焙烧过程中，当坯体气孔率开始明显降低，而体积开始产生显著收缩时的温度称为开始烧结温度(图31中T1)。温度继续升高，至坯体中气孔率降至最低、 收缩率达最大，并致密度达最高时的温度，称为完全烧结温度(图31中T2)。当温度再继续升高至开始出现变形时的温度称为软化温度(图31中T3)。通常可以将T1至T3的温度区间称为粘土制品的烧成温度范围。 其中T

21、1T2，一般为粘土砖瓦等多孔制品的烧结温度范围，焙烧时烧成温度应控制在粘土的开始烧结和完全烧结温度之间，以使制品具有一定的孔隙率。T2T3为地砖等密实陶瓷制品的烧结温度范围，焙烧时烧成温度应控制在稍高于粘上的完全烧结温度(即T2)，以使制品既密实，但又不会产生形变。,86,87,8）耐火度 是指材料在高温作用下达到特定软化程度时的温度。它反映了材料抵抗高温作用的性能。粘土的耐火度取决于化学组成。一般随Al2O3含量的增加而提高，随杂质含量增加，尤其是随Fe2O3碱金属氧化物含量的增加而显著而降低。测定：将一定细度的原料制成一截头三角锥（高30mm） 下底边长8mm、上顶边长2mm），在一定升温

22、制度 下，测出三角锥顶端软化下弯至锥低平面时的温 度，即粘土原料的耐火度。,88,89,（5）粘土的荷电原因补充知识：扩散双电层理论,90,91,92,93,94,动电位（ 电位）,95,96,97,粘土荷电原因有：1、粘土晶格中的同晶取代（如Si4+被Al3+取代， Al3+被 Mg2+等)2、粘土表面腐殖质的解离3、粘土颗粒的边棱破键,98,（6）粘土的离子交换,99,100,（7）粘土-水系统的稳定性 电位越高，系统越稳定,101,102,（8）粘土-水系统的粘度和流动性 适量的电解质的加入可以降低粘土泥浆的粘度，增加其流动性。 过量的电解质使泥浆内粘土颗粒聚集使粘度增加。此过程称为泥浆

23、的絮凝。 原因：适量电解质加入有助于粘土颗粒表面双电层结构的形成，使 电位升高，增加颗粒间的排斥力；过量电解质将使过量的反离子进入紧密吸附层，降低 电位，减小颗粒间的排斥力。,103,104,（9）粘土质工业废渣 某些工业废渣（如：赤泥、粉煤灰、煤矸石等）其化学成分与黏土相近，因此，它们可代替天然粘土作硅酸盐工业生产的原料。,105,（10）粘土原料的作用粘土是硅酸盐水泥、陶瓷和耐火材料生产的主要原料之一。硅酸盐水泥生产中，粘土原料主要提供SiO2、Al2O3以及Fe2O3等成分。衡量粘土质量主要有黏土的化学成分（硅率、铝率）、含砂率、含碱量以及粘土的可塑性、热稳定性、正常流动度的需水量等工艺

24、性能。,106,因粘土具有独特的可塑性与结合性，调水后成为软泥，能塑造成型，烧后变得致密坚硬。这样一种性能，构成了陶瓷生产的工艺基础，赋予陶瓷以成型性能与烧成性能以及一定的使用性能。因而它是陶瓷生产的基础原料。,107,上次课重点：1、测定粘土颗粒的方法：常用的是筛分析（0.06mm以上）、沉降法（1-50m）2、粘土的工艺性质：取决于粘土的化学组成、矿物组成和颗粒组成3、可塑性：可塑性是指粘土与适量水混练后形成的泥团，在外力作用下，可塑造成各种形状而不开裂，当外力除去之后，仍能保持该形状不变的性能。 通常用塑性限度（塑限）、液性限度（液限）、塑性指数或塑性指标、相应含水率等参数来反映粘土的可

25、塑性。塑限：粘土由固体状态进入塑性状态时的含水量。液限：粘土由流动状态进入塑性状态时的含水量。塑性指数：是粘土的液限与塑限之间的差值。塑性指标：是粘土在工作水分下，泥料受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积。,108,4、触变性：粘土泥浆或可塑泥团在静置以后变稠或凝固，当受到搅拌或振动时，粘度降低而流动性增加，再放置一段时间后又能恢复原来状态，这种性质称为触变性。 粘土产生触变性原因：颗粒表面荷电。5、收缩：干燥收缩、烧成收缩和总收缩。6、耐火度：是指材料在高温作用下达到特定软化程度时的温度。它反映了材料抵抗高温作用的性能。粘土的耐火度取决于化学组成。一般随Al2O3含量的增加而提高，随杂质

