物理化学性质及工艺性能 物理化学性质及工艺性能
由于累托石晶体结构中具有蒙脱石层和云母层，因此它既具有蒙脱石的物化性能，其热稳定性又优于蒙脱石。
衡量累托石粘土工艺性能的指标包括:吸蓝量、pH值、阳离子交换总量和分量、粒度和粒度分布、比表面积、电动电位、胶质价、造浆率、可塑性、耐火度、湿态和干态抗压强度等。
一、一般形态物性特征
累托石粒度极细，一般为2μm，平均粒径约0.82μm。纯净累托石为白色，比重变化大，随含水量不同而变化，无水累托石比重为2.8，含水多的可降到1.3;硬度低，具有滑感。累托石多为细鳞片状，也可见到板条状、纤维针状晶体。
二、胶体学性能
累托石的晶体结构中含有膨胀性的蒙脱石晶层，具有较大的亲水表面，在水溶液中显示出良好的亲水性、分散性和膨胀性。胶质价、可塑性指数和比表面是衡量累托石上述性能的重要技术指标，实测累托石粘土(含70%累托石)的胶质价一般在50～60mL/15g，膨胀容5.8cm3/g，塑限31.3%，液限68.2%，塑性指数为36～37。
累托石具有良好的胶体性能，在水中极易分散成颗粒极细的微粒，加之累托石粒子具有较高的电荷，因此，累托石具有极佳的造浆性能，其造浆率为12～27m3/t，而且失水量小，为7～15mL，动塑比0.6×102～1.5×102s－1，各项指标达到或超过了国际上公认的API13m3/t造浆用膨润土标准。
累托石粘土湿压强度大于0.5kg/cm2，干压强度大于5kg/cm2，是质量较好的铸造用黏结剂用粘土。
累托石具有优良的胶体化学特征，在电解质水溶液中，水化阳离子在带负电荷的累托石表面形成胶体双电层，静电引力使阳离子趋向累托石，离子的热运动又有逃逸的倾向，两种反向作用，使累托石黏粒周围阳离子的数量随着与黏粒表面距离增加而减少，并形成水化阳离子紧密内层和高度水化的扩散层。累托石的ξ电位最低点的pH值比其他粘土低，因此，只需加少量碱，就能形成分散良好的优质浆料。累托石矿物表面、累托石颗粒间及累托石晶层内，所含各种形式的水分，将明显改变它的物理化学性质。强结合水使累托石具有较高的黏滞性和塑性抗剪强度;弱结合水是高度水化阳离子扩散层内的渗透吸附水。
三、吸附性和离子交换性能
由于累托石晶体结构中的蒙脱石层具有层负电荷，显示电极性，使其能吸附各种无机离子、有机极性分子和气体分子，一般用吸蓝量衡量累托石吸附能力的大小。湖北钟祥累托石的吸蓝量为64～68mmol/100g，相当于蒙脱石吸蓝量的1/2～1/3。层间的水化阳离子可被其他阳离子交换，阳离子交换性能是累托石矿物具有的极其重要的特性，许多工业产品的制备，就是利用它这种特性。表19－3给出了我国部分产地累托石的阳离子交换容量。
表19－3 我国部分产地累托石的阳离子交换容量
四、耐高温性能
累托石粘土具有良好的抗高温性能，耐火度较高，是一种优质的耐火材料。累托石的耐火度达1660℃，在1000℃时结构分解，形成莫来石，莫来石是富铝的耐高温矿物相。
五、耐蚀性
碱蚀率(20%NaOH中煮沸2小时)为10.2%，酸蚀率(20%HCl中煮沸2小时)为8.7%。
物理化学性质及工艺性能~
一、物理性能
1.具有加热膨胀性
蛭石在850℃左右的温度下瞬间加热煅烧时，单位体积可膨胀15～20倍，最高可达40倍。膨胀蛭石容重为80～200kg/m3。这是因为蛭石在被急剧加热时层间水变成水蒸气，它四周的边缘要比解理面的中间部分先被加热，层间的水分从边缘上比从中间部分排除得更快，水分沿蛭石边缘封闭了层间空间在其中造成了很高的蒸汽压力，使双层分开，以致体积膨胀，形成膨胀蛭石。加热速度越快，膨胀程度就越高，所以蛭石的加热膨胀温度在850～1000℃，煅烧时间1分钟至几分钟，煅烧时间长，膨胀后的蛭石强度大大降低。
2.具良好的保温隔热性和吸音性
膨胀蛭石导热系数为0.04～0.06W/(m·K);当声音频率为100～4000Hz时，吸声系数a为0.06～0.60。当a=0.2时，就可作为吸音材料。
3.耐热性能
