技术 | 详解陶瓷原材料：石英、高岭土、长石

一、矿物原料和用途

陶瓷用主要矿物原料有粘土类、长石类、石英类原料及其它辅助原料。

（一）石英类原料

石英属瘠性原料，在陶瓷坯体的干燥及烧成过程中可减少其收缩，缩短干燥时间，石英熔融形成玻璃相物质，未熔石英构成坯体骨架，可减少产品变形，SiO₂在产品烧成过程中也是形成莫来石晶体的来源之一，但过量易引起产品开裂，并降低产品的热稳定性和机械强度。在陶瓷工业中应用的石英，要求铁质含量极少（0.5%），纯度较高，常用的脉石英（质量较好），石英岩、石英砂岩及石英砂等。

（二）长石类原料

在陶瓷坯、釉中作为熔剂物质，可降低陶瓷产品的烧成温度，促进莫石晶体的形成，长石熔融是釉层中玻璃相物质的主要来源之一，属于长石类原料有：

伟晶岩中的长石，伟晶花岗岩、钾长花岗岩，以钾长石、石英为主的细晶岩或斑岩、霞石正长岩、酸性玻璃熔岩、长石熔融是釉层中玻璃熔岩、长石砂等，对它们的质量要求与陶瓷用钾长石的要求相同，即：K₂O+Na₂O≥10%；K₂O∶Na₂O＞2；Fe₂O₃+TiO₂≤0.5%。此外钾长石可作玻璃原料及磨料，也是制钾肥的原料。

（三）粘土类原料

它是制造陶瓷的主要原料，除用于坯、釉外，还用作匣钵及窑的耐火砖。它们具有可塑性，具备成型性能，在坯体烧成过程中形成莫来石（3Al₂O₃ 2SiO₂），构成陶瓷制品的骨架，在釉浆中主要起悬浮作用，防止釉浆以生沉淀，改善釉浆性能。属于粘土类原料的有：

1、高岭土：高岭土是多种矿物组成的含水铝硅酸盐混合体，基本组分有高岭石组、多水高岭石及少量蒙脱石组及水云母组等粘土矿物，一般含Al₂O₃20—38%、SiO₂45—60%、H₂O11—15%。陶瓷工业配料中的高岭土所占比例一般为20—50%，有些制品多80%，部分电瓷则达100%。在造纸工业中，高岭土用作填料和涂料，它可以提高纸张的密度、白度和纸面的平滑度，降低透明度，保证更好地吸收印色；在橡胶工业中，高岭土用作填料，它是一种补强剂，能够提高橡胶的机械强度和耐酸性能，降低制品的成本，在耐火器材的重要原料。除此以外，高岭土还在染料、塑料、油漆、汽车、白水泥、搪瓷、农业、医药、肥皂、化妆品、纺织等部门以及国防、原子能等工业中有一定的应用。

2、瓷土及瓷石：矿物成分以伊利石和石英（部分高岭土、长石）及绢云母和石英、长石和石英为主要成分的制瓷原料。瓷土为软质原料，矿物成分以伊利石和石英为主，部分高岭石、长石，瓷石属硬质原料，有的仍保持原岩结构、构造，矿物成分以绢云母和石英、长石和石英为主。瓷土或瓷石，有的可单元配方成瓷。

瓷土、瓷石含一定量的钾、钠、在配方中可代替长石起熔剂作用。此外，尚有耐火粘土：主要用于制造陶瓷耐火材料，如匣钵、窑砖，部分用于制造有色日用陶瓷，如炻器；高铝粘土，主要用于制造陶瓷耐火材料，部分用于日用陶瓷，如炻器，起补充配方中铝含量不足的作用，木节土：富含有机质的高可塑性沉积型高岭土，主要作为日用陶瓷、建筑卫生陶瓷中的结合粘土，煤干石等。

（四）其它辅助原料

1、滑石：粘土质匣钵中加入少量滑石，可提高使用寿命，釉料中加入少量滑石，可改善釉层的弹性、热稳定性，加宽熔融范围等。

2、叶腊石：坯体中加入少量叶腊石，有助于提高产品的热稳定性，并有助于克服精陶、釉面砖的后期釉裂问题。用于陶瓷工业的叶腊石要求铁、钛等杂质含量少，一般应小于1%。

3、硅灰石：可广泛用于制造釉面砖等建筑卫生陶瓷、日用陶瓷和釉料。它的优点是干燥快、容易成型，呆降低烧绪结温度，大大减少烧成时间，且产品机械强度较高，但烧结温度范围较窄。

