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合成堇青石需要的3种主要原料

  1. 前言概述

  采用天然矿物高温固相反应合成堇青石的原料有很多种,其中广泛使用的天然矿物原料有滑石、粘土、高岭土、煤矸石、红柱石、蓝晶石和硅线石等,本节将重点介绍本文所用的主要原料。

  2. 滑石

  滑石化学组成为3MgO·4SiO2·H2O,晶体属三斜晶系层状结构的硅酸盐矿物。假六方片状单晶少见,一般为致密块状、叶片状、纤维状或放射状集合体。摩氏硬度为1,比重为2.6-2.8。有滑感,其绝热及绝缘性强。

  纯净的滑石矿很少,通常有其他矿物伴生,例如绿泥石、菱镁矿、透闪石、菱铁矿、白云石、石英、黄铁矿等。

  这些矿物改变了矿石的化学组成,使矿石带色。并在较小压力下可以变形,并能长久保持原状,同时比表面积大,颗粒上带有负电性,因此有很好的物理吸附性和表面化学活性,具有与其他阳离子交换的能力。

  3. 粘土

  粘土是由[SiO4]四面体和[AlO6]八面体结合形成的二维层状结构,层与层之间为弱的分子键,当有杂质取代Si(A1)和Al(Mg)时,其它的离子,如Ca,可填充在层间,以维持电荷的平衡,这样的结构给予粘土矿物如下一系列的特征:

  (a)层间距离的可膨胀性:粘土矿物的层与层之间以弱的分子键相结合,Na-O、K-O键的结合力也远小于Si-O或Al-O的键强,水分子可以进入层间,并使层间距离有可变性,这一特性同样可为渗入的其它分子或离子所利用。

  (b)层间离子可交换性:层间弱键合的离子可被其它离子所取代,粘土矿物层间可取代离子的数量称为离子交换容量,显然,离子交换容量愈大,粘土层间距离可调节的范围也愈广。

  (c)吸附性:粘土矿物的颗粒一般比较细小,层与层之间有一定的空隙,因此比表面积大,对其它物质有吸附性。

  (d)颗粒的纳米属性:粘土矿物片状单位构层的厚度约l-1.5μm,单层片的厚度也在l0nm左右,因此就有可能将它剥离分散成纳米级的薄片。

  工业用粘土矿有高岭土、膨润土(主要组成为蒙脱石)、活性白土等。高岭土最早是在江西高岭村开采的,用来制造陶瓷。膨润土于1888年在美怀俄明州开始开采,活性白土是于1906年在美国得克萨斯州进行首次开采。

  4. 蓝晶石

  蓝晶石是岛状结构硅酸盐矿物,成分为Al2O3·SiO2,属于三斜晶系,与红柱石、硅线石成同质多象。在结晶片岩和片麻岩中出现,其知名产地有瑞士、奥地利。蓝晶石、红柱石、硅线石为硅线石系的三个同质异相体,理论组成均为62.93wt.%Al2O3和37.07wt.%SiO2。

  “三石”的共同特点是:呈针状、柱状,在组织结构上有助于交织作用而使其强化,相变后生成A3S2,但仍保持原料形态;相变时体积变化较大.一般情况不利于耐急冷急热性,但可借助于它的膨胀应力来抵抗变形或收缩;相变前热膨胀系数为(4.5-5.5)×10-6/℃,对窑具的总体膨胀有一定的影响但无大害。

  蓝晶石特点是具有很高的耐火性和体积稳定性,对酸碱甚至氢氟酸具有惰性,抗化学腐蚀,不溶于酸,机械强度在重负荷下抗高温、抗温度急变和抗渣性良好,耐火度大于1810℃,体积膨胀率约为16.18%。根据有关文献报道,蓝晶石颗粒越大,体积膨胀也越大,反之则越小,同时随着Al2O3含量增高,其膨胀率也增高。


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