合成堇青石應用最為廣泛的3種原材料

　　采用天然礦物高溫固相反應合成堇青石的原料有很多種，其中廣泛使用的天然礦物原料有滑石、黏土、高嶺土、煤矸石、紅柱石、藍晶石和硅線石等，本節將重點介紹本文所用的主要原料。

　　(1)滑石

　　滑石化學組成為3MgO·4SiO2·H2O，晶體屬三斜晶系層狀結構的硅酸鹽礦物。假六方片狀單晶少見，一般為致密塊狀、葉片狀、纖維狀或放射狀集合體。摩氏硬度為1，比重為2.6-2.8。有滑感，其絕熱及絕緣性強。純凈的滑石礦很少，通常有其他礦物伴生，例如綠泥石、菱鎂礦、透閃石、菱鐵礦、白云石、石英、黃鐵礦等。這些礦物改變了礦石的化學組成，使礦石帶色。并在較小壓力下可以變形，并能長久保持原狀，同時比表面積大，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。

　　(2)粘土

　　黏土是由[SiO4]四面體和[AlO6]八面體結合形成的二維層狀結構，層與層之間為弱的分子鍵，當有雜質取代Si(A1)和Al(Mg)時，其它的離子，如Ca，可填充在層間，以維持電荷的平衡，這樣的結構給予黏土礦物如下一系列的特征：

　　1、層間距離的可膨脹性：黏土礦物的層與層之間以弱的分子鍵相結合，Na-O、K-O鍵的結合力也遠小于Si-O或Al-O的鍵強，水分子可以進入層間，并使層間距離有可變性，這一特性同樣可為滲入的其它分子或離子所利用。

　　2、層間離子可交換性：層間弱鍵合的離子可被其它離子所取代，黏土礦物層間可取代離子的數量稱為離子交換容量，顯然，離子交換容量愈大，黏土層間距離可調節的范圍也愈廣。

　　3、吸附性：黏土礦物的顆粒一般比較細小，層與層之間有一定的空隙，因此比表面積大，對其它物質有吸附性。

　　4、顆粒的納米屬性：黏土礦物片狀單位構層的厚度約l-1.5μm，單層片的厚度也在l0nm左右，因此就有可能將它剝離分散成納米級的薄片。

　　工業用黏土礦有高嶺土、膨潤土(主要組成為蒙脫石)、活性白土等。高嶺土最早是在江西高嶺村開采的，用來制造陶瓷。膨潤土于1888年在美懷俄明州開始開采，活性白土是于1906年在美國得克薩斯州進行首次開采。

　　(3)藍晶石

　　藍晶石是島狀結構硅酸鹽礦物，成分為Al2O3·SiO2，屬于三斜晶系，與紅柱石、硅線石成同質多象。在結晶片巖和片麻巖中出現，其知名產地有瑞士、奧地利。藍晶石、紅柱石、硅線石為硅線石系的三個同質異相體，理論組成均為62.93wt.%Al2O3和37.07wt.%SiO2。“三石”的共同特點是：呈針狀、柱狀，在組織結構上有助于交織作用而使其強化，相變后生成A3S2，但仍保持原料形態;相變時體積變化較大.一般情況不利于耐急冷急熱性，但可借助于它的膨脹應力來抵抗變形或收縮;相變前熱膨脹系數為(4.5-5.5)×10-6/℃，對窯具的總體膨脹有一定的影響但無大害。

　　藍晶石特點是具有很高的耐火性和體積穩定性，對酸堿甚至氫氟酸具有惰性，抗化學腐蝕，不溶于酸，機械強度在重負荷下抗高溫、抗溫度急變和抗渣性良好，耐火度大于1810℃，體積膨脹率約為16.18%。根據有關文獻報道，藍晶石顆粒越大，體積膨脹也越大，反之則越小，同時隨著Al2O3含量增高，其膨脹率也增高。

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