粘土是一種重要的礦物原料

1、粘土是一種重要的礦物原料。由多種水合硅酸鹽和一定量的氧化鋁、堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物組成，并含有石英、長石、云母及硫酸鹽、硫化物、碳酸鹽等雜質(zhì)。粘土礦物的顆粒細小，常在膠體尺寸范圍內(nèi)，呈晶體或非晶體，大多數(shù)是片狀，少數(shù)為管狀、棒狀。粘土礦物用水濕潤后具有可塑性，在較小壓力下可以變形并能長久保持原狀，而且比表面積大，顆粒上帶有負電性，因此有很好的物理吸附性和表面化學(xué)活性，具有與其他陽離子交換的能力。 工業(yè)用粘土礦有高嶺土、膨潤土（主要組成為蒙脫石）、活性白土（組成不定）等。高嶺土最早由中國在江西高嶺村開采，用來制造陶瓷。膨潤土于1888年在美懷俄明州開始開采，活性白土于1906年在美國得克薩

2、斯州首次開采。 粘土礦廣泛分布于世界各地的巖石和土壤中。世界膨潤土礦資源為 1.3Gt以上，主要分布于美國和加拿大。高嶺土礦儲量約 1.6Gt，主要分布于中國、美國、蘇聯(lián)、墨西哥、西班牙等國。中國是高嶺土資源十分豐富的國家,礦質(zhì)優(yōu)良、成因類型齊全,主要產(chǎn)地有江蘇蘇州、湖北均縣、四川敘永縣等地?；钚园淄林饕a(chǎn)于美國和加拿大。 高嶺土的加工大多采用濕法。礦石經(jīng)破碎、洗礦、漿化、除砂、分級、精選、漂白、過濾，最后經(jīng)噴霧干燥得產(chǎn)品。膨潤土礦的加工僅需簡單的粉碎技術(shù)以及除去水分等揮發(fā)物，先將礦石粉碎、漿化，然后采用沸騰床干燥器干燥，再經(jīng)粉碎、篩分得產(chǎn)品?；钚园淄潦菍⑴驖櫷撩撍?，加入硫酸活化、分離、水洗、

3、過濾、干燥、粉碎后制得產(chǎn)品。 高嶺土主要用于制造陶瓷和耐火材料。造紙工業(yè)中使用大量高嶺土作造紙?zhí)盍虾屯繉?，以提高紙張強度并降低透明度，還用于制造無碳紙。膨潤土主要用作石油鉆井泥漿成分?；钚园淄劣糜趧又参镉?、工業(yè)用油、機械潤滑油、石腦油等的漂白。在金屬加工中大量的膨潤土用作金屬鑄造翻砂粘合劑。另外，高嶺石和多水高嶺石粘土礦還可用作生產(chǎn)汽油的催化劑。 粘土是配制鉆井液的重要原材料，它的主體礦物為粘土礦物，粘土礦物的結(jié)構(gòu)和基本特性是鉆井液的性能及其控制與調(diào)整密切相關(guān)。 粘土這種柔可繞指的泥土在我國遠古時期就被人們廣泛使用，至仰韶文化時代制陶工藝技術(shù)就已達到相當(dāng)成熟的水平。先民們利用粘土的塑性、焙燒性

4、得到具有實用效果的抗水性的石質(zhì)性器物陶瓷器，它對人類的古代文明與文化發(fā)展曾起到相當(dāng)大的作用。 粘土是一種含水鋁硅酸鹽產(chǎn)物，是由地殼中含長石類巖石經(jīng)過長期風(fēng)化和地質(zhì)的作用而生成的，在自然界中分成廣泛，種類繁多，藏量豐富，是一種寶貴的天然資源。 粘土具有顆粒細、可塑性強、結(jié)合性好，觸變性過度，收縮適宜，耐火度高等工藝性能，因而，粘土是成為瓷器的基礎(chǔ)。它主要有瓷土、陶土和耐火土粘土等三類，據(jù)礦物的結(jié)構(gòu)與組成的不同，陶瓷工業(yè)所用粘土中的主要粘土礦物有高嶺石類、蒙脫石類和伊利石（水云母）等三種，另外還有較少見的水鋁石。 粘土礦物的主體化學(xué)成分是硅鋁氧化物和水，其特征是與適量水結(jié)合可調(diào)成柔可繞指的軟泥，具