26、含量增加，尤其是随Fe2O3碱金属氧化物含量的增加而显著而降低。7、粘土荷电原因有：1）粘土晶格中的同晶取代（如Si4+被Al3+取代， Al3+ 被 Mg2+等)；2）粘土表面腐殖质的解离；3）粘土颗粒的边棱破键。8、扩散双电层理论,109,2.1.3 石英类原料 (1)石英类原料的种类和性质 石英：是自然界中构成地壳的主要成分。部分以硅酸盐化合物状态存在，构成各种矿物岩石。另一部分则以独立状态存在，成为单独的矿物实体。 普通结晶状的二氧化硅矿石通称石英。 水晶：最纯的石英晶体称为水晶。外形呈六方柱锥体，无色透明或被微量元素染成一定的色泽。,110,111,脉石英：在石英的成矿作用过程中，除

27、了极少数的二氧化硅结晶为水晶之外，大量的二氧化硅热水溶液填充在岩石裂隙之间，冷凝之后成为致密块状结晶态石英，或者凝固为玻璃态石英，并呈矿脉状产出，这种石英称为脉石英。外观颜色纯白，半透明，呈油脂光泽，断口呈贝壳状。石英岩(硅石)：由单一的硅酸凝胶胶结的砂岩，经过变质作用，脱水之后其中的石英颗粒再结晶长大，断面变得致密，硬度提高，这种状态的石英称为石英岩。砂岩：是由黏土或其他物质胶结细粒二氧化硅晶体的水成岩石称为砂岩。,112,(2)石英的组成 石英化学成分为Si02，常含有少量杂质成分，如A12O3、Fe203、CaO、MgO)、Ti02等。 (3)石英在加热过程中的晶型转变 石英是由SiO2

28、4-互相以顶点连接而成的三维空间架状结构。连接后在三维空间扩展，由于它们以共价键连接，连接之后又很紧密，因而空隙很小，其他离子不易侵入网穴中，致使晶体纯净，硬度与强度高，熔融温度也高。二氧化硅有许多结晶型态和一个玻璃态。按照SiO24-的连接方式，石英有三种存在状态：,113,石英：870以下； 方石英：1713以下； 鳞石英：1470 以下。 超过1713变为熔融态石英。 根据不同的条件与温度，从常温开始逐渐加热直至熔融，这三种状态之间经过一系列的晶型转化趋向稳定，其转化过程及体积变化如图1-1-4所示。,114,115,多晶转变根据其进行的方向分为：可逆多晶转变和不可逆多晶转变。可逆多晶转

29、变：双向转变。晶型晶型不可逆多晶转变：单向转变多晶转变根据转变速度和转变十晶体结构变化的不同分为重建性转变和位移型转变重建性转变：这类转变发生时必须打开原子间的键，质点要重排，形成新的结构。SiO2的晶型转变中石英、鳞石英、方石英之间的相互转变属于重建性转变。,116,117,位移型转变：这类转变发生时不需要打开任何键或改变最临近的配位数，指示原子从它们原先的位置发生少许位移。 如-石英和-石英间的转变、-鳞石英和-鳞石英之间的转变、-鳞石英和-鳞石英之间的转变、-方石英和-方石英之间的转变。,118,119,120,石英晶型变化的作用： a) 指导硅砖、陶瓷和玻璃制品的生产 例：为什么生产硅

30、砖需要加入矿化剂？ b) 指导硅砖、陶瓷和玻璃制品的应用 例：窑炉烤窑（升温）时 例：石英的破碎,121,复习与思考（5）1、烧石灰用方解石还是石灰石好？为什么？2、在既有石灰石和白垩的情况下，玻璃生产中是优先使用石灰石，还是用白垩，为什么？3、钙质原料在水泥、玻璃、陶瓷中的主要作用。4、粘土的化学组成和主要矿物组成是什么。5、粘土的工艺性质6、石英的晶型转变7、重建性转变、位移性转变的特点8、举例说明石英晶型转变的作用,122,123,(4)石英原料的作用 在硅酸盐水泥生产中，当氧化硅含量不足时，需掺加 硅质校正原料。常用的有砂岩、河砂、粉砂岩等。 在陶瓷产品烧成过程中，二氧化硅的体积膨胀可

