粘土是一種重要的礦物原料。由多種水合硅酸鹽和一定量的
氧化鋁、堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物組
成,并含有石英、長石、云母及硫酸鹽、硫化物、碳酸鹽等雜質。粘土礦物的顆粒細小,常在膠體尺寸范圍內,呈晶體或非晶體,大多數是片狀,少數為管狀、棒狀。粘土礦物用水濕潤后具有可塑性,在較小壓力下可以變形并能長久保持原狀,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。
工業用粘土礦有
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采,用來制造陶瓷。膨潤土于1888年在美懷俄明州開始開采,活性白土于1906年在美國得克薩斯州首次開采。
粘土礦廣泛分布于世界各地的巖石和土壤中。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。
高嶺土的加工大多采用濕法。礦石經破碎、洗礦、漿化、除砂、分級、精選、漂白、過濾,最后經
噴霧干燥得產品。膨潤土礦的加工僅需簡單的粉碎技術以及除去水分等揮發物,先將礦石粉碎、漿化,然后采用沸騰床干燥器干燥,再經粉碎、篩分得產品。活性白土是將膨潤土脫水,加入硫酸活化、分離、水洗、過濾、干燥、粉碎后制得產品。
高嶺土主要用于制造
陶瓷和
耐火材料。造紙工業中使用大量高嶺土作造紙填料和涂層,以提高紙張強度并降低透明度,還用于制造無碳紙。膨潤土主要用作石油鉆井泥漿成分。活性白土用于動植物油、工業用油、機械潤滑油、石腦油等的漂白。在金屬加工中大量的膨潤土用作金屬鑄造翻砂粘合劑。另外,高嶺石和多水高嶺石粘土礦還可用作生產汽油的催化劑。 粘土是配制
鉆井液的重要原材料,它的主體礦物為粘土礦物,粘土礦物的結構和基本特性是鉆井液的性能及其控制與調整密切相關。
粘土這種柔可繞指的泥土在我國遠古時期就被人們廣泛使用,至
仰韶文化時代制陶工藝技術就已達到相當成熟的水平。先民們利用粘土的塑性、焙燒性得到具有實用效果的抗水性的石質性器物——陶
瓷器,它對
人類的古代
文明與
文化發展曾起到相當大的作用。
粘土是一種含水鋁硅酸鹽產物,是由地殼中含長石類巖石經過長期風化和地質的作用而生成的,在自然界中分成廣泛,種類繁多,藏量豐富,是一種寶貴的天然資源。
粘土具有顆粒細、
可塑性強、結合性好,觸變性過度,收縮適宜,耐火度高等工藝性能,因而,粘土是成為瓷器的基礎。它主要有
瓷土、
陶土和
耐火土粘土等三類,據礦物的結構與組成的不同,陶瓷工業所用粘土中的主要
粘土礦物有高嶺石類、蒙脫石類和伊利石(
水云母)等三種,另外還有較少見的水鋁石。
粘土礦物的主體化學成分是硅鋁氧化物和水,其特征是與適量水結合可調成柔可繞指的軟泥,具有可塑性,將塑性成形的泥團燒后會變成具有一定濕度的堅硬燒結體。正是由于這種特性使它與人類生活發生了聯系。從久遠的制瓷經歷數萬年的發展直到今天,仍是制瓷胎的最基本的原料。
粘土在引進制瓷胎體過程中起了重要的作用:是粘土的可塑性使陶瓷坯泥賴以成形的基礎;是粘土使注漿泥料與釉料具有懸浮性與穩定性;粘土一般呈細分散顆粒,同時具有結合性;粘土的出現使其成為陶瓷坯體燒結時的主體,形成瓷器中
莫來石晶體的主要來源。
分類
根據
粘土中的主要礦物類型,可以分為
高嶺土族粘土、蒙脫石族粘土及伊利石族粘土。
根據
生成情況,粘土可分為
原生粘土(Primary clay)和次生粘土
(Secondary clay),原生粘土是指長石經風化后生成高嶺土及其他含水硅酸鹽礦物、石英等,未完全風化的碎屑殘留原地,而可溶性鹽類則被溶解;次生粘土是由原生粘土在自然動力條件下轉移到其他地方再次結晶的粘土。
根據
可塑性可將粘土分為
軟質粘土(強可塑性粘土)、半軟質粘土(中可塑性粘土)和硬質粘土(弱可塑性粘土),軟質粘土多屬次生粘土,因其顆粒細、分散度大,故可塑性大;硬質粘土多經古界成巖作用,自由水不易進入而缺少浸散性,可塑性較差。
西方一些工業化國家通常把粘土歸結為6大類,分別是:
高嶺土(Kaolin),耐火粘土(Fire clay)、球粘土(Ball clay)、膨潤土(Bentonite)、漂白土(Fuller,s earth)和普通粘土(Common)。其中膨潤土、漂白土和普通粘土主要由蒙脫石、伊利石和綠泥石等組成,耐火性能較差。綜合國內外分類情況與習慣,將
耐火材料用粘土分類:
高嶺土、球粘土和耐火粘土。
功能
粘土的種類多,功能也各有不同:
1.