5、有可塑性，將塑性成形的泥團燒后會變成具有一定濕度的堅硬燒結(jié)體。正是由于這種特性使它與人類生活發(fā)生了聯(lián)系。從久遠的制瓷經(jīng)歷數(shù)萬年的發(fā)展直到今天，仍是制瓷胎的最基本的原料。 粘土在引進制瓷胎體過程中起了重要的作用：是粘土的可塑性使陶瓷坯泥賴以成形的基礎(chǔ)；是粘土使注漿泥料與釉料具有懸浮性與穩(wěn)定性；粘土一般呈細分散顆粒，同時具有結(jié)合性；粘土的出現(xiàn)使其成為陶瓷坯體燒結(jié)時的主體，形成瓷器中莫來石晶體的主要來源。根據(jù)粘土中的主要礦物類型，可以分為高嶺土族粘土、蒙脫石族粘土及伊利石族粘土。 根據(jù)生成情況，粘土可分為原生粘土（Primary clay）和次生粘土（Secondary clay），原生粘土是指長石

6、經(jīng)風(fēng)化后生成高嶺土及其他含水硅酸鹽礦物、石英等，未完全風(fēng)化的碎屑殘留原地，而可溶性鹽類則被溶解；次生粘土是由原生粘土在自然動力條件下轉(zhuǎn)移到其他地方再次結(jié)晶的粘土。 根據(jù)可塑性可將粘土分為軟質(zhì)粘土（強可塑性粘土）、半軟質(zhì)粘土（中可塑性粘土）和硬質(zhì)粘土（弱可塑性粘土），軟質(zhì)粘土多屬次生粘土，因其顆粒細、分散度大，故可塑性大；硬質(zhì)粘土多經(jīng)古界成巖作用，自由水不易進入而缺少浸散性，可塑性較差。 西方一些工業(yè)化國家通常把粘土歸結(jié)為6大類，分別是：高嶺土(Kaolin)，耐火粘土(Fire clay)、球粘土(Ball clay)、膨潤土(Bentonite)、漂白土(Fuller,s earth)和普通

7、粘土（Common）。其中膨潤土、漂白土和普通粘土主要由蒙脫石、伊利石和綠泥石等組成，耐火性能較差。綜合國內(nèi)外分類情況與習(xí)慣，將耐火材料用粘土分類：高嶺土、球粘土和耐火粘土。粘土的種類多，功能也各有不同： 1. 樹脂粘土 樹脂粘土有兩種，一種是面包花（面粉粘土）。面包花起源于拉丁美洲的一種說法，當(dāng)?shù)厝擞贸允５拿姘樾?，收集起來，烘干磨成粉，加入白膠漿，制成面粉粘土?？墒怯眠@種面粉粘土延伸性不夠，也不夠結(jié)實，造出的作品在風(fēng)干后，很容易碎裂，不能長久擺放。后來這種樸素的手藝傳至日本，日本人將它改良，加入防腐劑及其它化學(xué)品，制成現(xiàn)在的面粉粘土。這種面粉粘土本身是半透明色，性質(zhì)柔軟，可延展至很薄又不會

8、裂開，可自由的做出纖細作品，制作時只需加入油畫顏色，便可以隨個人喜好做出各種東西，用此粘土最適合是做花，能夠伸展至很薄，做出很輕巧自然的感覺，但做出來的作品，比較啞色，作品干后必須在表面薄薄的掃上油彩以增加它的美感及立體感。 還有一種樹脂粘土取出時非常干硬，還覺得碎，不過加入顏色后，越搓越柔軟，做出來的作品非常堅硬，適合做一些迷你器皿，如碗、碟、花盆。 2. 超輕粘土 超輕粘土分為膠質(zhì)輕粘土和紙質(zhì)輕粘土（紙粘土）。膠質(zhì)輕粘土做出來的作品是很光滑的，適合做雪糕，公仔等；而紙粘土是市面上應(yīng)用最廣，最宜被大眾所接受的一種粘土，這和它經(jīng)濟實惠的價格有關(guān)，其塑造的作品略顯粗糙，適合初學(xué)者使用。不過，目前

9、市面上可以購買到結(jié)合兩者優(yōu)點的粘土了，比如由上海海森蘭貿(mào)易有限公司開發(fā)的海森藍夢幻輕粘土，此種粘土很輕很軟，手感細膩，干燥后具有良好的柔韌性，表面質(zhì)感優(yōu)越，目前國內(nèi)越來越多的生產(chǎn)廠家致力研究粘土的改良，乃廣大粘土愛好者的福音！ 3. 磁粉器粘土 又叫作麻石粘土，顏色就像石頭，塑造時可沾水的，容易掌握，適合做獨一無二的迷你花盆，或是韓式石頭鍋飯的那個大碗，效果也相當(dāng)好！ 4. 油粘土 這種粘土一般是在作品完成后輔助使用的，比如說做粘土花盆景上盆時候，只需取出適量粘土放入盆中，將作品插上，目的使作品能穩(wěn)固。油粘土的特性是： 軟/硬油泥即使暴露于空氣中，都不會變硬的，一般情況下只需按自己的喜好選擇軟

