【正文】 無機材料工藝原理 原料 無機材料制備原理－原料概述 無機非金屬材料的原料種類繁多、來源豐富，既有天然的巖石、礦物，也有人工合成的高純、超細、改性原料，甚至還有工業(yè)固體廢棄物。 無機材料工藝原理－－ 原料 本章主要內容 天然原料 人工原料 工業(yè)廢渣 原料的評價、選擇 原料的預處理 原料評價示例 天然原料－－概述 無機非金屬材料的原料來源十分豐富 。 我們所見到的 ， 幾乎都可作為生產無機非金屬材料的原料 。 天然原料－－概述 0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%O 、S i 、A lF e 、C a 、N a 、K 、M g其它元素從元素含量看：地殼中 O、 Si、 Al、 Fe、Ca、 Na、 K、 Mg這 8種元素占 ％ ，其中 O、 Si、 Al即占了％ ， 其它元素僅占 ％ 。 天然原料－－概述 而 O、 Si、 Al、 Fe、 Ca、 Na、 K、 Mg等元素 ， 也正是無機非金屬材料的主要成分 。 這就是無機非金屬材料原料來源豐富的根本原因 。 問題： 既然無機非金屬材料的原料十分豐富 ， 是否就是取之不盡 ？ 可以無限制地開采 ？ 天然原料－－概述 實際情況： 仍然存在著好礦 、 富礦與貧礦的區(qū)別 。 仍然存在著選礦 、 仍然存在著尾礦 、仍然有著環(huán)境問題 。 景德鎮(zhèn) ， 采高嶺土 ， 留下了石英及其它廢石 …… 我們要愛惜資源 ， 保護好環(huán)境 。 天然原料－－概述 從構成來看 ， 地殼的巖石 ， 都可作為無機非金屬材料的原料： 而地殼中巖石按成因可分為： 巖漿巖 ：約占地殼巖石總量的 95%， 沉積巖 ：沉積巖的出露面積則占整個巖石出露面積的 70%。 變質巖 。 天然原料－－概述 三大類巖石相互關系 天然原料－－概述 巖漿巖的化學成分主要為 SiO2 、Al2O K2O、 Na2O、 FeO、 Fe2O CaO、MgO、 TiO H2O， 其含量占 99%。 －－無機非金屬材料的主要成分 。 天然原料－－概述 組成巖漿巖的礦物有鐵鎂礦物 （ 如橄欖石 、 輝石 、 角閃石 、 黑云母等 ） 和硅鋁礦物 （ 如石英 、 長石 、 似長石 、 白云母等 ） 兩個系列 。 天然原料－－概述 組成沉積巖的礦物有 20多種，最重要的有石英、長石、云母、粘土類、碳酸鹽類、硫酸鹽類、鹵素化合物類以及含水的氧化鐵、氧化錳、氧化鋁等。泥質巖、砂巖、碳酸鹽巖是分布最廣的沉積巖，約占全部沉積巖的 99%。 天然原料－－概述 在變質巖中 ， 正變質巖往往都含有幾種主要的造巖氧化物 ， 且含量范圍比較集中；負變質巖 ， 有時某些造巖氧化物特別集中 ，如 SiO CaO、 Al20 Fe203等 。 變質巖中常見的礦物有十字石 、 藍晶石 、矽線石 、 紅柱石 、 陽起石 、 透閃石 、 滑石 、葉蠟石 、 硅灰石 、 堇青石 、 蛇紋石 、 絹云母 、剛玉 、 鈉長石等 。 天然原料－－概述 巖漿巖常具有大面積分布的特點 ， 巖石成分 、 結構 、 構造一般變化較?。怀练e巖具成層分布特點 ， 一般巖石成分和結構 、構造沿走向較為穩(wěn)定 ， 而在垂直走向方向上往往變化較大 。 正變質巖的分布特點與巖漿巖相似 ， 副變質巖則與沉積巖相似 。接觸變質巖具環(huán)帶分布特點 ， 沿半徑方向逐漸變化 。 天然原料－－概述 想一想： 無機非金屬材料的原料主要來源于上述哪些類型的巖石 ？ 在化學成分與礦物成分上各有何特點 ？ 天然原料－－概述 耐火材料－－巖漿巖 ， 次為沉積巖和變質巖 水泥原料－－沉積巖為主 化工原料－－沉積巖為主 玻璃原料－－石英巖類為主 鑄石原料－－中基性巖漿巖為主； 建材原料－－幾乎遍及了所有的巖石類型 。 天然原料－－概述 想一想： 普通陶瓷的原料，你認為應來源于哪種類型的巖石？ 