黏土

黏土

黏土,是一種重要的礦物原料。是顆粒非常小的(<2µm)可塑的矽酸鋁鹽。除了鋁外,黏土還包含少量鎂、鐵、鈉、鉀和鈣,一般由矽酸鹽礦物在地球表面風化後形成。黏土是一種重要的礦物原料,廣泛分布于世界各地的岩石和土壤中,可用于製造陶瓷製品,耐火材料,建築材料等。
  • 中文名稱
     黏土
  •  拼音
    nián tǔ
  • 註音
    ㄋㄧㄢˊ ㄊㄨˇ

​基本簡介

粘土粘土

黏土,常被誤寫為粘土,是顆粒非常小的(<2µm)可塑的矽酸鋁鹽。除了鋁外,黏土還包含少量、鐵、鈉、鉀和鈣。黏土一般由矽酸鹽礦物在地球表面風化後形成。但是有些成岩作用也會產生黏土。在這些過程中黏土的出現可以作為成岩作用進展的指示。

工業用黏土礦有高嶺土膨潤土(主要組成為蒙脫石)、活性白土(組成不定)等。高嶺土最早由中國在江西高嶺村開採,用來製造陶瓷。膨潤土于1888年在美懷俄明州開始開採,活性白土于1906年在美國得克薩斯州首次開採。

在中國,它又別名為“觀音土”

組成介紹

黏土是一種重要的礦物原料。由多種水合矽酸鹽和一定量的氧化鋁、鹼金屬氧化物和鹼土金屬氧化物組成,並含有石英長石雲母及硫酸鹽、硫化物碳酸鹽等雜質。

黏土礦物的顆粒細小,常在膠體尺寸範圍內,呈晶體或非晶體,大多數是片狀,少數為管狀、棒狀。

黏土礦物用水濕潤後具有可塑性,在較小壓力下可以變形並能長久保持原狀,而且比表面積大,顆粒上帶有負電性,因此有很好的物理吸附性和表面化學活性,具有與其他陽離子交換的能力。

工藝性能

黏土的化學組成、礦物組成和顆粒組成決定著黏土的工藝性能:

可塑性

黏土黏土

黏土與適量的水混合後形成泥團,在外力的作用下,泥團發生變形但不開裂,外力散去後,仍能保持原有形狀不變,黏土的這種性質稱為可塑性。

結合性

黏土的結合性是指黏土結合非塑性原料而形成良好的可塑泥團並且有一定的幹燥強度的能力。黏土的結合性對于半成口的幹燥、修坯和上釉存在著重要的影響。黏土垢結合性由其結合瘠性料的結合力的大小所決定的,而結合力的大小又和黏土礦物的種類、結構等因素相關。一般來講,可塑性強的黏土,其結合力也大。

觸變性

黏土泥漿或可塑泥團受到振動或攪拌時,黏度會降低,而其流動性則會增加,靜止後逐漸恢復原狀。此外,泥漿放置一段時間後,在保持原水分不變的條件下也會出現變稠和固化的現象。黏土的這種性質稱為觸變性。

收縮

黏土泥料在一定溫度下幹燥時,由于顆粒間水分的排出,顆粒之間相互靠攏以及顆粒間距縮短而引起的體積收縮,稱為幹燥收縮。幹燥後的黏土泥料經過高溫煅燒時,由于發生諸如脫水作用、分解作用、莫來石的生成、石英的晶型轉化、易熔雜質的轉化以及各類熔融物填充質點間空隙等一系列物理化學變化,使得黏土泥料進一步收縮,稱為燒成收縮。成型黏土樣品經過幹燥和煅燒後的尺寸總變化稱為總收縮。

燒結

黏土是由多種礦物混合而成的,沒有固定的熔點,而是在一定的溫度範圍內逐漸軟化。

當黏土在加熱煅燒的過程中,到達一定溫度(800℃~900℃)後,繼續升高溫度時,黏土中低共熔物質開始熔化,液相出現並逐漸增加,填充在固體顆粒之間,由于液相表面張力的作用,使得未熔顆粒進一步靠攏,引起體積急劇的收縮,氣孔率下降,密度提高,這種對應體積開始急劇變化時的溫度稱為開始燒結溫度。

當溫度繼續升高時,收縮將不斷增大至最大值,氣孔率降至最小值,密度達到最大值,黏圭完全燒結,此時對應的溫度稱為燒結溫度。

分布情況

愛沙尼亞的第四紀黏土愛沙尼亞的第四紀黏土

黏土礦廣泛分布于世界各地的岩石和土壤中。世界膨潤土礦資源為 1.3Gt以上,主要分布于美國和加拿大。高嶺土礦儲量約 1.6Gt,主要分布于中國、美國、蘇聯、墨西哥西班牙等國。中國是高嶺土資源十分豐富的國家,礦質優良、成因類型齊全,主要產地有江蘇蘇州、湖北均縣、四川敘永縣等地。活性白土主要產于美國和加拿大。