10、油泥或硬油泥便可。天然粘土礦并不總是按以上分類而截然區(qū)分，有時一個粘土中可以包含多種粘土，而且在性能上也有相互疊加，例如許多硬質(zhì)粘土的礦物組成和化學(xué)成分與高嶺土非常接近；許多球粘土與軟質(zhì)耐火粘土由相同的物理性質(zhì)。不管粘土的種類如何，決定粘土性能的是它的性能。高嶺土、球粘土和耐火粘土的特征粘土種類高嶺土球粘土耐火粘土生成時代多為新生代新生代多為古生代高嶺石有序度 （覆蓋層厚度）多為無序 （薄或無）多為無序 （很?。┒酁橛行?（很厚）高嶺石晶形 （水流搬運）常自形、半自形 （未搬運）常不規(guī)則 （搬運很長）常不規(guī)則 （搬運較長）結(jié)晶粒度/m多為5±多小于2多為25可塑性較差很好較好（軟質(zhì)）

11、粘結(jié)性較差很好較好（軟質(zhì)）含伊利石/常545常545常小于5耐火度/可大于也可小于1580可大于也可小于1580大于1580燒結(jié)溫度范圍 （舉例/）窄 （15001570）寬 （13201550）稍寬 （13001390）鐵、鈦含量 （白度）常較少 （大于7080）常較多 （小于5080）常較多 （小于5070）有機質(zhì) （可塑性）不含常含少量 （能提高）常含少量 （不能提高）主要成因殘積沉積沉積第一階段粉煤在開始燃燒時，其中氣化溫度低的揮發(fā)分，首先自礦物質(zhì)與固體碳連接的縫隙間不斷逸出，使粉煤灰變成多孔型炭粒。此時的煤灰，顆粒狀態(tài)基本保持原煤粉的不規(guī)則碎屑狀，但因多孔型性，使其表面積更大。第二階

12、段伴隨著多孔性炭粒中的有機質(zhì)完全燃燒和溫度的升高，其中的礦物質(zhì)也將脫水、分解、氧化變成無機氧化物，此時的煤灰顆粒變成多孔玻璃體，盡管其形態(tài)大體上仍維持與多孔炭粒相同，但比表面積明顯地小于多孔炭粒。第三階段隨著燃燒的進行，多孔玻璃體逐漸融收縮而形成顆粒，其孔隙率不斷降低，圓度不斷提高，粒徑不斷變小，最終由多孔玻璃轉(zhuǎn)變?yōu)橐幻芏容^高、粒徑較小的密實球體，顆粒比表面積下降為最小。不同粒度和密度的灰粒具有顯著的化學(xué)和礦物學(xué)方面的特征差別，小顆粒一般比大顆粒更具玻璃性和化學(xué)活性。 最后形成的粉煤灰(其中80%90%為飛灰，10%20%為爐底灰)是外觀相似，顆粒教細而不均勻的復(fù)雜多變的多相物質(zhì)。飛灰是進入煙

13、道氣灰塵中最細的部分，爐底灰是分離出來的比較粗的顆粒，或是爐渣。這些東西有足夠的重量，燃燒帶跑到爐子的底部。粉煤灰的化學(xué)組成我國火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、 MgO 、K2O、 Na2O、SO3、MnO2等，此外還有P2O5等。其中氧化硅、氧化鈦來自黏土，巖頁；氧化鐵主要來自黃鐵礦；氧化鎂和氧化鈣來自與其相應(yīng)的碳酸鹽和硫酸鹽。 粉煤灰的元素組成(質(zhì)量分數(shù))為：O 47.83%，Si 11.48%31.14%，Al 6.40%22.91%，F(xiàn)e 1.90%18.51%， Ca 0.30%25.10%，K 0.22%3.10%，Mg

14、0.05%1.92%，Ti 0.40%1.80%，S 0.03%4.75%，Na 0.05%1.40%，P 0.00%0.90%，Cl 0.00%0.12%，其他0.50%29.12%。粉煤灰的活性主要來自活性SiO2(玻璃體SiO2)和活性A12O3 (玻璃體A12O3 )在一定堿性條件下的水化作用。因此，粉煤灰中活性SiO2、活性A12O3和f-CaO(游離氧化鈣)都是活性的的有利成分，硫在粉煤灰中一部分以可溶性石膏(CaSO4)的形式存在，它對粉煤灰早期強度的發(fā)揮有一定作用，因此粉煤灰中的硫?qū)Ψ勖夯一钚砸彩怯欣M成。粉煤灰中的鈣含量在3%左右，它對膠凝體的形成是有利的。國外把CaO含量超

