陶瓷和瓷砖的原料黏土是什么

为让其定义更准确，后面还有一大堆相关文字做进一步解释和介绍，比如：由哪些矿物组成，哪些元素组成，外观上有哪些颜色，烧成温度又是怎么样，生成的原因是怎么样等等。初学者肯定看的云里雾里，最后不知所云，不知何为黏土。

我们从以下几个方面来深入了解黏土这个矿物。

一、黏土的定义

定义一个事物，最主要是要准确说明该事物的特性，并且语言要精练，至少能让人听后对该事物有个大概的印象，我们不妨从教科书上提炼出黏土的最重要的几点特性，然后试着用一句话定义下黏土。

首先，黏土应该具备“黏”的特性，要不然为什么要叫黏土。既然黏的话，干燥后就会具有一定强度。

其次，不要忘记，黏土就是一种土，土大家都见过吧，没见过土的童鞋们一定见过“灰”吧，土的特性就是“细”。

其次，黏土一定是多种矿物的混合体。

再者，为大概区分其他矿物（如长石等），还要有一定耐火度。

接下来我们用一句话来定义下黏土：具有一定干燥强度、耐火度和可塑性的多种细小矿物的混合体。

二、黏土的成因

我们现在对黏土有了一个比较大概的印象了，我们再来看看黏土是怎么生成的。

黏土的生成原因是富含长石等多种铝硅酸盐矿物岩石经过以下两种途径形成：

1.风化作用

所谓风化作用就是矿物长期由物理撞击、化学腐蚀、生物等作用，使其颗粒不断细化，成份趋于简单化，即一价碱金属可溶盐被水带走，二钾碱土金属盐，虽然不溶于水或微溶于水，但在富含二氧化碳的水中也被大部分带走。风化作用生成的黏土多位于地表或不太深的风化壳以下；

2.  热蚀变作用

所谓热蚀变作用就是地壳热熔岩或热气通过地壳运动流向地壳罅隙对周边围岩进行侵蚀，实际上就是一系列化学物理作用使母岩成份改变的过程。热蚀变产生的黏土常见于火山附近。

 三、黏土的分类

知道了黏土的成因，那么我们就根据黏土形成的原因分为：

1. 原生黏土

又称为一次黏土、残留黏土，是母岩风化后在原地残留下来，经风化后，可溶性盐随雨水冲走，只剩下黏土和石英，这种黏土的性质是：质地纯、耐火度高、细度粗、可塑性差。高岭土为原生黏土。

2.  次生黏土

又称二次黏土，沉积黏土，是母岩经风化后随雨水河流冲刷漂洗，再加风力等因素，迁移至低洼的地方，沉积下来，形成黏土层。这种黏土的性质是：有机杂质多、细度细、可塑性好、耐火度低、外观颜色深等。

其他分类，如根据耐火度分为：耐火黏土（〉1580℃）、难熔黏土（1350-1580℃）、易熔黏土（〈1350℃）；根据可塑性可以分为：高可塑性黏土（软质黏土），低可塑性黏土（硬质黏土），这里就不再作详细说明。

 四、黏土的主要矿物类型

黏土，大家知道了是很多矿物的混合体，我们把其中主要矿物的结构类型加以区分，进行分类，有如下几种类型：

1、高岭石类

高岭石是一般黏土中常见的矿物，主要由高岭石组成的比较纯净的黏土被称做高岭土。高岭土是以我国景德镇高岭村命名，国际上把这种由高岭石和多水高岭石组合黏土统称为高岭土。

高岭土成份为：SiO4 46.5%，Al2O339.5%，H20 14%，晶体结构为双层结构硅酸盐矿，每一单层是由硅氧四面体和铝氧八面体由其共用的氧原子联系在一起，层与层之间用硅氧四面体的氧原子和另外一层中铝氧八面体的羟基以氢键相连，这种结合力比较弱，在外力作用或水分子的楔裂作用下易裂开和滑移，使比表面积增大，表现为可塑性的增加。

高岭土中，高岭石类矿物含量比例越高，杂质越少，其化学组成越接近高岭石的理论组成，纯度越高的高岭土，其耐火度越高，烧后白度越好，力学性能、化学稳定性也越好，但其分散度较小，可塑性会相对差些。反之，杂质越多，耐火度越低，烧后白度越低，而且莫来石相也越少，但这种高岭土的分散度较大，可塑性较好。

