黏土化學分析方法

主要起草單位：中國建材檢驗認證集團股份有限公司、中國科學院蘭州化學物理研究所、陜西煤田地質(zhì)化驗測試有限公司、咸陽非金屬礦研究設(shè)計院有限公司、中國建筑材料科學研究總院有限公司、浙江豐虹新材料股份有限公司、山西金宇科林科技有限公司、浙江南方水泥有限公司、中國葛洲壩集團水泥有限公司、廈門欣意盛新材料科技有限公司、江蘇天瑞儀器股份有限公司、山西中條山新型建材有限公司、賽默飛世爾科技（中國）有限公司、淮陰師范學院、佛山市順德區(qū)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督標準與編碼所、廣東塔牌集團股份有限公司、陜西富平生態(tài)水泥有限公司、長興南方水泥有限公司、新疆天山建筑材料檢測有限公司、瑞洲建設(shè)集團有限公司、中國建材檢驗認證集團咸陽有限公司。

主要起草人：馬振珠、盧娟娟、王愛勤、戴平、張格、王雅蘭、王瑞海、楊莉榮、羅一、石珍明、顧快、崔健、劉濤、任靜怡、胡啟明、鹿曉泉、黃沖、張建忠、呂勇、童孟、王琦、葉秋杉、劉亞民、關(guān)瑞、段兆輝、侯彩紅、周守勇、王芳、丘增海、龐龍、周俊牛、張桂英、張文斌、朱萌、麻玉俠。 2100433B

2021年10月11日，《黏土化學分析方法》發(fā)布。

2022年5月1日，《黏土化學分析方法》實施。

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：

黏土壤土可塑性

黏土與適量的水混合后形成泥團，在外力的作用下，泥團發(fā)生變形但不開裂，外力散去后，仍能保持原有形狀不變，黏土的這種性質(zhì)稱為可塑性。

黏土壤土結(jié)合性

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

黏土壤土觸變性

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，靜止后逐漸恢復(fù)原狀。此外，泥漿放置一段時間后，在保持原水分不變的條件下也會出現(xiàn)變稠和固化的現(xiàn)象。黏土的這種性質(zhì)稱為觸變性。

黏土壤土收縮

黏土泥料在一定溫度下干燥時，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，稱為干燥收縮。干燥后的黏土泥料經(jīng)過高溫煅燒時，由于發(fā)生諸如脫水作用、分解作用、莫來石的生成、石英的晶型轉(zhuǎn)化、易熔雜質(zhì)的轉(zhuǎn)化以及各類熔融物填充質(zhì)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(jīng)過干燥和煅燒后的尺寸總變化稱為總收縮。

黏土壤土燒結(jié)

黏土是由多種礦物混合而成的，沒有固定的熔點，而是在一定的溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。

當黏土在加熱煅燒的過程中，到達一定溫度（800℃~900℃）后，繼續(xù)升高溫度時，黏土中低共熔物質(zhì)開始熔化，液相出現(xiàn)并逐漸增加，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(yīng)體積開始急劇變化時的溫度稱為開始燒結(jié)溫度。

當溫度繼續(xù)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，黏土完全燒結(jié)，此時對應(yīng)的溫度稱為燒結(jié)溫度。

（一）礦物組成

為便于研究黏土的礦物組成，根據(jù)其性質(zhì)和數(shù)量可分成兩大類，即黏土礦物和雜質(zhì)礦物。

黏土礦物的種類和性質(zhì)已如前所述，主要為高嶺石類、蒙脫石類和伊利石類，以及較少見的水鋁英石等。

除此之外，在黏土形成過程中，常由于巖石風化未完全，或由于其它因素而混入一些非黏土礦物和有機物質(zhì)，這些物質(zhì)我們統(tǒng)稱為雜質(zhì)礦物。雜質(zhì)礦物通常以細小晶粒極其集合體分散于黏土中，常會影響甚至決定黏土的工藝性能。

雜質(zhì)礦物的類別及其影響：

1）石英和母巖殘渣。這些雜質(zhì)一般以較粗顆粒混在黏土中，對黏土的可塑性和干燥后強度產(chǎn)生很大影響。工廠多采用淘洗法除去粗顆粒雜質(zhì)。

2）碳酸鹽及硫酸鹽類。細顆粒的碳酸鹽分布在黏土中對其影響不大，碳酸鹽在高溫下可分解出CaO、MgO，起熔劑作用，能降低陶瓷的燒成溫度。較多的硫酸鹽在氧化氣氛中容易引起坯泡。

3）鐵和鈦的化合物。這類雜質(zhì)礦物能使坯體呈色，降低黏土的耐火度，也會嚴重影響制品的介電性能、化學穩(wěn)定性等。

4）有機雜質(zhì)。黏土中存在少量的有機雜質(zhì)，可以增加黏土的可塑性和泥漿的流動性，但有機物質(zhì)過多時也可能會造成瓷器表面起泡與針孔。

（二）化學組成

由于黏土中的主要黏土礦物都是含水的鋁硅酸鹽。此外，還有少量的堿金屬氧化物以及堿土金屬氧化物等。

一般黏土原料的化學分析如包括以上九個項目，即已滿足生產(chǎn)上的參考需要。

（三）顆粒組成

是指黏土中含有不同大小顆粒的質(zhì)量分數(shù)。

為什么黏土中的細顆粒愈多愈好？由于細顆粒的比表面積大，其表面能也大，因此黏土中的細顆粒愈多時，則其可塑性愈強，干燥收縮大，干后強度高，在燒成時也易于燒結(jié)，燒后的氣孔率也小，有利于成品的力學強度、白度和半透明度的提高。