樹脂粘土 樹脂粘土有兩種,一種是面包花(面粉粘土)。面包花起源于拉丁美洲的一種說法,當地人用吃剩的面包碎屑,收集起來,烘干磨成粉,加入白膠漿,制成「面粉粘土」。可是用這種面粉粘土延伸性不夠,也不夠結實,造出的作品在風干后,很容易碎裂,不能長久擺放。后來這種樸素的手藝傳至日本,日本人將它改良,加入防腐劑及其它化學品,制成現在的「面粉粘土」。這種面粉粘土本身是半透明色,性質柔軟,可延展至很薄又不會裂開,可自由的做出纖細作品,制作時只需加入油畫顏色,便可以隨個人喜好做出各種東西,用此粘土最適合是做花,能夠伸展至很薄,做出很輕巧自然的感覺,但做出來的作品,比較啞色,作品干后必須在表面薄薄的掃上油彩以增加它的美感及立體感。
還有一種樹脂粘土取出時非常干硬,還覺得碎,不過加入顏色后,越搓越柔軟,做出來的作品非常堅硬,適合做一些迷你器皿,如碗、碟、花盆。
2.
超輕粘土 超輕粘土分為膠質輕粘土和紙質輕粘土(紙粘土)。膠質輕粘土做出來的作品是很光滑的,適合做雪糕,公仔等;而紙粘土是市面上應用最廣,最宜被大眾所接受的一種粘土,這和它經濟實惠的價格有關,其塑造的作品略顯粗糙,適合初學者使用。
不過,目前市面上可以購買到結合兩者優點的粘土了,比如由上海海森蘭貿易有限公司開發的海森藍夢幻輕粘土,此種粘土很輕很軟,手感細膩,干燥后具有良好的柔韌性,表面質感優越,目前國內越來越多的生產廠家致力研究粘土的改良,乃廣大粘土愛好者的福音!
3.
磁粉器粘土 又叫作麻石粘土,顏色就像石頭,塑造時可沾水的,容易掌握,適合做獨一無二的迷你花盆,或是韓式石頭鍋飯的那個大碗,效果也相當好!
4.
油粘土 這種粘土一般是在作品完成后輔助使用的,比如說做粘土花盆景上盆時候,只需取出適量粘土放入盆中,將作品插上,目的使作品能穩固。油粘土的特性是: 軟/硬油泥即使暴露于空氣中,都不會變硬的,一般情況下只需按自己的喜好選擇軟油泥或硬油泥便可
性能
天然粘土礦并不總是按以上分類而截然區分,有時一個粘土中可以包含多種粘土,而且在性能上也有相互疊加,例如許多硬質粘土的礦物組成和化學成分與高嶺土非常接近;許多球粘土與軟質耐火粘土由相同的物理性質。不管粘土的種類如何,決定粘土性能的是它的性能。
幾種耐火材料用粘土的主要特征列于下表:
高嶺土、球粘土和耐火粘土的特征
粘土種類 | 高嶺土 | 球粘土 | 耐火粘土 |
生成時代 | 多為新生代 | 新生代 | 多為古生代 |
高嶺石有序度 (覆蓋層厚度) | 多為無序 (薄或無) | 多為無序 (很薄) | 多為有序 (很厚) |
高嶺石晶形 (水流搬運) | 常自形、半自形 (未搬運) | 常不規則 (搬運很長) | 常不規則 (搬運較長) |
結晶粒度/μm | 多為5± | 多小于2 | 多為2~5 |
可塑性 | 較差 | 很好 | 較好(軟質) |
粘結性 | 較差 | 很好 | 較好(軟質) |
含伊利石/% | 常5~45 | 常5~45 | 常小于5% |
耐火度/℃ | 可大于也可小于1580 | 可大于也可小于1580 | 大于1580 |
燒結溫度范圍 (舉例/℃) | 窄 (1500~1570) | 寬 (1320~1550) | 稍寬 (1300~1390) |
鐵、鈦含量 (白度) | 常較少 (大于70~80) | 常較多 (小于50~80) | 常較多 (小于50~70) |
有機質 (可塑性) | 不含 | 常含少量 (能提高) | 常含少量 (不能提高) |
主要成因 | 殘積 | 沉積 | 沉積 |