无机非金属工艺学2-原料及预处理.ppt

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1、无机非金属材料工艺原理第一章原料及其预处理§1.1钙质原料1.1.1钙质原料的种类及性质钙质原料方解石石灰石泥灰岩白垩钙质工业废渣方解石的组成与性质主要成分：CaCO3理论组成：CaO56%，CO244％。杂质：有Mg、Fe、Mn(8％以下)等碳酸盐。属三方晶系，晶体呈菱面体，有时呈粒状或板状。一般为乳白色或无色。杂质污染时可呈陪灰、黄、红、褐色等。玻璃光泽，性脆，硬度为3，比重2.6。分解温度900℃以上。石灰石的组成与性质化学成分：主要为CaO、CO2。主要矿物:方解石，含白云石、硅质、含铁矿物和粘土质杂质，是一种具有微晶或潜晶结构的致密岩石。石灰

2、石一般呈块状，无解理，常包含生物遗骸，结构致密，性脆，普氏硬度8～10。有白色条痕．密度2.6～2.8g／cm3；耐压强度随结构和孔隙率而异，在30～170MPa之间，一般为80～140MPa。分解温度一般为800℃。泥灰岩的组成与性质泥灰岩是由碳酸钙和粘土物质同时沉积所形成的均勾混合的沉积岩，是一种由石灰岩向黏土过渡的岩石。泥灰岩中CaO大于45％。硬度低于石灰岩，耐压强度通常小于100MPa。白垩的组成与性质白垩由海生生物外壳与贝壳堆积而成，主要是由隐晶或无定形细粒疏松的碳酸钙所组成的石灰岩。色白、发亮的为最纯，CaCO3可达90％以上。白垩易于粉

3、磨和易烧性均较好。1.1.2钙质原料的组成与作用钙质原料化学组成：CaO、CO2；少量的SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO等杂质。天然钙质原料的主要矿物：方解石、少量的白云石、硅质(石英或燧石)、含铁矿物R2O、SO3和黏土质杂质。钙质原料的主要作用是提供制成无机非金属材料所需的CaO。硅酸盐水泥生产：提供生成熟料矿物所需的CaO。陶瓷：使用的钙质材料一般为方解石。主要作用：助熔，缩短烧成时间，增加瓷器的透明度，使坯釉结合牢固。玻璃：CaO通过方解石、石灰石、白垩、沉淀碳酸钙等原料引入。CaO在高温时，能降低玻璃的粘度，促进玻璃的熔化和澄清；但当

4、温度降低时，粘度增加得很快，使成形困难。含CaO高的玻璃成形后退火要快，否则易于爆裂。稳定剂，即增加玻璃的化学稳定性和机械强度，但含量不宜过高，否则会使玻璃的结晶倾向增大，而且易使玻璃发脆。在玻璃主要作用§1.3石英类原料石英原料的种类和性质石英的组成石英在加热过程中的晶型转变石英原料的作用1.3.1石英原料的种类石英是硅酸盐工业一种主要的不可缺少的基本原料。普通结晶状的二氧化硅矿石通称石英。水晶脉石英石英岩(硅石)砂岩石英砂硅砂水晶：最纯的石英晶体称为水晶。不作硅酸盐原料使用。脉石英：SiO2含量高（SiO2>99%），杂质少。石英岩(硅石)：石英岩

5、含有一定量的杂质，SiO2含量为97%左右。砂岩：是由粘土或其它物质胶结细粒二氧化硅晶体的水成岩石称为砂岩。SiO2含量<95%。石英砂：石英砂又称硅砂，质地纯净的硅砂为白色，一般硅砂因含有铁的氧化物和有机质，故多呈淡黄色、浅灰色或红褐色。硅砂：是理想的玻璃工业原料。1.3.2石英的组成石英化学成分为SiO2，少量杂质成分，如A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、TiO2等。这些夹杂矿物主要有碳酸盐(白云石、方解石、菱镁矿等)、长石、金红石、板铁矿、云母、铁的氧化物等。此外，尚有一些微设的液态和气态包裹物。1.3.3石英在加热过程中的晶型转变石英是由

6、[SiO4]4-互相以顶点连接而成的三维空间架状结构。以共价键连接，空隙很小其他离子不易侵入网穴中，致使晶体纯净，硬度与强度高，熔融温度也高。二氧化硅有许多结晶型态和一个玻璃态。按照[SiO4]4-的连接方式，石英有三种存在状态：870℃以下：石英1713℃以下：方石英1470℃以下：鳞石英超过1713℃变为熔融态石英最常见的晶态是：α-石英、β-石英；α-鳞石英、β-鳞石英、γ-鳞石英；α-方石英、β-方石英。α-石英α-鳞石英α-方石英熔体β-石英β-鳞石英β-方石英γ-鳞石英870℃16.0%1470℃4.7%1713℃0.1%573℃0.82%

7、163℃0.2%180℃~270℃2.8%117℃0.2%石英晶型和体积变化情况掌握石英的晶型转化规律对于指导生产具有重要的实际意义。1.3.4石英原料的作用在硅酸盐水泥生产中的作用在陶瓷的产品烧成过程中的作用在玻璃生产中的作用3、在玻璃生产中石英砂、砂岩、石英岩和石英是引入SiO2的原料。在日用玻璃中的用量较多，约占配合料重量的60～70％以上。二氧化硅是重要的玻璃形成氧化物，以硅氧四面体[SiO4]的结构组元形成不规则的连续网络，成为玻璃的骨架。单纯的SiO2可以在1800℃以上的高温下，熔制成石英玻璃(SiO2的熔点为1713℃)。在钠—钙—硅酸

8、盐玻璃中SiO2能降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、软化温度、耐热性、硬度