此外，黏土的顆粒形狀和結(jié)晶程度也會影響其工藝性質(zhì)。片狀結(jié)構(gòu)比桿狀結(jié)構(gòu)的顆粒堆積致密，塑性大、強度高；結(jié)晶程度差的顆粒可塑性也大。

測定黏土原料顆粒大小的方法很多，有用顯微鏡、水簸法、渾濁計法、吸附法等。最簡單和最普通的方法是篩分析（0.06mm以上）與沉降法（1~50um）。

（一）黏土的成因

黏土是由富含長石等鋁硅酸鹽礦物的巖石經(jīng)過風化作用或熱液蝕變作用而形成的。這類經(jīng)風化或蝕變作用而生成黏土的巖石統(tǒng)稱為黏土的母巖。

母巖經(jīng)風化作用而形成的黏土產(chǎn)于地表或不太深的風化殼以下；母巖經(jīng)熱液蝕變作用而形成的黏土常產(chǎn)于地殼較深處。

風化作用類型有：1）機械的（物理的）；2）化學的；3）生物的。

熱液蝕變型：高溫巖漿冷凝結(jié)晶后，殘余巖漿中含有大量的揮發(fā)分及水，溫度進一步降低時，水分則以液態(tài)存在，但其中溶有大量其它化合物。當這種熱液（水）作用于母巖時，會形成黏土礦床，這就稱為熱液蝕變型黏土礦，如衡陽界牌土。

（二）黏土的分類

1、按成因分類

1）原生黏土：又稱一次黏土，殘留黏土，是母巖風化崩解在原地殘留下來的黏土。特點：顆粒較粗，可塑性較差，耐火度高。

2）次生黏土：又稱二次黏土，沉積黏土，是由風化形成的黏土，經(jīng)雨水河流的沖刷及有時外加風力的作用，遷移至盆地或其他地勢較低處沉積下來，而形成黏土層。特點：顆粒較細，可塑性較好，耐火度差 。

2、按可塑性分類

1）高可塑性黏土：軟質(zhì)黏土。其分散度大，多呈疏松狀。如粘性土、膨潤土、木節(jié)土等。

2）低可塑性黏土：硬質(zhì)黏土。其分散度小，多呈致密塊狀。如葉蠟石、焦寶石、瓷石等。

3、按耐火度分類

1）耐火黏土：一般耐火黏土的耐火度在1580℃ 以上，較純，含雜質(zhì)較少。

2）難熔黏土：其耐火度在1350~1580℃ ，含易熔雜質(zhì)在10~15%。

3）易熔黏土：其耐火度在1380℃ 以下，含有大量的雜質(zhì)。

4、按化學組成分類

1）富鋁黏土 ；2）貧鋁黏土。

（三）黏土的主要礦物類型

黏土礦物主要為高嶺石類（包括高嶺石、多水高嶺石等）、蒙脫石類（包括蒙脫石、葉蠟石等）和伊利石類（也稱水云母）等等。

1、高嶺石類

因首先在江西景德鎮(zhèn)東部的高嶺村山頭發(fā)現(xiàn)，故國際上都把這種制瓷黏土稱為高嶺(Kaolin)土，其主要礦物成分是高嶺石(Kaolinite)和多水高嶺石。

屬于高嶺石類的黏土礦物還有地(迪)開石(Dickite)、珍珠陶土(Nacrite)和多水高嶺石(埃洛石Hallysite，又稱敘永石，為我國四川敘永縣以盛產(chǎn)這種礦物為主的黏土而得名)等。

2、蒙脫石類

概述：蒙脫石（Montmorillonite）也是一種常見的黏土礦物，以蒙脫石為主要組成礦物的黏土稱為膨潤土（bentonite），一般呈白色、灰白色、粉紅色或淡黃色，被雜質(zhì)污染時呈現(xiàn)其它顏色，其晶粒呈不規(guī)則細粒狀或鱗片狀。

特性：1）吸濕膨脹性：吸水后體積可膨脹20-30倍；2）離子交換性：在水中呈懸浮和凝膠狀，具有良好的陽離子交換特性。

3、伊利石類

伊利石是白云母經(jīng)強烈的化學風化作用而轉(zhuǎn)變?yōu)槊擅撌蚋邘X石過程中的中間產(chǎn)物。

組成成分與白云母相似。

4、水鋁英石

是一種非晶質(zhì)的含水硅酸鋁，它的結(jié)構(gòu)可能是由硅氧四面體和金屬離子配位八面體任意排列而成，沒有任何對稱性。

它與其它黏土礦物的區(qū)別是它能在鹽酸中溶解。而其它結(jié)晶質(zhì)的黏土礦物不溶解于鹽酸，但溶解于硫酸。

它在自然界中并不常見，往往少量地包含在其它黏土中。