2、蒙脱石类

以蒙脱石为主要矿物的黏土叫膨润土，最早发现于法国蒙托利龙地区，故此命名。

蒙脱石晶粒呈不规则细粒状或鳞片状，颗粒较小，一般小于0.5μm。蒙脱石其特性就是能吸收大量水，体积膨胀，可膨胀20-30倍。膨润土在水中呈悬浮和胶凝状，并具有良好的阳离子交换特性，所以经常有硅、铝被铁、钛置换，造成电价不平衡，钠离子和钙离子被吸附在晶体上，所以使其耐火度降低，烧结白度差。

蒙脱石类矿物之所以吸水性能强，是因为晶胞是具有三层结构的硅酸盐矿物，每个晶层是由两个硅氧四面体夹着一层铝氧八面体。

蒙脱石容易碎裂，颗粒度较细，所以其可塑性好，干燥强度大，但其干燥收缩也相应大。

3、伊利石类（也叫水云母）

伊利石类黏土是由白云母风化而成的蒙脱石或高岭石中间产物，晶体结构与蒙脱石相似，但其没有膨润性，结晶比蒙脱石粗，可塑性低，干燥强度也小，干燥收缩较小，耐火度没有高岭石高。

4、水铝石英

水铝石英是一种非晶质的含水硅酸铝，能在盐酸中溶解，组成变动无常，自然界中并不常见。

五、黏土的组成

从以下三个方面来的组成来探讨：

1、矿物组成

黏土的矿物组成比较复杂，大部分黏土为两种或两种以上的黏土矿物组成，而且由于形成过程中残留有风化未完成的母岩颗粒，和一些非黏土矿物及有机杂质。下面介绍下杂质矿物的类别及对黏土性能的影响。

①石英和母岩残渣

石英经常是长石的共生矿物，通过风化作用，保存其原有形态，在原生黏土中是常见的杂质之一，其他未完全风化的矿物是长石和云母等，在黏土中常以比较粗的颗粒存在，对黏土的性能产生一定的不良影响，如可塑性和干燥强度等，一般在使用之前经过自然沉降，淘洗等可去除一部分有害杂质。

②碳酸盐及硫酸盐

碳酸盐以方解石、菱镁矿存在；硫酸盐以石膏、明矾及可溶性的硫酸钾、硫酸钠存在，一般碳酸盐颗粒如果比较小，对黏土的影响相对较小，高温下可分解，并可起到助熔作用，如果颗粒较大，容易造成局部开裂或针孔等缺陷。

硫酸盐如果为可溶性的，一般在黏土使用较大量的制品时出现白霜，还容易再烧制过程中出现坯泡、熔洞等缺陷。

③铁、钛化合物

我们常说的某种矿物含铁的高低，就是这种矿物中含不同形式的铁，如机械铁、矿物铁等换算成Fe2O3的百分含量。

矿物铁一般是黏土矿物自身携带，如黄铁矿、褐铁矿、菱铁矿、赤铁矿、钛铁矿等。

机械铁一般是开采过程中机械设备引入，大多数的铁可以通过浮选、淘洗再经电磁除铁可以去除，但黄铁矿颗粒比较细小坚硬，而且不易粉碎，所以比较难以去除，在制品中容易产生不良影响，如：降低白度、降低耐火度，还会影响制品的介电性能和化学稳定性等。

钛的化合物一般以金红石、板钛矿、锐钛矿形式存在于黏土中，纯净的TiO2是白色，但与铁的化合物共存时，容易着色，在还原气氛烧成时呈灰色，在氧化气氛烧成时呈黄色或象牙色。

④有机杂质

 黏土中的有机质主要是动植物腐烂形成，以腐殖酸盐的衍生物和一些褐煤、蜡等存在。这些有机杂质都能使黏土矿物外观着色，一般呈灰暗色，甚至黑色。

有机质一般在烧成过程比较早挥发，只要不含其它着色离子，烧成后不会留下颜色，但有机杂质如果过多，不但会影响黏土的可塑性和流动性，而且烧成时容易氧化过快，出现局部过烧，针孔等缺陷，一定量的有机质，如腐殖酸盐，对泥浆的流动性、塑性有好处，可使制品干燥强度提高，黏土黏的特性也大多由此得来。

