粘土与粉煤灰

粘土是由多种水合硅酸盐和一定量的氧化铝、碱金属氧化物和碱土金属氧化物组成，并含有石英、长石、云母及硫酸盐、硫化物、碳酸盐等杂质。

粘土矿物的颗粒细小，常在胶体尺寸范围内，呈晶体或非晶体，大多数是片状，少数为管状、棒状。

粘土矿物用水湿润后具有可塑性，在较小压力下可以变形并能长久保持原状，而且比表面积大，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。

工业用粘土矿有高岭土、膨润土（主要组成为蒙脱石）、活性白土（组成不定）等。

高岭土最早由中国在江西高岭村开采，用来制造陶瓷。

膨润土于1888年在美怀俄明州开始开采，活性白土于1906年在美国得克萨斯州首次开采。

粘土矿广泛分布于世界各地的岩石和土壤中。

世界膨润土矿资源为1.3Gt以上，主要分布于美国和加拿大。

高岭土矿储量约1.6Gt，主要分布于中国、美国、苏联、墨西哥、西班牙等国。

中国是高岭土资源十分丰富的国家,矿质优良、成因类型齐全,主要产地有江苏苏州、湖北均县、四川叙永县等地。

活性白土主要产于美国和加拿大。

高岭土的加工大多采用湿法。

矿石经破碎、洗矿、浆化、除砂、分级、精选、漂白、过滤，最后经喷雾干燥得产品。

膨润土矿的加工仅需简单的粉碎技术以及除去水分等挥发物，先将矿石粉碎、浆化，然后采用沸腾床干燥器干燥，再经粉碎、筛分得产品。

活性白土是将膨润土脱水，加入硫酸活化、分离、水洗、过滤、干燥、粉碎后制得产品。

高岭土主要用于制造陶瓷和耐火材料。

造纸工业中使用大量高岭土作造纸填料和涂层，以提高纸张强度并降低透明度，还用于制造无碳纸。

膨润土主要用作石油钻井泥浆成分。

活性白土用于动植物油、工业用油、机械润滑油、石脑油等的漂白。

在金属加工中大量的膨润土用作金属铸造翻砂粘合剂。

另外，高岭石和多水高岭石粘土矿还可用作生产汽油的催化剂。

粘土是配制钻井液的重要原材料，它的主体矿物为粘土矿物，粘土矿物的结构和基本特性是钻井液的性能及其控制与调整密切相关。

粘土这种柔可绕指的泥土在我国远古时期就被人们广泛使用，至仰韶文化时代制陶工艺技术就已达到相当成熟的水平。

先民们利用粘土的塑性、焙烧性得到具有实用效果的抗水性的石质性器物——陶瓷器，它对人类的古代文明与文化发展曾起到相当大的作用。

粘土是一种含水铝硅酸盐产物，是由地壳中含长石类岩石经过长期风化和地质的作用而生成的，在自然界中分成广泛，种类繁多，藏量丰富，是一种宝贵的天然资源。

粘土具有颗粒细、可塑性强、结合性好，触变性过度，收缩适宜，耐火度高等工艺性能，因而，粘土是成为瓷器的基础。

它主要有瓷土、陶土和耐火土粘土等三类，据矿物的结构与组成的不同，陶瓷工业所用粘土中的主要粘土矿物有高岭石类、蒙脱石类和伊利石（水云母）等三种，另外还有较少见的水铝石。

粘土矿物的主体化学成分是硅铝氧化物和水，其特征是与适量水结合可调成柔可绕指的软泥，具有可塑性，将塑性成形的泥团烧后会变成具有一定湿度的坚硬烧结体。

正是由于这种特性使它与人类生活发生了联系。

从久远的制瓷经历数万年的发展直到今天，仍是制瓷胎的最基本的原料。

粘土在引进制瓷胎体过程中起了重要的作用：是粘土的可塑性使陶瓷坯泥赖以成形的基础；是粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性；粘土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性；粘土的出现使其成为陶瓷坯体烧结时的主体，形成瓷器中莫来石晶体的主要来源。

根据粘土中的主要矿物类型，可以分为高岭土族粘土、蒙脱石族粘土及伊利石族粘土。

根据生成情况，粘土可分为原生粘土（Primary clay）和次生粘土（Secondary clay），原生粘土是指长石经风化后生成高岭土及其他含水硅酸盐矿物、石英等，未完全风化的碎屑残留原地，而可溶性盐类则被溶解；次生粘土是由原生粘土在自然动力条件下转移到其他地方再次结晶的粘土。