15、過10%的粉煤灰稱為C類灰，而低與10%的粉煤灰稱為F類灰。C類灰其本身具有一定的水硬性，可作水泥混合材，F(xiàn)類灰常作混凝土摻和料，它比C類灰使用時的水化熱要低。 粉煤灰中少量的MgO、Na2O、K2O等生成較多玻璃體，在水化反應(yīng)中會促進堿硅反應(yīng)。但MgO含量過高時，對安定性帶來不利影響。 粉煤灰中的未燃炭粒疏松多孔，是一種惰性物質(zhì)不僅對粉煤灰的活性有害，而且對粉煤灰的壓實也不利。過量的Fe2O3對粉煤灰的活性也不利。 粉煤灰的礦物組成 由于煤粉各顆粒間的化學(xué)成分并不完全一致，因此燃燒過程中形成的粉煤灰在排出的冷卻過程中，形成了不同的物相。比如：氧化硅及氧化鋁含量較高的玻璃珠在鐵礦，另外，粉煤灰

16、中晶體礦物的含量與粉煤灰冷卻速度有關(guān)。一般來說，冷卻速度較快時，玻璃體含量較多：反之，玻璃體容易析晶?？梢?，從物相上講，粉煤灰是晶體礦物和非晶體礦物的混合物。其礦物組成的波動范圍較大。一般晶體礦物為石英、莫來石、磁鐵礦、氧化鎂、生石灰及無水石膏等，非晶體礦物為玻璃體、無定形碳和次生褐鐵礦，其中玻璃體含量占50%以上。粉煤灰的結(jié)構(gòu)是在煤粉燃燒和排出過程中形成的，比較復(fù)雜。在顯微鏡下觀察，粉煤灰是晶體、玻璃體及少量未燃炭組成的一個復(fù)合結(jié)構(gòu)的混合體。混合體中這三者的比例隨著煤燃燒所選用的技術(shù)及操作手法不同而不同。其中結(jié)晶體包括石英、莫來石、磁鐵礦等；玻璃體包括光滑的球體形玻璃體粒子、形狀不規(guī)則孔隙少

17、的小顆粒、疏松多孔且形狀不規(guī)則的玻璃體球等；未燃炭多呈疏松多孔形式。粉煤灰的物理性質(zhì)包括密度、堆積密度、細度、比表面積、需水量等，這些性質(zhì)是化學(xué)成分及礦物組成的宏觀反映。由于粉煤灰的組成波動范圍很大，這就決定了其物理性質(zhì)的差異也很大。 粉煤灰的基本物理性質(zhì)見表。 粉煤灰的基本物理特性 項 目 范 圍 均 值 密度/（g/cm3） 1.92.9 2.1 堆積密度/（g/cm3） 0.5311.261 0.780 比表面積（cm2/g） 氮吸附法 80019500 3400 透氣法 11806530 3300 原灰標(biāo)準稠度/% 27.366.7 48.0 需水量/% 89130 106 28d抗壓

18、強度比/% 3785 66 粉煤灰的物理性質(zhì)中，細度和粒度是比較重要的項目。它直接影響著粉煤灰的其他性質(zhì)，粉煤灰越細，細粉占的比重越大，其活性也越大。粉煤灰的細度影響早期水化反應(yīng)，而化學(xué)成分影響后期的反應(yīng)。粉煤灰是一種人工火山灰質(zhì)混合材料，它本身略有或沒有水硬膠凝性能，但當(dāng)以粉狀及水存在時，能在常溫，特別是在水熱處理(蒸汽養(yǎng)護)條件下，與氫氧化鈣或其他堿土金屬氫氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有水硬膠凝性能的化合物，成為一種增加強度和耐久性的材料。粉煤灰是以顆粒形態(tài)存在的，且這些顆粒的礦物組成、粒徑大小、形態(tài)各不相同。人們通常將其形狀分為珠狀顆粒和渣狀顆粒兩大類。根據(jù)北京科技大學(xué)宋存義等用掃描式電子