31、以起着补偿坯体收缩的作用。在冷却过程中，若在熔体固化温度以下降温过快，坯体中未反应的石英剧烈收缩，容易导致开裂，影响产品的热稳定性和机械强度。 脉石英的二氧化硅含量高，杂质少，是生产日用细瓷的良好原料。杂质少的石英岩也可做生产日用细瓷的良好原料，由于其含有一定量的杂质，通常是制造一般陶瓷制品的良好原料。此外，质量好的燧石也可作陶瓷原料。在玻璃生产中，石英砂、砂岩、石英岩和石英是引入Si02的原料。,124,单纯的Si02可以在1800 以上的高温下，熔制成石英玻璃。在钠-钙-硅玻璃中提高Si02的含量，能降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定 性、软化温度、耐热性、硬度、机械强度、

32、透紫外光性等。注意： a) 一般来说，Fe2O3、Cr2O3、TiO2等能使玻璃着色，降低玻璃的透明度，是有害杂质。 b) 石英砂的粒度和颗粒组成是重要的质量指标！ 太粗：熔化困难，常产生结石、条纹等缺陷。 太细：容易飞扬、结块、配合料不易混合均匀，澄清时间增加。堵塞格子体，同时也使玻璃的成分发生变化。 池窑熔制的石英砂最适合尺寸一般为0.150.8mm之间，而0.250.5mm的颗粒不应少于90%。 c) 要求颗粒尺寸越集中，成本越高，在不影响质量的情况下，尽量减小颗粒的集中度（即增大颗粒的粒径范围） d) 石英粉尘会使人患“夕肺病”，要注意防尘！,125,114长石类原料(1)长石的种类与

33、性质长石是一族矿物的总称，是架状硅酸盐结构。根据架状硅酸盐的结构特点，主要有四种基本类型的长石： 钾长石 钠长石 钙长石 钡长石最重要的矿物有： 正长石 ， 成分是钾长石或钾钠长石 斜长石，钠长石与钙长石的互熔物,126,127,(2) 长石类原料的应用 1) 长石类原料在陶瓷生产中的作用。 降低产品的烧成温度； 熔化后形成液相填充坯体孔隙，增大致密度，提高产品的机械强度、透光性和介电性能。 2) 陶瓷生产中长石的代用原料。 长石虽然是地壳中较普遍的一种矿物，但实用于陶瓷工业的钾长石并不多。为了充分利用地方原料，降低成本需要用长石的代用品。代用品只要有以下几种： 伟晶花岗岩 霞石正长岩 酸性玻

34、璃熔岩 含锂矿物,128,3）陶瓷生产中对使用长石的技术要求是：K2O+Na2O总量不小于11%， K2O：Na2O3，CaO+MgO12%。 玻璃生产中长石的代用原料主要有高岭土、叶蜡石等，其技术指标是： 高岭土： Al2O3大于30%； Fe2O3小于0.3%；其它成分 稳定。 叶蜡石： Al2O3大于25%； Fe2O3小于0.4%；SiO2 小于70%。,129,2.1.5 其他原料（1）引入氧化锂的原料 Li2O是网络外体（单键能小于60千卡，不能单独形成玻璃，不参加网络，一般处于网络外，主要是离子键） Li2O在玻璃中的作用比K2O和Na2O特殊。 当O/Si比小时，主要起断键作用

35、，助熔作用强烈，是强的助熔剂；当O/Si比大时，主要起积聚作用。 Li20代替Na2O或K2O使玻璃的膨胀系数降低，结晶倾向变小，过量Li2O又使结晶倾向增加。在一般玻璃中，引入少量Li2O(0105)，可以降低玻璃的熔制温度，提高玻璃的产量和质量。 引入Li20的原料，主要是碳酸锂和天然的含锂矿物。,130,碳酸锂Li2O3，分子量73.9，含Li2O 0.46，CO2 59.54，白色结晶粉末。 天然的含锂矿物主要有： 锂云母(含Li2O 6) 透锂长石(含Li2O 710) 锂辉石(含氧化锂Li20 8) 其中锂云母(LiFKFAl2O33SiO2)易于熔化，适于做助熔剂。,131,(2