除此以外，在陶瓷工艺生产中，根据不同产品质量的要求，有时还须配以少量的白云岩、萤石、白垩、硅藻土、石膏、石灰岩等矿物作为熔剂或瓷釉配料。

二、工作利用对矿石的质量要求

（一）配料用的各类矿石

1、建筑卫陶瓷、日用陶瓷

2、无线电陶瓷

外观要求：

高岭土：Ⅰ级一白色，块状柔软具滑感，应有可见石英、石灰质、铁化合物及带斑点或花纹；

Ⅱ级一白色或允许轻微的均匀蓝灰色，不应有可见石英、石灰质及铁化合物

Ⅲ级一允许白色块状内有淡黄灰黑色夹层或均匀的浅灰色，不应有可见的石英、石灰质、铁化合物及较大的有机质。

长石：白、淡黄、肉红色，未经风化。

石英：白色，不允许含多量显著的红色铁质，铁杂质分布应集中，易于剔除。

3、电瓷（见下页465）

（二）供制一般陶瓷坯的高岭土

1、化学成分

Al₂O₃18—20%；SiO₂＜70%；Fe₂O₃+TiO₂＜0.7%；CaO+MgO+K₂O+Na₂O 3—7%，烧失量6—7%。

2、物理性能

可塑性指标为8左右。

对这类单元成瓷的高岭土，评价时需作制陶试验。

（三）辅助原料

1、白云岩（熔剂、釉料）

CaCO₃ + MgCO₃＞79%；Fe₂O₃＜0.3%，表面无铁锈。

2、萤石（熔剂）

CaF₂＞95—96%，SiO₂＜2.5—3.0%，Fe₂O₃＜0.12%，CaCO₃＜1.0%。

Pb、Zn、S及重晶石为有害杂质。通过100号筛孔的粒度占55%以上。

3、石灰岩、白垩粉（熔剂）

（1）镁铁含量相当多的类型：CaCO₃＞96%；MgCO₃＜1%；Fe₂O₃＜0.25%，SiO₂＜2%，SiO₃＜0.1%。

（2）镁铁含量相当多的类型：MgCO₃≤8%

4、硅藻土（用以增加成品强度）SiO₂＞85%，Fe₂O₃＜1%

5、滑石（提高电绝缘性及热稳定性）

滑石含量30—70%；CaO4—65%，CaO∶MgO＝1：4；Fe₂O₃＜0.5%（滑石瓷配料）。

要求耐火性能高，色白，具固定收缩性。

6、石膏（陶瓷模型）：

CaSO₄·2H₂O＞85%；洁白，杂色极少。

注：在陶瓷原料中，有害杂质对陶瓷质量的影响

①氧化铁：它会降低粘土的耐火度，并使烧成后的陶瓷显色（降低白度）或产生黑斑点，降低电瓷的电绝缘性。

②二氧化铁：降低耐火度，烧成后制品显灰色（在还原作用下）或浅黄色（在氧化作用下）。

③氧化钙和氧化镁：降低耐火度，降低烧结温度范围，过量则使制品发泡。

④碱金属氧化物：含量过多时会降低耐火度，使制品表面生成光滑的斑点而不能附着釉料，但含量也有好处，可降低烧结温度，促进坯体烧结、节省燃料。

⑤硫：烧结时产生气体，破坏陶瓷品的结构，使制品起泡并发灰色。

⑥二氧化硅：游离二氧化硅过多会降低坯料的可塑性，影响产品的热稳定性及机械强度，并使制品产生裂纹或开裂，适量可减少制品变形、收缩。

三、高岭土矿的一般工业要求

（一）矿石质量要求

1、不同的工业部门对高岭土矿石的质量要求不尽相同，陶瓷工业通常要求高岭土矿石熟料的白度高，Fe、Mn、Ti等着色、电导性元素含量低，焙烧时使制品易熔、起泡的杂质和其它机械混入物少，有一定的耐火度，烧成后不变形，造纸工业要求矿石生料白度高，造浆性能好，颗粒微细、均匀，如用于刮刀涂布原料的应属以粒径小于2微米的占80%以上鳞片状高岭石组成的高岭土，橡胶工业也要求粒度小，以产生高度的分散性和吸附性，并极少含Cu，Mn等易使橡胶过早硬化的杂质，Fe、SO₃的含量也必须很低，但对白度却无具体要求，耐火材料工业的基本要求是耐火＞1580℃白水泥工业区要求矿石中Fe₂O₃＜0.7%，而对SiO₂、Al₂O₃等则南朝鲜严格要等等。