通常蛭石精矿在900℃左右全部膨胀，温度继续升高到1200℃无异变，1300℃时开始软化，1400℃以上则成熔体。耐热温度1000～1100℃;其最高使用温度一般为1000℃。如果与其他材料制成耐火混凝土，使用温度可提到1450～1500℃，纯膨胀蛭石的熔点为1370～1400℃。
4.密度
水化作用完全者平均密度为2.5t/m3;焙烧后密度为0.06～0.2t/m3。
5.其他性质
蛭石能经受多次冻融交替作用而不被破坏，且强度性能无明显下降。膨胀蛭石能在－30℃的低温下保持体积密度和强度不变，也不发生任何变形。
膨胀蛭石无异味、无毒、无副作用，不会腐烂变质，不受菌类侵蚀。
绝缘性差，绝缘性不如云母。
二、阳离子交换性和吸附性
1.阳离子交换性
蛭石的晶体结构特点，使其具有强的吸附性和离子交换能力。其阳离子交换容量与层间阳离子所带的正电荷数成正比。用Na+、Ca2+、Mg2+改性的蛭石，其阳离子交换容量为:钠型蛭石为92.85mmol/100g，钙型蛭石为71.09mmol/100g，镁型蛭石为59.32mmol/100g，这是由于离子交换能力随离子水化半径的减小而增强的缘故。
2.膨胀蛭石吸水性质
吸湿率:相对湿度95%～99%的潮湿环境下，24h的吸湿率为1.1%，但吸水率大，在水中浸泡后，其重量吸水率为265%，体积吸水率为40.6%。
1.白度和亮度
白度分为自然白度和煅烧白度:自然白度是指105℃烘干后的白度，有机质、Fe、Ti、Mn的氧化物是影响白度的主要因素。煅烧白度是指经1300℃煅烧后的白度，Fe、Ti、Mn的氧化物是影响白度的主要因素。白度用白度计测定，白度计是测量试样对457nm单色光反射率的装置，在白度计中，将测试样与MgO标准样的反射率进行对比，即白度值，白度90即相当于标准样反射率的90%。
亮度是与白度类似的工艺性质，相当于457nm波长光照射下的白度。
2.自然粒度
指天然高岭土在水中分散后，颗粒在给定的连续的不同粒级范围内各粒径所占的比例(以百分含量表示)。粒度分布特征对矿石可选性及工业应用(可塑性、黏结性、成型性)具有重要的意义。
3.可塑性
高岭土与水结合为泥料后，在外力作用下能够变形，外力除去后，仍能保持这种变形的性质，即为可塑性。通常用塑性指数和可塑性指标来表示可塑性大小。可塑性是高岭土在陶瓷坯体中成型工艺的基础，也是主要的工艺技术指标。塑性指数(Ip)是指高岭土泥料的液限含水率(液限)减去塑限含水率(塑限)，即Ip=(W液限－W塑限)。可塑性指标代表高岭土泥料的成型性能，用可塑仪直接测定泥球受压破碎时的荷重及变形大小可得，以kg·cm表示，往往可塑性指标越高，其成型性能越好。高岭土的可塑性可分为四级，见表7－1。
表7－1 高岭土可塑性等级
4.结合性
指高岭土与非塑性原料结合形成可塑性泥团，并且具有一定干燥强度的性能。加入标准石英砂(0.15～0.25mm粒级占70%，0.15～0.09mm粒级占30%)以其仍能保持可塑性泥团时的最高含砂量及干燥后的抗折强度来判断其结合性的高低。或加入的砂量越多，结合能力则越强。一般情况下，可塑性强的高岭土结合能力也强。
5.黏度
流体内部由于内摩擦力作用而阻碍其相对流动的一种特性，以黏度表示大小(作用于单位面积上的内摩擦力)，单位Pa·s(帕斯卡·秒)。黏度的测定，一般采用旋转黏度计。在生产工艺中，黏度具有重要意义，它不仅是陶瓷工业的重要参数，对造纸工业影响也很大。高岭土做纸张涂布料，在低速涂布时要求黏度约0.5Pa·s，高速涂布时要求小于1.5Pa·s。
6.分散性和悬浮性
分散性和悬浮性指高岭土分散于水中难于沉淀的性能，又称反絮凝性。一般粒度越细小，悬浮性就越好。用于搪瓷工业的高岭土要求有良好的悬浮性。一般据分散于水中的样品经一定时间的沉降速度来确定其悬浮性能的好坏。
7.触变性
