合成堇青石应用最为广泛的3种原材料

　　采用天然矿物高温固相反应合成堇青石的原料有很多种，其中广泛使用的天然矿物原料有滑石、黏土、高岭土、煤矸石、红柱石、蓝晶石和硅线石等，本节将重点介绍本文所用的主要原料。

　　(1)滑石

　　滑石化学组成为3MgO·4SiO2·H2O，晶体属三斜晶系层状结构的硅酸盐矿物。假六方片状单晶少见，一般为致密块状、叶片状、纤维状或放射状集合体。摩氏硬度为1，比重为2.6-2.8。有滑感，其绝热及绝缘性强。纯净的滑石矿很少，通常有其他矿物伴生，例如绿泥石、菱镁矿、透闪石、菱铁矿、白云石、石英、黄铁矿等。这些矿物改变了矿石的化学组成，使矿石带色。并在较小压力下可以变形，并能长久保持原状，同时比表面积大，颗粒上带有负电性，因此有很好的物理吸附性和表面化学活性，具有与其他阳离子交换的能力。

　　(2)粘土

　　黏土是由[SiO4]四面体和[AlO6]八面体结合形成的二维层状结构，层与层之间为弱的分子键，当有杂质取代Si(A1)和Al(Mg)时，其它的离子，如Ca，可填充在层间，以维持电荷的平衡，这样的结构给予黏土矿物如下一系列的特征：

　　1、层间距离的可膨胀性：黏土矿物的层与层之间以弱的分子键相结合，Na-O、K-O键的结合力也远小于Si-O或Al-O的键强，水分子可以进入层间，并使层间距离有可变性，这一特性同样可为渗入的其它分子或离子所利用。

　　2、层间离子可交换性：层间弱键合的离子可被其它离子所取代，黏土矿物层间可取代离子的数量称为离子交换容量，显然，离子交换容量愈大，黏土层间距离可调节的范围也愈广。

　　3、吸附性：黏土矿物的颗粒一般比较细小，层与层之间有一定的空隙，因此比表面积大，对其它物质有吸附性。

　　4、颗粒的纳米属性：黏土矿物片状单位构层的厚度约l-1.5μm，单层片的厚度也在l0nm左右，因此就有可能将它剥离分散成纳米级的薄片。

　　工业用黏土矿有高岭土、膨润土(主要组成为蒙脱石)、活性白土等。高岭土最早是在江西高岭村开采的，用来制造陶瓷。膨润土于1888年在美怀俄明州开始开采，活性白土是于1906年在美国得克萨斯州进行首次开采。

　　(3)蓝晶石

　　蓝晶石是岛状结构硅酸盐矿物，成分为Al2O3·SiO2，属于三斜晶系，与红柱石、硅线石成同质多象。在结晶片岩和片麻岩中出现，其知名产地有瑞士、奥地利。蓝晶石、红柱石、硅线石为硅线石系的三个同质异相体，理论组成均为62.93wt.%Al2O3和37.07wt.%SiO2。“三石”的共同特点是：呈针状、柱状，在组织结构上有助于交织作用而使其强化，相变后生成A3S2，但仍保持原料形态;相变时体积变化较大.一般情况不利于耐急冷急热性，但可借助于它的膨胀应力来抵抗变形或收缩;相变前热膨胀系数为(4.5-5.5)×10-6/℃，对窑具的总体膨胀有一定的影响但无大害。

　　蓝晶石特点是具有很高的耐火性和体积稳定性，对酸碱甚至氢氟酸具有惰性，抗化学腐蚀，不溶于酸，机械强度在重负荷下抗高温、抗温度急变和抗渣性良好，耐火度大于1810℃，体积膨胀率约为16.18%。根据有关文献报道，蓝晶石颗粒越大，体积膨胀也越大，反之则越小，同时随着Al2O3含量增高，其膨胀率也增高。

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