36、)引入氧化钠的原料 氧化钠Na2O，密度227，是普通玻璃的主要组分之一。它是网络外体氧化物，钠离子居于玻璃结构网络的空穴中。Na2O能提供游离氧使玻璃结构中的OS比值增加，发生断键，因而可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔融，是玻璃良好的助熔剂。 Na2O增加玻璃的热膨胀系数，降低玻璃的热稳定性、化学稳定性和机械强度，所以不能引入过多的Na2O。,132,引入Na2O的原料主要为纯碱和芒硝，有时也采用一部分氢氧化钠和硝酸钠。 1) 纯碱（碳酸钠）纯碱（碳酸钠）分为：结晶纯碱（Na2CO310H2O）煅烧纯碱（Na2CO3）玻璃工业中采用煅烧纯碱。注意：纯碱易吸潮，产生结块，必须储存在干燥的仓库里

37、。纯碱中常含有硫酸钠和氧化铁等杂质。含氯化钠和硫酸钠杂质多的纯碱，在熔制玻璃时会形成“硝水”。,133,煅烧纯碱又分为：轻质纯碱：重质纯碱；对纯碱的质量要求是：Na2CO3大于98%，NaCl小于1%，Na2SO4小于0.1%，Fe2O3小于0.1%。天然纯碱有时也作为纯碱的代用品。但要注意：天然纯碱对耐火材料侵蚀较快，而且其中的硫酸钙和硫酸钠分解困难易形成硫酸盐气泡，还易产生“硝水”,134,复习与思考（6）1、生产硅砖时为什么要严格控制Al2O3含量？为 什么对石英砂粒度有一定的要求？2、一般情况下，为什么生产玻璃要对原料进行 除铁处理，而生产水泥就不需要进行除铁处 理？3、长石原料在陶瓷

38、和玻璃中的作用4、Li2O在玻璃中的作用5、为什么Li2O在玻璃中的作用比K2O和Na2O特 殊？,135,6、为什么玻璃生产中不能引入过多的Na2O？7、玻璃生产中是用结晶纯碱还是煅烧纯碱？纯 碱储存应特别注意什么？8、玻璃生产中是用轻质纯碱还是重质纯碱？为 什么？9、为什么玻璃生产中对纯碱中Na2Cl和Na2SO4含 量有严格的要求？10、天然碱的优点及缺点？使用时应注意什么？五次课结束,136,1） 芒硝（硫酸钠）芒硝分为：天然芒硝无水芒硝含水芒硝注意： 含水芒硝直接使用比较困难，要除去结晶水； 无水芒硝或工业副产品硫酸钠（盐饼）热分解温度较高在11201220之间，但在还原剂的作用下，

39、可降低到500700。因此玻璃生产一般要加还原剂！ 还原剂一般为煤粉，也可以用焦碳粉，锯末等，其用量一般为Na2SO4质量的46%。,137,还原剂用量要适中，不能多，也不能少。少则Na2SO4不能充分分解；多则产生过量的“硝水”，对耐火材料侵蚀较大，且使制品产生白色的芒硝泡。 还原剂用量过多时，会使玻璃中的Fe2O3还原成FeS和生成Fe2S3，与多硫化钠形成棕色的着色团-硫铁化钠，从而使玻璃着色成棕色。 硝水中除Na2SO4外，还有NaCl与Ca2SO4。为防止硝水的产生，芒硝与还原剂的组成最好保持稳定，预先充分混合，并保持稳定的工艺制度。,138,切记：在坩埚熔制中，如发现硝水，挖料时切

40、勿带水进入玻璃液内，否则会发生爆炸！常用烧热的耐火砖或红砖，放在玻璃的液面上，吸收硝水，将其除去。,139,芒硝与纯碱比较有以下缺点： 芒硝的分解温度高，二氧化硅与硫酸钠之间的反应要在较高的温度下进行，而且速度慢，熔制玻璃时需要提高温度，耗热量大，燃料消耗多。 芒硝蒸汽对耐火材料有强烈的侵蚀作用，未分解的芒硝，在玻璃液面上形成硝水，也加速对耐火材料的侵蚀，并使玻璃产生缺陷。 芒硝配合料必须加入还原剂，并在还原气氛下进行熔制。 芒硝较纯碱含Na2O量低，往玻璃中引入同样数量的Na2O时，所需芒硝的量比纯碱多34，相对的增加了运输和加工储备等生产费用。,140,用纯碱引入Na2O比芒硝好。但在纯碱