19、顯微鏡的觀察表明，粉煤灰由多種粒子構(gòu)成，其中珠狀顆粒包括空心玻珠(漂珠)、厚壁及實心微珠(沉珠)、鐵珠(磁珠)、炭粒、不規(guī)則玻璃體和多孔玻璃體等五大品種。其中不規(guī)則玻璃體是粉煤灰中較多的顆粒之一，大多是由似球和非球形的各種渾圓度不同的粘連體顆粒組成。有的粘連體斷開后，其外觀和性質(zhì)與各種玻璃球形體相同，其化學(xué)成分則略有不同。多孔玻璃體形似蜂窩，具有較大的表面積，易黏附其他碎屑，密度較小，熔點比其他微珠偏低，其顏色由乳白至灰色不等。在掃描式電子顯微鏡下可以比較容易地觀察到不規(guī)則玻璃體的存在。渣狀顆粒包括海綿狀玻璃渣粒、炭粒、鈍角顆粒、碎屑和粘聚顆粒等五大品種。正是由于這些顆粒各自組成上的變化，組合

20、上的比例不同，才直接影響到粉煤灰質(zhì)量的優(yōu)劣。在混凝土中摻加粉煤灰節(jié)約了大量的水泥和細骨料；減少了用水量；改善了混凝土拌和物的和易性；增強混凝土的可泵性；減少了混凝土的徐變；減少水化熱、熱能膨脹性；提高混凝土抗?jié)B能力；增加混凝土地修飾性。 國標(biāo)一級：采用優(yōu)質(zhì)粉煤灰和高效減水劑復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)高標(biāo)號混凝土的現(xiàn)代混凝土新技術(shù)正在全國迅速發(fā)展。 國標(biāo)二級：優(yōu)質(zhì)粉煤灰特別適用于配制泵送混凝土、大體積混凝土、抗?jié)B結(jié)構(gòu)混凝土、抗硫酸鹽混凝土和抗軟水侵蝕混凝土及地下、水下工程混凝土、壓漿混凝土和碾壓混凝土。 國標(biāo)三級：粉煤灰混凝土具有和易性好、可泵性強、終飾性改善、抗沖擊能力提高、抗凍性增強等優(yōu)點。 粉煤灰是煤粉

21、經(jīng)高溫燃燒后形成的一種似火山灰質(zhì)混合材料。它是燃燒煤的發(fā)電廠將煤磨成100微米以下的煤粉，用預(yù)熱空氣噴入爐膛成懸浮狀態(tài)燃燒，產(chǎn)生混雜有大量不燃物的高溫?zé)煔?，?jīng)集塵裝置捕集就得到了粉煤灰。粉煤灰的化學(xué)組成與粘土質(zhì)相似，主要成分為二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵、氧化鈣和未燃盡碳。目前，粉煤灰主要用來生產(chǎn)粉煤灰水泥、粉煤灰磚、粉煤灰硅酸鹽砌塊、粉煤灰加氣混凝土及其他建筑材料，還可用作農(nóng)業(yè)肥料和土壤改良劑，回收工業(yè)原料和作環(huán)境材料。粉煤灰在水泥工業(yè)和混凝土工程中的應(yīng)用：粉煤灰代替粘土原料生產(chǎn)水泥，由硅酸鹽水泥熟料和粉煤灰加入適量石膏磨細制成的水硬膠凝材料，水泥工業(yè)采用粉煤灰配料可利用其中的未燃盡炭；

22、粉煤灰作水泥混合材；粉煤灰生產(chǎn)低溫合成水泥，生產(chǎn)原理是將配合料先蒸汽養(yǎng)護生成水化物，然后經(jīng)脫水和低溫固相反應(yīng)形成水泥礦物；粉煤灰制作無熟料水泥，包括石灰粉煤灰水泥和純粉煤灰水泥，石灰粉煤灰水泥是將干燥的粉煤灰摻入10%30%的生石灰或消石灰和少量石膏混合粉磨，或分別磨細后再混合均勻制成的水硬性膠凝材料；粉煤灰作砂漿或混凝土的摻和料，在混凝土中摻加粉煤灰代替部分水泥或細骨料，不僅能降低成本，而且能提高混凝土的和易性、提高不透水、氣性、抗硫酸鹽性能和耐化學(xué)侵蝕性能、降低水化熱、改善混凝土的耐高溫性能、減輕顆粒分離和析水現(xiàn)象、減少混凝土的收縮和開裂以及抑制雜散電流對混凝土中鋼筋的腐蝕。粉煤灰在建筑制品中的應(yīng)用：蒸制粉煤灰磚，以電廠粉煤灰和生石灰或其他堿性激發(fā)劑為主要原料，也可摻入適量的石膏，并加入一定量的煤渣或水淬礦渣等骨料，經(jīng)過加工、攪拌、消化、輪碾、壓制成型、常壓或高壓蒸汽養(yǎng)護后而形成的一種墻體材料；燒結(jié)粉煤灰磚，以粉煤灰、粘土及其他工業(yè)廢料為原料，經(jīng)原料加工、攪拌、成型