结合粘土主要为高岭土矿石组成,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土矿石多的粘土,可塑性好。高岭土矿石的结晶指数高、有序度高的粘土可塑性差,结合力低。χ光衍射分析鉴定,高岭土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。而结晶好的高岭土矿石粘土可塑性差,结合也差,干燥强度很低。但是结晶差的高岭土矿石往往矿物颗粒细,体积收缩较大,烧成孔隙率较高,高温时气压强烈增加。高岭土矿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土矿石的键合力不饱和,矿物间的键合力较大。结晶好的高岭土矿石则相反,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。很纯的高岭土矿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,高岭土矿石被磨的越细可塑性越高,结合性也好。 |