高岭土是制造瓷器的主要原料,得名于江西景德镇附近的浮梁县高岭村,它的主要矿物是高岭石。
高岭石的化学通式为:Al2O3·2SiO2·2H2O,其理论成分是:Al2O339.50%,SiO246.54%,H2O13.96%。高岭石的晶体极细,外形成六方形鳞片状,轮廓清楚,晶片往往互相重叠,晶片厚0.05微米,平均直径0.7微米,面间角106—140°。晶体属于双层结构,由许多平行的晶层组成。每一晶层由一层硅氧四面体和一层铝氧八面体通过共用的氧原子联系在一起。相邻两晶层通过八面体的OH键和另一晶层四面体的氧以氢键相联系。它们之间的结合很弱。
高岭石晶格内部的离子是很少置放的。在晶格破裂时,最外层边缘上有断键,电荷出现不平衡,才吸附其他阳离子,重新建立平衡。高岭石结构外表面的OH—中的H+可以被K+成Na+所取代。
1、高岭土的一般性质
在高岭土原矿中,一般都含有较多的杂质,高岭石的含量其视纯净程度而异。经过拣选成淘洗除去游离石英及其它岩屑,可达到或接近高岭石的理论组成。外观多呈白色或浅灰色,被杂质污染时,则呈米黄、粉红、棕红、紫等色。致密块状或土块状构造,土状光泽。比重2.6—2.63。手触有滑感,硬度很低,一般可用手捏碎。干燥后有吸水性,可塑较差,结合性小。含铁钛等杂质矿物较少时,烧后颜色洁白。
2、高岭土在加热过程中的物理化学变化
高岭土在加热过程中发生脱水、分解、析出新晶相等物理化学变化。最新的研究认为(与过去的见解有所不同):从400℃左右开始排出结晶水,在450—550℃之间晶格水快速排出,到800℃脱水基本结束,这个脱水过程随高岭土的结晶程度而异。在脱水过程中,约从600℃开始,高岭石生成偏高岭石。
从925℃开始,偏高岭石转化为由(AlO6)和[SiO4)构成的尖晶石型新结构物。
1050—1100℃,尖晶石新结构物转化为莫来石来石。
Al2O371.8%,SiO228.2%,比重3.15,熔融温度1810℃。它具有机械强度高,热稳定性好,化学稳定性强等特点。
3、高岭土的热性质
高岭土在加热过程中,还会发生吸热与放热、脱水失重、体积膨胀与收缩等反应。从差热分析得知,约从400℃开始,到600℃左右,有一个明显的吸热反应,此时重量失去14%左右,这是脱出结构水所致。其后还有2个放热反应,在925—1050℃之间,出现第一个强放热峰,这是由于脱水后高岭石晶格破坏,转化为铝硅尖晶石新结构物所引起的。到1200—1300℃,出现第二个弱放热峰,这是莫来石晶体形成及无定形的SiO2转化为方石英的放热效应。据测定,结晶差的高岭土,其吸热放热的反应温度,比结晶好的高岭土要低20—30℃。
高岭土在低温下排除吸附水时,有的出现体收缩,有的则体现不出来。据测定,江苏苏州高岭土在500℃左右有微小的膨胀(1%以下),随后开始收缩。900—950℃之间,收缩剧烈进行,相应于内部结构与相变阶段。此后,收缩逐渐缓慢,至1350℃左右结束,总收缩率为17%。(作者:东方玺,来源:瓷博士,图来源:南茗佳人)
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