触变性指已稠化成凝胶状不再流动的泥浆，受外力后变为流体，静止后又逐渐稠化成原状(凝胶状)的特性，用流出黏度计测定，用厚化系数表示。触变性与泥浆中矿物成分、粒度及阳离子类型有关。一般情况下，蒙脱石含量多的，颗粒细的，交换性阳离子以钠为主的，其黏度和厚化系数高。因此工艺上常用添加可塑性强的粘土，或提高细度等方法提高其黏性和触变性，用增加稀释电解质和水分等方法降低之。
8.吸附性及离子交换性
高岭土的吸附性能、离子交换性能比其他粘土弱，这是由于结构单元层内部已经达到完全的电性中和状态，能够吸附阳离子的位置，仅限于颗粒周际或裂隙中，因此，吸附量小，离子交换能力差，一般为3～5mmol/100g。而膨润土一般大于50mmol/100g。
9.干燥性能
指高岭土泥料在干燥过程中的性能，包括:干燥收缩、干燥强度和干燥灵敏度。
干燥收缩是指高岭土泥料在<110℃下干燥脱水至恒重后，在长度和体积上变化的百分率。高岭土干燥线收缩一般在3%～10%，与细度、含水量、可塑性等有关。粒度越细，比表面积越大，可塑性越好，干燥收缩越大。同一类型的高岭土，因掺和水的不同，其收缩也不同，掺和水多，收缩大。在陶瓷工艺中，干燥收缩过大，坯体容易发生变形或开裂。
干燥强度是指泥料干燥到恒重后的抗折强度。
干燥灵敏度是指泥料制成坯体在干燥时，可能产生变形和开裂倾向的难易程度，用干燥灵敏度系数K表示。K越大，干燥过程中易变形和开裂，易形成缺陷。K>2容易形成缺陷;K<1在干燥过程中比较安全。
10.烧结性
烧结性包括烧结温度和烧成收缩。
烧结温度是指成型的高岭土坯体，加热至接近其熔点(>1000℃)时，物质能自发地充填粒间空隙而形成致密坚硬的块体的性能。气孔率下降到最低值，密度达到最大值的状态，称为烧结状态，相应的温度称为烧结温度。继续加热时，试样中的液相不断增加，试样开始变形，此时温度即称转化温度。烧结温度与转化温度的间隔称烧结范围。烧结温度和烧结范围在陶瓷工业中是决定坯料配方、选择窑炉类型的重要参数。试料以烧结温度低、烧结范围宽(100～150℃)为宜，工艺上可以用掺配助熔原料及将不同类型的高岭土按比例掺配的方法控制烧结温度及烧结范围。
烧成收缩是指已干燥的高岭土坯料在烧成过程中，由于发生一系列物理化学变化，而导致制品收缩的性能。分为线收缩和体收缩两种。脱水、分解、物相变化、易熔物熔化生成玻璃相充填于质点间的空隙，从而引起坯体收缩或膨胀。同干燥收缩一样，烧成收缩太大，容易导致坯体开裂。另外，焙烧时，坯料中若混有大量的石英，它将发生晶型转化(三方→六方)，引起体积膨胀，也会产生反收缩。
11.耐火性
指高岭土抵抗高温不熔化的能力，用耐火度表示。可用标准锥测定。试样与某一标准锥同时弯倒的温度即为该试样的耐火度。也用经验公式计算:
耐火度t(℃)=［360+Al2O3－R2O］/0.228
式中:Al2O3———SiO2和Al2O3分析结果之和为100时，其中Al2O3所占的质量百分比;
R2O———SiO2和Al2O3分析结果之和为100时，其他氧化物所占的质量百分比。
通过此公式计算耐火度的误差在50℃以内。
耐火度与高岭土的化学组成有关，Al2O3含量高，耐火度高，RO含量高，耐火度低。纯的高岭土的耐火度一般在1700℃左右，当水云母、长石含量多，钾、钠、铁含量越高时，耐火度越低，高岭土的耐火度最低不小于1500℃。工业部门规定耐火材料的R2O含量小于1.5%～2%，Fe2O3小于3%。
12.可选性
指高岭土矿石经手选、机选及机械加工、化学处理，以除去有害杂质，使质量能达到工业要求的难易性。高岭土的可选性取决于有害杂质的矿物成分、赋存状态、颗粒大小等。石英、长石、云母、含Fe、Ti、Mn矿物均为有害杂质。高岭土选矿主要包括除砂、除铁、除硫等项目。
13.化学稳定性
高岭土耐酸不耐碱，可用作合成分子筛的原料。
14.电绝缘性
优质高岭土具有良好的电绝缘性，利用这一性质可用其制作高频瓷、无线电瓷。电绝缘性能的高低可以用它的抗电击穿能力来衡量。
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