根据可塑性可将粘土分为软质粘土（强可塑性粘土）、半软质粘土（中可塑性粘土）和硬质粘土（弱可塑性粘土），软质粘土多属次生粘土，因其颗粒细、分散度大，故可塑性大；硬质粘土多经古界成岩作用，自由水不易进入而缺少浸散性，可塑性较差。

西方一些工业化国家通常把粘土归结为6大类，分别是：高岭土(Kaolin)，耐火粘土(Fire clay)、球粘土(Ball clay)、膨润土(Bentonite)、漂白土(Fuller,s earth)和普通粘土（Common）。

其中膨润土、漂白土和普通粘土主要由蒙脱石、伊利石和绿泥石等组成，耐火性能较差。

综合国内外分类情况与习惯，将耐火材料用粘土分类：高岭土、球粘土和耐火粘土。

粘土的种类多，功能也各有不同：1. 树脂粘土树脂粘土有两种，一种是面包花（面粉粘土）。

面包花起源于拉丁美洲的一种说法，当地人用吃剩的面包碎屑，收集起来，烘干磨成粉，加入白胶浆，制成「面粉粘土」。

可是用这种面粉粘土延伸性不够，也不够结实，造出的作品在风干后，很容易碎裂，不能长久摆放。

后来这种朴素的手艺传至日本，日本人将它改良，加入防腐剂及其它化学品，制成现在的「面粉粘土」。

这种面粉粘土本身是半透明色，性质柔软，可延展至很薄又不会裂开，可自由的做出纤细作品，制作时只需加入油画颜色，便可以随个人喜好做出各种东西，用此粘土最适合是做花，能够伸展至很薄，做出很轻巧自然的感觉，但做出来的作品，比较哑色，作品干后必须在表面薄薄的扫上油彩以增加它的美感及立体感。

还有一种树脂粘土取出时非常干硬，还觉得碎，不过加入颜色后，越搓越柔软，做出来的作品非常坚硬，适合做一些迷你器皿，如碗、碟、花盆。

2. 超轻粘土超轻粘土分为胶质轻粘土和纸质轻粘土（纸粘土）。

胶质轻粘土做出来的作品是很光滑的，适合做雪糕，公仔等；而纸粘土是市面上应用最广，最宜被大众所接受的一种粘土，这和它经济实惠的价格有关，其塑造的作品略显粗糙，适合初学者使用。

不过，目前市面上可以购买到结合两者优点的粘土了，比如由上海海森兰贸易有限公司开发的海森蓝梦幻轻粘土，此种粘土很轻很软，手感细腻，干燥后具有良好的柔韧性，表面质感优越，目前国内越来越多的生产厂家致力研究粘土的改良，乃广大粘土爱好者的福音！3. 磁粉器粘土又叫作麻石粘土，颜色就像石头，塑造时可沾水的，容易掌握，适合做独一无二的迷你花盆，或是韩式石头锅饭的那个大碗，效果也相当好！4. 油粘土这种粘土一般是在作品完成后辅助使用的，比如说做粘土花盆景上盆时候，只需取出适量粘土放入盆中，将作品插上，目的使作品能稳固。

油粘土的特性是：软/硬油泥即使暴露于空气中，都不会变硬的，一般情况下只需按自己的喜好选择软油泥或硬油泥便可。

天然粘土矿并不总是按以上分类而截然区分，有时一个粘土中可以包含多种粘土，而且在性能上也有相互叠加，例如许多硬质粘土的矿物组成和化学成分与高岭土非常接近；许多球粘土与软质耐火粘土由相同的物理性质。

不管粘土的种类如何，决定粘土性能的是它的性能。

高岭土、球粘土和耐火粘土的特征第一阶段粉煤在开始燃烧时，其中气化温度低的挥发分，首先自矿物质与固体碳连接的缝隙间不断逸出，使粉煤灰变成多孔型炭粒。

此时的煤灰，颗粒状态基本保持原煤粉的不规则碎屑状，但因多孔型性，使其表面积更大。

第二阶段伴随着多孔性炭粒中的有机质完全燃烧和温度的升高，其中的矿物质也将脱水、分解、氧化变成无机氧化物，此时的煤灰颗粒变成多孔玻璃体，尽管其形态大体上仍维持与多孔炭粒相同，但比表面积明显地小于多孔炭粒。