天然原料－－總論 粘土類原料 石英類（硅質）原料 長石類原料 鈣質類原料 鋁質原料 其它類原料 天然原料－－粘土類原料 凡粒徑多數小于 2μ， 主要由粘土礦物組成的土狀巖石均稱為粘土 ， 為細而分散的含多種含水鋁硅酸鹽礦物的混合體 ， 其主要化學組成為 SiO Al2O3和結晶水 。 粘土礦物是由 SiO4四面體組成的 (Si2O5)n層和由鋁氧八面體組成的 AlO(OH)2層相互以頂角聯接起來的層狀結構 。 天然原料－－粘土類原料 我國粘土礦產資源豐富 ， 開采歷史悠久 ， 但正規(guī)開采的大型礦山少 ， 礦產的深加工少 ， 距標準化原料仍然有很大的距離 。 天然原料－－粘土類原料 現有 200多個高嶺土礦點 ， 總儲量約為32500萬噸 ， 其中儲量在 2022萬噸以上的有3處 。 目前幾個主要礦山年產高嶺土原礦僅30萬噸左右 ， 加上地方開采的礦山 ， 估計總量也不會超過 50萬噸 。 而國際高嶺土產量約為 1700萬噸 。 今后隨著陶瓷工業(yè) 、 造紙工業(yè)與其他工業(yè)的發(fā)展 ， 對高嶺土的需求量將越來越大 ，迅速發(fā)展我國以高嶺土為主的粘土工業(yè) ， 已是當務之急 。 天然原料－－粘土類原料 天然原料－－粘土類原料 原生粘土 按成因分類 次生粘土 高塑性粘土 按可塑性分類 低塑性粘土 耐火粘土 難熔粘土 按耐火度分類 易熔粘土 高嶺石粘土 蒙脫石粘土 伊利石粘土 按主要礦物類型分類 水鋁英石粘土 粘土分類方法 我國高嶺土礦床成因分類 1) 風化殘余型 產在中酸性巖石 ， 特別是酸性侵入巖 ，如白云母花崗巖 、 花崗偉晶巖 、 細晶巖 、石英斑巖的風化殼中 。 其中的鋁硅酸鹽礦物在酸性環(huán)境 (PH＜ 6)中 ， 通過 H2O和 CO2的 “ 加水 、 脫堿 、 去硅 ” 作用 ， 逐漸高嶺土化 ， 其反應過程可用下式表示： (K、 Na)2OAl2O36SiO2＋ mH2O＋ CO2 → Al 2O32SiO22H2O十 K2CO3＋ 4SiO2nH2O 1) 風化殘余型 成礦條件 ： 濕熱氣候條件：充沛的雨量和繁茂的植物 ， 形成弱酸性的地球化學環(huán)境 ， 促使成礦原巖發(fā)生強烈的化學分解 。 微緩地形條件：廣闊的受水面積和舒緩的水力流泄環(huán)境 ， 既可使堿及堿土金屬鹽基隨時帶出 ， 而又很少剝蝕 ， 從而促使成礦作用長期進行 。 原巖結構構造和成分：粗粒 、 結構疏松的花崗巖 、 偉晶巖風化后形成 7197。多水高嶺石為主 ， 而細粒致密的石英斑巖 ， 風化后形成結晶差高嶺石 ， 并常有伊利石伴生 。 風化殘余型－－成礦條件 原巖種類 形成粘土的主要成分 用途 黑云母花崗巖 高嶺土 ， 鐵質多 ， 有綠泥石 、 蛭石 大多不用 白云母花崗巖 高嶺土 ， 白云母 、 絹云母 大多可用 花崗閃長巖 高嶺土及蒙脫石 ， 鐵質多 ，含綠泥石 、 黑云母等 大多可用 閃長巖 高嶺土及蒙脫石 ， 鐵質多 ，含綠泥石 、 黑云母等 大多能用 不同巖石風化的產物情況 (1) 玄武巖 高嶺土及蒙脫石 ，鐵質較多，含綠泥石、黑云母等 大多能用 超基性巖 高嶺土及蒙脫石 ，鐵質較多，綠泥石、黑云母等 大多能用 長英巖 高嶺土及蒙脫石 ，雜質較少 大多能用 偉晶巖 高嶺土 ，雜質較少 大多能用 碳酸鹽巖 鈣質粘土 ，鎂質粘土 少數能 風化殘余型－－成礦條件 不同巖石風化的產物情況 (2) 1) 風化殘余型－－礦體特征 礦床礦體的底部界限并不規(guī)則 ， 多呈斗篷狀 、 漏斗狀 、 脈狀 、 透鏡狀 ， 厚度變化很大 ， 從數厘米到數十米 ， 向深處逐漸過渡為不安全風化帶 、 半風化帶 、 直至母巖 ， 其礦化面積可以從數百到數十萬平方米 ， 并受基巖分布及構造裂隙等因素的控制 。 問題： “ 蛙目粘土 ” 是什么含義 ？ 1) 風化殘余型－－礦體特征 蛙目粘土的含義： 此類高嶺土常雜有母巖中的穩(wěn)定礦物 ，如石英 、 云母等 。 如由石英斑巖 、 花崗斑巖風化形成的高嶺土 ， ?