分類情況

黏土黏土

黏土是一類層狀矽酸鹽,層片由矽氧四面體和鋁氧八面體組成。

按結構不同

按其結構分為以下四類:

•高嶺石族(TheKaoliniteGroup),1:1型。

•蒙脫石族(TheMontmorillonite/SmectiteGroup),2:1型。

•伊利石族(TheIllite(orTheClay-mica)Group),2:1型。

•綠泥石族(TheChloriteGroup),2:1:1型。

按性質用途

按性質和用途可分為陶瓷黏土、耐火黏土、磚瓦黏土和水泥黏土。硬質黏土常呈塊狀或板片狀,一般在水中不浸散,耐火度較高,為耐火製品的主要原料。耐火黏土中的硬質黏土用于製作高爐耐火材料,煉鐵爐、熱風爐、盛鋼桶的襯磚、塞頭磚。在陶瓷工業中,硬質黏土和半硬質黏土可以作為製造日用陶瓷、建築瓷和工業瓷的原材料。

相關案例

高液土

工程中判別高液限土的3個指標為:小于0.074mm的顆粒含量大于50%、限大于50%,塑性指數大于26的土。邊坡工程對具有膨脹性的高液限土設計思路基本是參考膨脹土進行的,除了具有遇水膨脹、失水收縮的特征外,更主要的特征是高液限土壓實性差,經過壓實後的土的壓縮性仍然較大,且有明顯的應變軟化。很多邊坡工程失去效用,都是由于不能認清楚高液限土的本質特征而引起的。

高液限土

高液限土通常含有大量的蒙脫石伊利石高嶺石等黏土成分。其中蒙脫石是由顆粒極細的含水鋁矽酸鹽構成的礦物,其晶格單元由兩層矽氧四面體層夾一層氧化鋁八面體層構成,層間聯接依靠範得華力,較弱,水分子容易進入晶胞之間,增大晶胞距離,脫水後,又產生相應的收縮,其液限變化範圍可達到140~710%,塑限範圍為50~100%;在晶格之間,由于同晶置換作用,使蒙脫石具有很強的吸附能力,大量的Na+、Ca2+填充進來,產生雙電層效應,導致粒間的膨脹。相似的,伊利石也具有2:1的三層晶體結構,但其吸附的陽離子主要為Na+、K+,晶格間連線力較強,水分子不容易進入,所以伊利石親水性、脹縮性不如蒙脫石,其液限變化範圍為80~120%,塑限為45~60%.伊利石屬于較不穩定的中間產物,性質介于蒙脫石和高嶺石之間,並隨著層間K+含量的逐漸減少,而接近于蒙脫石。高嶺石的結構單元是由一層鋁氫氧晶片和一層矽氧晶片組成的晶胞。晶胞之間的聯結是氧原子與氫氧基之間的氫鍵,聯結力較強,晶胞之間的距離不易改變,水分子不能進入,親水性及膨脹性較前兩種礦物成分。  高液限土的工程性質與其母岩成份、含水量密實度、外荷載大小及作用方式、其他物理化學作用等都有關系。根據大量工程實踐可知:高液限土透水性較差;幹硬時強度高,堅硬不易挖掘, 不易壓實;毛細現象明顯,吸水後能長時間保持水分,故吸水後承載力小、穩定性差;具有較大的可塑性、弱膨脹性和粘性

黏土礦物

高嶺石:Al2O3.2SiO2.2H2O

石脂:Al2[(OH)4|Si2O5]*nH2O

蒙脫石:(Al,Mg)2[(OH)2|Si4O10](Na,Ca)x*nH2O

蛭石:(Mg,Ca)0,31(H2O)n{Ti0,18Al0,03Fe(III)1,09Mg1,25[Si2,80Al1,20O10(OH)2]}

伊利石:K0,65Al2,0Al0,65Si 3,35O10(OH)2

水鋁英石:Al2O3.SiO2.2,5H2O

套用技術

粘土製品粘土製品

1、套用製瓦

2、製陶瓷,與石灰岩混合後製水泥

3、在工業、模型製造和藝術中做模型。藝術家使用黏土製做模型,但也適用黏土直接塑造藝術品

4、在飲水加工和其它化學工藝中作為離子交換器

5、高嶺石是瓷器的原料,還可以使紙的表面特別光滑和吸收墨水

6、陶粒在建築業中作為隔離層以及在無土栽培中使用

7、密封垃圾堆填區

8、在顏料工業和醫葯工業中作填補物

9、在催化器中使用

10、製成磚頭

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