2、化学组成

黏土的理论化学组成当然是高岭石SiO4 ,46.5%，Al2O339.5%，H20 14%，但不可避免的还会有其他杂质存在，如铁、钛、钙、镁、钾、钠等。

黏土一般化学成份测试项目为以上八大元素和灼减，化学成份在生产中有着重要的指导意义，一般通过化学成份可以反映出黏土矿物以下几点信息：

①可以作为鉴定黏土的矿物组成的参考

化学成份越接近高岭石标准成份的，矿物中高岭石成份会越高，当成份中碱性杂质较多时，主要矿物可能是蒙脱石与伊利石，当硅含量较高时，可以判定其游离石英较多，可能为富硅高岭土或伊利石，更高时可能是蒙脱石、叶腊石等。

②可以判断黏土的耐过度

化学成份中杂质越少，耐火度越高。

③可以推断黏土烧后的呈色

铁钛含量越高，烧结呈色会比较深，铁钛含量越低，烧结白度越好。 

④可以估计黏土的成型性

硅含量越高，说明有游离石英，这种黏土的可塑性一般不会太好，但收缩小。灼减量一般可以反映各种黏土中有机质、结合水和碳酸盐的含量。

高岭石类黏土灼减>14%；

叶腊石类黏土灼减>5%；

多水高岭石和蒙脱石类黏土灼减>20%；

瓷石类黏土灼减>8%。

⑤可以推断黏土烧结过程中产生膨胀或气泡的可能性

黏土中的灼减在一定程度上反映出黏土的矿物类型、有机杂质和碳酸盐硫酸盐含量，在烧成过程中，CO2、SO2和结晶水的快速排除，Fe2O3加热O2的分解排除，极易造成局部膨胀、气泡和针孔等缺陷。

3、颗粒组成

黏土矿物颗粒一般比较细，1-2μm以下。非黏土矿物粒度比较粗，可在1-2μm以上，粗颗粒越多，该黏土的可塑性可能越差，干燥收缩越小，干燥强度越低，易于烧结，烧后气孔率亦低，有利于制品的力学强度。黏土矿物的结晶度和晶体形状也会影响可塑性和干燥强度等。

六、黏土的工艺性质

黏土的应用非常广泛，在陶瓷中更是必不可少的物质，一般在陶瓷应用中，我们应用其特有的工艺性能，我们从以下几点工艺性能来逐一探讨：

1、可塑性

黏土的可塑性是指黏土与适量的水混合形成泥团，这种泥团在一定的外力的作用下产生形变，但不开裂，外力去掉后仍能保持形状不变的性能。

可塑性与黏土颗粒的形状、大小、胶状物多少、有机质多少等有关。常用可塑性的表示方法有两种：可塑性指数法和可塑性指标法，在定义这两种方法之前，我们先谈谈另外三个名词——塑限含水量、液限含水量和可塑水量。

①塑限含水量   黏土加入一定量水使其成泥团又不致开裂的最少水份；

②液限含水量   黏土加水后成泥团，继续加水使其不致变成泥浆的最少水份；

③可塑水量  黏土加水后泥团的含水量一般在塑限含水与液限含水量之间的数值被称作可塑水量。

高可塑性黏土可塑水量28%-40%

中可塑性黏土可塑水量20%-28%

低可塑性黏土可塑水量15%-20%

可塑性指数=液限含水量-塑限含水量

可塑性指标=泥团在外力作用下致使出现裂纹的应力与应变的乘积（并测定含水率）

可塑性指数和可塑性指标均可反映黏土的可塑性。如：

强可塑性黏土可塑性指数和指标分别为：>15，>3.6

中可塑性黏土可塑性指数和指标分别为：7-15，2.5-3.6          

弱可塑性黏土可塑性指数和指标分别为：1-7，<2.5

非塑性黏土可塑性指数<1（指标无法测）

如何提高可塑性：淘洗去粗颗粒，长期风化；陈腐；真空处理，多次练泥；掺用高可塑黏土；加入胶体物或有机添加物。

如何降低黏土可塑性：加入脊性矿物、对黏土煅烧等。

2、结合性

黏土的结合性是指，黏土结合一定的脊性料形成可塑泥团并具有一定干燥强度的性能。在生产中，一般用黏土所制作的生坯的抗折强度来衡量结合性的好坏，也是陶瓷制作中用到的黏土的重要指标。