为此，在评价高岭土矿石时，应综合考虑各工业部门的相同要求，以最低工业要求作为划分矿与非矿的标准，在此基础上划分出优质矿石，同时要考虑各种陶瓷对矿石质量要求。至于原矿的工业指标通过矿床技术经济评价和矿床具体情况合理确定，在找矿评价时可参考如下指标要求：

（1）按日用及建筑卫生瓷要求评价高岭土矿床的一般工业指标：

（2）按造纸涂料要求评价高岭土矿床一般工业指标

注：①目前缺少实例，本指标是综合国内外资料拟订的，有特实践检验和修订；

②砂质高岭土原矿经制瓷试验证明能直接利用时，可采用原矿指标，若需水洗选矿后方能被利用时，应采用精矿指标。砂质高岭矿还应做白度测定。

③凡采用原矿指标的矿床，均要求选取适量有代表样品作淘洗试验（过日子325目水筛）了解淘洗率和精矿化学分析（项目与原矿相同）。

④若能保证矿床开发后经济效益，陶洗率（即水洗通过325目筛的高岭土精矿产率）可酌情降低。

2、在实际工作中，常常有些中、小型高岭土矿床，其矿石质量要求与使用单位联系确定，如江西景德镇瓷用高岭土矿的原矿不经洗选不能利用，故其矿石质量要求系指淘洗后的质量要求。

又如浙江省有些中小型矿床,主要用于陶瓷工业，其普通分析不作化学分析,而代之以简易陶试验，试验项目为干燥收缩、熟料白度、烧成收缩、烧成孔隙率等四项，可供工作中参考。

（二）开采技术条件

单层矿床可采厚度：≥1米（露采≥0.7—2米）

某些粘土中的块状高岭土可放宽至上0.2米，

夹石剔除厚度：≥1米（露采≥1—2米）

露天开采的矿石，覆土剥离率（覆土厚度/矿床平均厚度）＜2—3，须淘洗的高岭土，淘洗率（淘洗后的“精矿”重/原矿重）＞13—15%。

四、矿床实例

（一）浙江温州瓷土矿高

该矿特点是：矿石含SiO₂高，含Al₂O₃低，与一般沉积—风化型矿床有很大差别，矿床须经漂洗除砂后才能作为陶瓷配水料，以下指标是对除砂后矿石的质量要求，并非原石质量要求。

1、化学成分与制陶试验烧成结果

2、开采技术条件

覆土剥离率：矿床厚度1米，木覆土厚度2—3米

漂洗（精矿）回收率＞35%

可采取厚度：1米，夹石剔除厚度：1米

（二）江苏苏州高岭土矿

注：①化学分析样品，基本分析项目为Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃，组合分析项目为TiO₂、K₂O、Na₂O、CaO、MgO、SO₃和灼碱；

②用选矿后产品作物理技术性能试验，试验项目为粒度、可塑性、粘结力、耐火度、烧结范围、白度、干燥收缩和烧成收缩等；

③不必按品级圈定矿体，但须以统计法计算出各品级矿石量。

（三）湖南溆黄茅园青界高岭土矿

该矿为斜长花岗岩风化残积型矿床，工业要求如下：

（四）湖南衡阳—衡山界牌坪田丘高岭土矿

该矿产于二云母岩内接触带，产品供制细瓷、电瓷用，工业要求如下：

最低可采厚度：1米

夹石剔除标准：0.5米

（五）安徽寿县孔家山钾长石矿

工业要求如下：

边界品位：K₂O 6%

工业品位：K₂O 9%

可采厚度：   2米

夹石剔除厚度：1米

五、综合评价

高岭土矿常共（伴）生有黄铁矿、明矾石、菱铁矿、叶腊石、钾长石、稀有元素、瓷石、石英岩、硬质粘土、铝土矿、膨润土、煤等，应注意综合评价。

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