41、缺乏时，用芒硝引入Na2O也是一个解决的办法。由于芒硝除引入Na2O外，还有澄清作用，因而在采用纯碱引入Na2O 的同时，也常使用部分芒硝(23)。芒硝能吸收水分而潮解，应储放在干燥有屋顶的堆场或库内，并且要经常测定其水分。 对于芒硝的质量要求是：Na2SO4大于85，NaCl小于2，CaS04小于4，Fe203小于03，H2O小于5。 3) 氢氧化钠(NaOH) 氢氧化钠俗称苛性钠，白色结晶脆性固体，极易吸收空气中的水分和二氧化碳，变为碳酸钠，易溶于水，有腐蚀性。,141,4)硝酸钠(Na2NO3)， 硝酸钠又称硝石，密度2.25，含Na2O 36.5。硝酸钠是无色或浅黄色六角形的结晶。在湿

42、空气中能吸水潮解，溶解于水。熔点318，加热至350 ，则分解放出氧。继续加热，则生成的亚硝酸钠又分解放出氮和氧。 在熔制铅玻璃等需要氧化气氛的熔制条件时，必须用硝酸钠引入一部分Na2O。此外硝酸钠比纯碱的气体含量高，有时为了调节配合料的气体率，也常用硝酸钠来代替一部份纯碱。,142,硝酸钠既是引入Na2O的原料，也是澄清剂、脱色剂和氧化剂。硝酸钠一般纯度较高。 对它的质量要求：NaNO3大于98 Fe2O3小于 0.0l NaCl 小于 l。 硝酸钠应储存在干燥的仓库或密闭箱中。,143,（3）引入氧化钾的原料 K2O是网络外体氧化物。 钾玻璃的粘度比钠玻璃的大，能降低玻璃的析晶倾向，增加玻

43、璃的透明度和光泽等。 K2O常引入高级器皿玻璃、晶质玻璃、光学玻璃和技术玻璃中。 由于钾玻璃有较低的表面张力，硬化速度慢，操作范围较长，在压制有花纹的玻璃制品中，也常引入K2O。,144,引入K2O的原料主要为钾碱（碳酸钠）、硝酸钾。 1）钾碱K2CO3。玻璃工业中用烧结碳酸钾。注意：、碳酸钾在空气中极易潮解而溶于水，必须保存在密闭的容器中。、碳酸钾使用前必须测定水分。、碳酸钾在熔制时，K2O的挥发损失可达本身重量的，配料计算时一定要根据实际生产出的玻璃成分添加进去。,145,对碳酸钾的要求：KCO3大于，NaO小于.2%，KClK2SO4小于.5%，水不溶物小于0.3，水分小于。 2）硝酸钾

44、KNO3，又称钾硝石或火硝 硝酸钾在湿空气中不潮解 硝酸钾除了往玻璃中引入K2O外，也是氧化剂、澄清剂和脱色剂 对硝酸钾的要求：大于，KCl小于，FeO小于0.01。,146,(4)镁质原料 镁质原料是生产镁质耐火材料、镁质胶凝材料的主要原料，陶瓷和玻璃工业常用它作熔剂原料，水泥工业生产不用此类原料！(一般情况） 1)镁质原料的种类与性质。工业生产中所使用的主要是天然矿石。常用的天然镁质原料有菱镁矿、白云石、滑石等。,147,2)镁质原料的应用与技术要求。菱镁矿是制造电子工业用镁质瓷的原料，其他类型陶瓷坯料中较少采用它。但用它代替部分长石，可以降低坯料的烧结温度，并减少液相量。在釉料中加入Mg

45、O，可提高釉层的弹性及热稳定性。,148,注意： 、白云石能吸水，应储存在干燥处。 、菱镁矿含FeO较高，玻璃生产中首选白云石做作为引入MgO的原料，在白云石引入MgO不够时才使用菱镁矿。,149,(5)引入氧化钡的原料 1)氧化钡BaO，BaO是由硫酸钡和碳酸钡来引入的。 2)氧化钡的作用。 BaO也是二价的网络外体氧化物。它能增加玻璃的折射率、密度、光泽和化学稳定性。少量的BaO（0.5）能加速玻璃的熔化，含量过多时由于产生2BaOOBaO2，使澄清困难。 在硅酸盐水泥生产中，BaO可以稳定C2S。,150,(6)引入氧化锌的原料 1)氧化锌ZnO 引入ZnO的原料为锌氧粉和菱锌矿。 2)