；祀s有粗粒的石英 ， 看上去象青蛙的眼睛 ， 所以日本文獻中稱之為 “ 蛙目粘土 ” ， 這種礦石經水力淘洗后 ， 可獲得純凈的高嶺土 。 1) 風化殘余型 礦體的分帶現象： ① 完全風化帶：表部 ， 已完全風化成高嶺土 ，在近地表處由于鐵質的污染 ， 常常染成雜色高嶺土 ， 向下過渡為白色高嶺土 。 ② 不完全風化帶：中部 ， 由于風化作用不完全 ，常常含有長石 、 云母等殘余礦物 ， 以多水高嶺石為主 ， 含少量結晶差的高嶺石 。 ③ 半風化帶：位于風化殼的下部 ， 由于風化作甩弱 ， 常保留較多原巖中的礦物 ， 并以結晶差高嶺石為主 。 ④ 原巖：半風化帶往下即漸變?yōu)樵瓗r 。 1) 風化殘余型－－示例 2) 風化淋濾型－－成礦條件 高嶺土多呈巖溶充填物出現 ， 其成礦條件是： 成礦原巖 ， 多是含黃鐵礦的鋁硅酸鹽巖或粘土巖 ， 可提供大量的 H2SO SiO2和 Al2O3。 底板為石灰?guī)r或大理巖等容易被酸性水溶解的巖石－產生溶洞 ， 既為地下水流動的通道 ，也提供了形成淋濾礦床的有利空間 。 濕熱的氣候 ， 地形起伏平緩 ， 有利于提供大量的地下水以及成礦物質的堆積 。 2) 風化淋濾型－－成礦條件 礦體產狀有 “ 界面型 ” 和 “ 巖溶型 ” 兩種 ， 前者呈似層狀 、 扁豆狀 ， 產于成礦原巖與面型溶蝕的灰?guī)r之間 。 后者呈囊狀 、 雞窩狀產于灰?guī)r的開口溶洞中 ， 單個礦體往往規(guī)模較小 ， 但由于經常成群分布 ， 亦能聚集成礦 。 2) 風化淋濾型－－成礦條件 礦體分為殘積帶與淋積帶，特征如下： 殘積帶： ① 鐵帽和雜色高嶺土帶，厚度不大。 淋積帶： ② 白色致密塊狀高嶺土帶； ③ 黑、白相間的條紋狀高嶺土帶； ④ 劣質高嶺土帶，通常很??； ⑤ 石灰?guī)r或大理巖、白云巖。 2) 風化淋濾型－－成礦條件 3) 熱液蝕變型 由泥質巖及各種中酸性火成巖經熱液蝕變形成 ， 也可是溫泉或火山的噴氣作用使圍巖發(fā)生蝕變形成 。 代表性礦床有英國南部康沃耳高嶺土礦 ， 來自地殼深部的熱氣沿裂隙噴出時 、 促使二迭紀花崗巖中的長石發(fā)生化學分解而形成的 ， 其化學反應式如下： 2KAlSi3O8＋ 3H2O—— Al2Si2O5(OH)4＋ 4SiO2＋ 2KOH 3) 熱液蝕變型 礦床常分布在斷裂帶附近 。 成礦母巖種類繁多 ， 有凝灰?guī)r ， 石英斑巖 、 安山玢巖 、 正長斑巖 、 砂頁巖等 ， 相應地礦石的自然類型也很多 ， 有角礫狀 ，致密狀 、 殘斑狀 、 條紋狀等 。 礦體以脈狀 、 囊狀為最常見 ， 往往有伴生有葉蠟石化 、 硅化 、 絹云母化等蝕變 ，具有沿裂隙向兩側呈帶狀分布的特征 。 3) 熱液蝕變型 4) 含硫溫泉水蝕變型 如我國西藏羊八井的高嶺土礦 ， 系含硫溫泉水沿著第四紀的砂礫巖的孔隙滲透并產生交代作用 ， 使由鋁硅酸鹽礦物組成的砂礫蝕變?yōu)樗X英石 、 高嶺石和多水高嶺石 ， 同時析出大量硫磺 。 5) 與煤系地層有關的沉積型 我國近年來發(fā)現的與煤相伴的大型高嶺土礦 ， 主要分布在山西 、 內蒙 、 安徽等省 。前兩年 ， 由此還帶來了高嶺土開發(fā)的熱潮－－全國生產 “ 雙 90”高嶺土 。 湖南也有類似的資源 ， 但沒有做深入的資源評價工作 。 5) 與煤系地層有關的沉積型 成礦物質來源有二： 一是母巖風化分解時游離出來的 SiO2膠體 (帶負電荷 )與 A12O3膠體 (帶正電荷 )，被搬運到沉積盆地中相互聚沉 ， 凝聚形成高嶺土礦床 ， 其反應式是： Al2O3?nH2＋ ＋ 2SiO2nH2O－ ＝ H2Al2Si2O8H2O 高嶺石凝膠 5) 與煤系地層有關的沉積型 另一則已形成的高嶺土被流水沖刷搬運到沉積盆地中 ， 以機械沉積方式成礦 ， 有河流的 、 湖泊的 、 海洋的 幾種類型 。 常與砂頁巖或少量石灰?guī)r共生 。 我國北方沉積型高嶺土產于石炭－二送紀煤系地層中 ， 著名產地有河北唐山 、 山