一次码烧工艺的特点及对原料物理化学性能的基本要求

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一次码烧工艺对原料的基本要求

1、矿物成分
矿物按原料物理化学性能可分为黏土和非黏 土矿物。一次码烧与二次码烧工艺对矿物成分要 求基本一致，只是在取值上有差异。但影响塑性和 干燥性能的矿物应引起注意，如蒙脱石、石英等。
1.1黏土矿物
黏土是很复杂的的一类矿物原料，它的化学组 成、矿物成分、技术特性以及生成条件都是复杂而 不完全固定的。黏土是由许多不同矿物以各种不 同比例形成的结体，其中一部分构成黏土的基本物 质，其余部分是杂质。黏土物质的分散度很高，其 颗粒直径在0.01~0.005mm以下。黏土的形成是由含长石类的岩石经长期风化而成。风化分为物理 和化学及有机物风化，前者主要温度变化、冰冻等 的作用；化学风化主要是空气中的二氧化碳和水的 作用；后者主要是动植物遗骸腐蚀。制造墙地砖的 黏土习惯分类为高岭土、粘性土、瘠性黏土和页岩。 黏土矿根据结构与组成不同，主要分为高明石类 微晶石类、水云母类和水铝英石类，而微晶石类是 生产釉面砖坯料的良好原料。
1.1.1高岭石
高岭石属三钭晶系，化学成分为 ALSiO1lOH)3，晶体呈极微细的鳞片或弯曲柱状， 其颗粒直径较大，约为1-2um，莫氏硬度为2，密 度为260-2.68gcm3，可塑性良好，阳离子交换量 较低,100g约为5-15mg当量，其硅铝率(SO2/A1O3) 为2。它是一种风化程度较高的矿物，由铝硅酸盐 矿物长石、云母等风化或低热变化而成。珍珠陶土 地开石、多水高岭石是高岭石类的黏土矿物。高岭 石铝硅酸盐可降低干燥敏感性，提高耐火度，扩展 烧成温度范围；耐火土类高岭石颗粒尺寸小，干燥 收缩略大于前者，通常可提高原料的塑性，同样可 扩展烧成温度范围；多水高岭石，颗粒大多数小于 1um，干燥干敏系数有所提高，坯体抗折强度有所 增长。前两种高岭石类矿物含量高时，选择一次码 烧可适当提高码坯高度，窑炉烧成温度范围容易控 制。烧结砖瓦原料高岭石矿物一般控制在0%~30% 之间，含量高时会提高砖瓦制品的烧成温度。
1.1.2蒙脱石
蒙脱石属单钭晶系，纯矿呈片状或土块状，其 化学成分大致为ASiO1l(OH)2nH2O，莫氏硬度为 1.5，密度为2.2-27gcm3。黏土物料中的蒙脱石矿 物颗粒非常细，通常为0.1-1m；比表面积大，可 达100m/g以上；阳离子交换量很高,100g为100mg 当量以上，是高岭土矿物的10倍左右；(siO2R2O3) 比率为4。蒙脱石矿物由于粒度极小，比表面积极 大，阳离子交换量极高，遇水后具有很大的膨胀性 并有很强的吸附力。因此，蒙脱石干燥收缩率可高 达15%，干燥敏感性大为提高。蒙脱石类黏土矿物 还有拜来石等，以蒙脱石为主体的矿物原料酸性白 土、漂白土、膨润土等。以蒙脱石为主要矿物的黏土称为膨润土，制砖原料中蒙脱石含量高时，会出 现三高，即成型含水率高，塑性指数高，干燥敏感系 数高，不适应一次码烧工艺，其成型和干燥性能不 能无法满足要求。但它却是一种很好的增塑剂，如 果原料塑性指数低，结合能力差，可掺入部分蒙脱 石，提高塑性指数，改善成型性能。对砖瓦产品性 能来说，蒙脱石含量高时，吸水率大幅降低，抗折强 度增加，但含量超过20%时，砖瓦产品抗压强度和 抗冻性能有可能降低。制烧结砖瓦原料一般应控 制其含量在0%-20%之间。
1.1.3水云母(伊利石)
伊利石是一种常见的水云母，它也是一种 风化程度较低的黏土矿物，钭方晶系。莫氏硬 度为1-2，密度为2.6-2.9gcm3。化学组成为 K2AlSi2A4OH2nH2O，其颗粒小于2um，膨胀系 数较小。阳离子交换量略高,100g土为20~40mg 当量，含钾在4%-7%之间，在烧结制品砖瓦焙烧 过程中起到助溶剂作用。由于伊利石晶格结合牢 固，含量高时会降低塑性指数，干燥收缩小，干后坯 体强度偏低。但由于助溶剂的作用，对烧成的砖瓦 产品性能来讲，抗折和抗压强度及抗冻性能大幅提 升。制烧结砖瓦原料伊利石一般控制在0%~20%