3、离子交换性

离子交换性是指黏土颗粒由于断键和晶格内部离子被置换带点吸附离子，在水溶液中这种离子被别的的相同电荷离子置换的性能。

离子交换不影响晶体结构，各种黏土由于其晶格内部离子置换的程度不同以及颗粒大小不同，其离子交换的能力也不同。离子交换能力用一百克干黏土所吸附的离子数量来表示，被称作交换容量。

阳离子交换容量大小顺序：H+>Al3+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>+K+>Na+ >Li+

阴离子交换容量大小顺序：OH->CO32->P2O74->PO43->CNS->I->Br->Cl->NO3->F->SO42-

4、触变性

黏土泥浆或可塑泥团受振动或搅拌时，粘度会降低而流动性增加，静置后逐渐恢复原状，泥料放置一段时间后，在维持原来水份不变的情况下，也会出现变稠和固化的现象，这种性质统称为触变性。

影响触变性的因素：

①黏土矿物组成：与矿物遇水膨胀，水分子进入黏土有两种形式，一种是处在颗粒与颗粒之间，如高岭石和伊利石；另外一种是水分子直接进入单位晶胞之间，进入晶胞之间的膨胀大，触变性也大，如蒙脱石与拜来石。

②矿物颗粒大小与形状：颗粒越小，活性面大，形状越不对称，触变性越大。球状颗粒不易触变。

③吸附离子及吸附离子的水化，黏土吸附的阳离子其价数越小或价数相同但离子半径越小者，其触变性越大。

④含水量，泥浆中含水越多，越不易形成触变结构

⑤泥浆温度，温度越高，质点运动越剧烈，越不易构成触变结构。

在生产中，触变性有其好处，一般有一定触变性，干燥强度会比较好些，易于脱模俢坯等，也不宜过大，太大容易变形等；触变性也有不好之处，就是泥浆运输过程中带来不便。如釉浆触变，也不利于施釉。

5、干燥收缩和烧成收缩性

干燥收缩的大小会影响制品干燥过程，收缩过大容易造成开裂等。烧成收缩决定制品磨具的大小，收缩过大，也容易造成制品开裂、变形等缺陷。

6、烧结温度和烧成范围

黏土是多种矿物的混合体，所以没有固定的熔点，在一个相当大的温度范围内逐渐软化，一般超过900摄氏度，低共熔物开始出现。当然生产中除了耐火材料，不可能单一使用黏土烧制产品，一般会引入其他矿物，这样低共熔点会更低。

黏土矿物越纯，烧成范围越宽；越不纯，烧成范围越窄。生产中常用制品的吸水率来反映烧结度，吸水率越低说明制品烧结度越高。

7、耐火度

黏土在高温下软化，但尚未完全熔融，使用中能承受的最高温度称之为耐火度。黏土矿物越纯，耐火度越高，反之亦然。

七、黏土的加热变化

高岭土的加热变化过程有以下三个方面：

1、排水阶段

100-110℃   吸附水和自由水排出

110-400℃   杂质引入水，如多水高岭土的部分水份排出

400-450℃  结构水开始排出

450-550℃  结构水快熟排出

550-800℃   脱水变缓，800时停滞

800-1000℃ 残余的水份排出完毕

2、化学变化过程

高岭石脱水后变为先变为偏水高岭石，然后继续脱水变为尖晶石，继续升温反应，变为莫来石和方石英。各种黏土在高温下都能生成莫来石，莫来石的理论组成为：Al2O371.8%，SiO428.2%，熔融温度为1810℃，当莫来石熔融后，又分解变为刚玉和石英玻璃。

3 、物理变化

黏土烧结过程中，气孔在逐渐减少收缩增大，过烧时气孔又增加，并伴随膨胀。