46、氧化锌的作用。ZnO是中间体氧化物，在一般情况下，以锌氧八面体ZnO6作为网络外体氧化物，当玻璃中的游离氧足够时，可以形成锌氧四面体ZnO4而进入玻璃的结构网络，使玻璃的结构更趋稳定。,151,ZnO能降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性和折射率。在氟乳浊玻璃中，ZnO能增加乳白度和光泽。在硒镉着色的玻璃中，ZnO能阻止硒的大量挥发，并有利于显色。 在铅玻璃中加入的ZnO可以消除其主要缺陷条纹。,152,(7)引入氧化铅的原料1)氧化铅PbO，引人PbO的主要原料为铅丹和密陀僧。2)氧化铅的作用。 PbO是中间体氧化物，在一般情况下为网络外体，当PbO含量高时，铅离子(Pb2)

47、容易极化变形，或降低其配位数而居于玻璃的结构网中。PbO能增加玻璃的比重，提高玻璃的折射率，使玻璃具有特殊的光泽，良好的电性能。铅玻璃的高温黏度小，熔制温度低，易于澄清。铅玻璃的硬度小，便于研磨抛光（刻花）。,153,特别注意： 铅丹和密陀僧都是有毒的，使用时一定要注意安全！ 在熔制铅玻璃时，必须在氧化气氛中进行，否则PbO容易还原变为金属铅，使玻璃发黑或变灰，或沉积在坩埚底，易使坩埚穿孔 配合料中必须加入硝酸盐原料作为氧化剂 铅玻璃对耐火材料腐蚀比较严重，需要高质量的耐火材料 铅玻璃化学稳定性较差，但吸收辐射线的能力很大,154,1)引人氧化铍的主要原料有： 氧化铍，不溶于水的白色粉末。 碳

48、酸铍BeCO3，不溶于水的白色粉末 绿柱石3BeOA12O36SiO2是绿色结晶的天然矿物,155,铍化合物均有毒性，使用时应当注意。 氧化铍是中间体氧化物。在游离氧足够时，能以铍氧四面体BeO，参加结构网络。BeO4带有电荷，彼此不能直接连接。：BeO能显著地降低玻璃的热膨胀系数，提高热稳定性及化学稳定性，增加x射线和紫外线的透过率，并能提高折射率和硬度。BeO用于制造照明技术玻璃，x射线管透射窗，透紫外线玻璃等。,156,2)引入氧化锶的原料有： 碳酸锶SrCO3，白色结晶，含SrO 702。天然的菱锶矿，主要成分是SrCO3。 天青石SrS04，浅蓝色斜方形结晶或无定形的纤维状，含SrO

49、 564。 氧化锶SrO，分子量10363，是网络外体氧化物，对玻璃的作用介于CaO和BaO之间。 SrO能吸收软x射线，用于制造电视显象管的面板。,157,3)引入氧化镉的原料有： 氧化镉CdO褐色粉末。 氢氧化镉Cd(OH)2，白色粉末，加热即分解为CdO与H20。 氧化镉CdO，是中间体氧化物。CdO能增加玻璃中La203、Th02的含量，提高玻璃的折射率，并使玻璃易熔，主要用于生产高折射低色散的光学玻璃。 注意：镉化合物有毒性。,158,(9)铁质原料 一般铁质原料可分为两类：一类是天然铁矿石；另一类是化工产品及其副产品，如氧化铁、硫铁矿渣、铜矿渣、铅矿渣等。 在陶瓷工业生产中所使用的

50、是氧化铁，用做配制釉料。,159,在水泥工业生产中，由于所使用的黏土原料中的氧化铁含量不足，因此，绝大部分水泥厂需要使用铁质校正原料。此时铁质原料中的氧化铁含量应大于40。氧化铁在水泥熟料煅烧中作用主要是满足熟料矿物组成的要求，同时降低烧成温度和液相黏度，促进熟料煅烧。,160,(10)铝质原料 铝质原料主要用于生产高铝水泥、铝酸钙水泥、磷铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、制造高铝陶瓷及高铝质耐火材料。常用的铝质原料主要有铝矾土、工业氧化铝、氢氧化铝以及硅线石族矿物。 1) 铝矾土的主要成分是Al203，常含有Fe203、Si02、Ti02以及碳酸盐等杂质。,161,高铝矾土按其成因可分为沉积和风化两