1.2非黏土矿物
石英：石英属三方晶系，晶体呈六方柱状 颜色不一，玻璃光泽。莫氏硬度为7，密度为 2.65-2.66gcm3。石英砂是黏土物矿中重要组成 部分，颗粒细度同它的工艺性能有关。石英有十种 变体，其中最重要的晶型转变是a-石英(低温型 573℃B-石英(高温型)。随着α→B晶型转变，石英 晶体也由膨胀性变为收缩性。对于一次码烧窑炉设 计来说，控制好石英晶型转变过程非常重要，特别 是原料中石英含量超过70%时，更应注意晶型变化 引起体积收缩膨胀，在应力的作用下发生裂痕，影 响产品强度。制砖原料中石英含量较高时，塑性指 数、干燥敏感系数和坯体干抗折强度有所降低。由 于石英起瘠化骨科作用，虽然对干燥有利，但由于 与其他矿物结合力差，在选择一次码烧工艺时应适 当限制码坯高度，以防坯体开裂。石英含量高时会直接影响产品抗压和抗折强度，所以，烧结砖瓦原 料石英一般控制在30%-70%之间。
长石：长石也是黏土矿物料中常有的矿物成 分，按化学成分和结晶化学的特点，长石主要可分 为三斜晶系的斜长石、单斜和三斜晶系的钾钠长 石、单斜晶系的钾长石。其共同特点是呈白色、肉 红色、或灰色，玻璃光泽，莫氏硬度为6-6.5。钾 长石也叫正长石，化学式为K(ASi，O)，风化后成为 高岭石等黏土矿物；斜长石系钠长石Na(AsiO)和 钙长石 Ca(AISi O)之间的同类质系列矿物，密度为 2.61-2.76g(m3。长石起到瘠化料作用，含量高时 会降低和减小干燥敏感性及坯体抗折强度，也会降 低产品的抗折、抗压强度，抗冻性能有所降低，但会 在高温时形成玻璃相，有助溶剂作用。制烧结砖瓦 原料长石一般控制在0%-18%之间。
碳酸盐：碳酸盐矿物主要指方解石和白云石 等。方解石化学成分为CaCO3矿物，三方晶系，晶 体常呈偏三角面体及菱面体，通常天色或为乳白 色，当含杂质可呈现多颜色，玻璃光泽，莫氏硬度为3，密度为26-28gcm。方解石分布十分广 泛，在制砖的许多原料中存在。白云石化学成分为 CaMg(CO3)2矿物，三方晶系，常见晶体为菱面体，通 常为灰白色，玻璃光泽，莫氏硬度为3.5-4.0，密度 为2.8-2,9gcm，分布也比较广泛。碳酸盐类矿物 主接影响产品质量，由其是方解石，在砖瓦高温燃 烧时放出二氧化碳，生成氧化钙，含量高而颗较大 时直接产生“石灰爆裂”，颗粒小而含量高时，也会 产品吸水而膨胀、松解、粉化。方解石含量高会 造成产品吸水率增高，抗压强度下降。碳酸盐矿物 无论在黄土、页岩、煤矸石原料中普遍会存在，生产 线设计时应充分注意这一点。制烧结砖瓦原料长 石应严格控制在10%以下。
铁的氧化物：铁的氧化物赤铁矿，化学成分为 Fe2O3，三方晶系，晶体呈片状或菱面体状，结晶质 的赤铁矿呈铁黑或钢灰色，半金属光泽。胶态赤铁 矿为赤红色，光泽暗淡，莫氏硬度为55-60，密度 为50-53m：磁铁矿化学成分为FeO，属等轴 晶系，晶体呈八面体和菱形十二面体，黑色金属光 泽至半金属光泽，莫氏硬度与赤铁矿基本相同，密度为4.9~5.2gcm3，磁性较强；针铁矿和纤铁矿化 学成分为Fe2O3H2O，分别表示为a-Fe2O3H2O及 y-Fe2O3·H10O，正交晶系，暗褐色，半金属光泽，莫 氏硬度为5~5.5，密度为40~44gm3，主要是由含 铁矿物经过氧化物分解而形成的表生矿物。铁的氧 化物在焙烧砖瓦还原气氛下是强助溶剂，在氧化气 氛下烧成不同程度的红色，在还原气氛下呈暗灰色 或黑一色，粗颗粒时会造成严重色差并出现爆裂。 制烧结砖瓦原料长石应严格控制在0%~6%之间。
铁的硫化物：铁的硫化物黄铁矿，又称硫铁矿 其化学分子式为FeS2，等轴晶系，晶体多呈八面体、 立方体、或五角十二面体，淡黄铜色，金属光泽，莫 氏硬度为6~6.5，密度为49~5.1gm3；铁的硫化 物白铁矿是黄铁矿的同质多象变体，正交晶系，晶 体呈板状，淡黄铜色，新鲜断口呈浅绿色，金属光 泽，莫氏硬度为5~6，密度为46-49gcm3。铁的 硫化物矿，有时颗粒较大，在砖瓦焙烧还原性气氛 中可能会遗留下褐色斑痕，导致产品爆裂，后期还 可能有泛霜发生。制烧结砖瓦原料应严格控制在 0%~4%之间。