第三阶段随着燃烧的进行，多孔玻璃体逐渐融收缩而形成颗粒，其孔隙率不断降低，圆度不断提高，粒径不断变小，最终由多孔玻璃转变为一密度较高、粒径较小的密实球体，颗粒比表面积下降为最小。

不同粒度和密度的灰粒具有显著的化学和矿物学方面的特征差别，小颗粒一般比大颗粒更具玻璃性和化学活性。

最后形成的粉煤灰(其中80%～90%为飞灰，10%～20%为炉底灰)是外观相似，颗粒教细而不均匀的复杂多变的多相物质。

飞灰是进入烟道气灰尘中最细的部分，炉底灰是分离出来的比较粗的颗粒，或是炉渣。

这些东西有足够的重量，燃烧带跑到炉子的底部。

粉煤灰的化学组成我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、MgO 、K2O、Na2O、SO3、MnO2等，此外还有P2O5等。

其中氧化硅、氧化钛来自黏土，岩页；氧化铁主要来自黄铁矿；氧化镁和氧化钙来自与其相应的碳酸盐和硫酸盐。

粉煤灰的元素组成(质量分数)为：O 47.83%，Si 11.48%～31.14%，Al 6.40%～22.91%，Fe 1.90%～18.51%，Ca 0.30%～25.10%，K 0.22%～3.10%，Mg 0.05%～1.92%，Ti 0.40%～1.80%，S 0.03%～4.75%，Na 0.05%～1.40%，P 0.00%～0.90%，Cl 0.00%～0.12%，其他0.50%～29.12%。

粉煤灰的活性主要来自活性SiO2(玻璃体SiO2)和活性A12O3 (玻璃体A12O3 )在一定碱性条件下的水化作用。

因此，粉煤灰中活性SiO2、活性A12O3和f-CaO(游离氧化钙)都是活性的的有利成分，硫在粉煤灰中一部分以可溶性石膏(CaSO4)的形式存在，它对粉煤灰早期强度的发挥有一定作用，因此粉煤灰中的硫对粉煤灰活性也是有利组成。

粉煤灰中的钙含量在3%左右，它对胶凝体的形成是有利的。

国外把CaO含量超过10%的粉煤灰称为C类灰，而低与10%的粉煤灰称为F类灰。

C类灰其本身具有一定的水硬性，可作水泥混合材，F类灰常作混凝土掺和料，它比C类灰使用时的水化热要低。

粉煤灰中少量的MgO、Na2O、K2O等生成较多玻璃体，在水化反应中会促进碱硅反应。

但MgO含量过高时，对安定性带来不利影响。

粉煤灰中的未燃炭粒疏松多孔，是一种惰性物质不仅对粉煤灰的活性有害，而且对粉煤灰的压实也不利。

过量的Fe2O3对粉煤灰的活性也不利。

粉煤灰的矿物组成由于煤粉各颗粒间的化学成分并不完全一致，因此燃烧过程中形成的粉煤灰在排出的冷却过程中，形成了不同的物相。

比如：氧化硅及氧化铝含量较高的玻璃珠在铁矿，另外，粉煤灰中晶体矿物的含量与粉煤灰冷却速度有关。

一般来说，冷却速度较快时，玻璃体含量较多：反之，玻璃体容易析晶。

可见，从物相上讲，粉煤灰是晶体矿物和非晶体矿物的混合物。

其矿物组成的波动范围较大。

一般晶体矿物为石英、莫来石、磁铁矿、氧化镁、生石灰及无水石膏等，非晶体矿物为玻璃体、无定形碳和次生褐铁矿，其中玻璃体含量占50%以上。

粉煤灰的结构是在煤粉燃烧和排出过程中形成的，比较复杂。

在显微镜下观察，粉煤灰是晶体、玻璃体及少量未燃炭组成的一个复合结构的混合体。

混合体中这三者的比例随着煤燃烧所选用的技术及操作手法不同而不同。

其中结晶体包括石英、莫来石、磁铁矿等；玻璃体包括光滑的球体形玻璃体粒子、形状不规则孔隙少的小颗粒、疏松多孔且形状不规则的玻璃体球等；未燃炭多呈疏松多孔形式。