一、概述
某些粘土质岩石制成料球后,在一定的温度下软化,具有一定的黏度并产生足够量的气体,使料球膨胀,冷却后形成具有多孔、质轻、高强度的材料,即所谓陶粒,是一类很好的轻质建材。由于它重量轻,抗震性强和绝热、隔音等优点,是高层建筑、地下建筑、冷藏建筑以及礼堂、影院、广播等隔音、吸音建筑的良好材料,也可用于桥梁、冶炼、发电、炼油和造船工业等。
这些粘土质岩石(粘土岩、页岩、板岩和千枚岩等)的组成矿物主要是粘土矿物,又常以水云母族矿物为主,多为水白云母即伊利石、水黑云母、蒙脱石、高岭石、埃洛石和绿泥石等,其他矿物主要有石英、长石、云母、方解石和铁质矿物等。它们之所以具有焙烧膨胀性能是因为具备了两个条件:其一是高温烧熔后具有适当的粘度,其二是焙烧中放一些气体使黏性焙体起泡膨胀,烧膨温度一般均在1000~1300℃之间。具备这种条件的粘土质岩石,首先要有一定的化学成分范围:sio2+al2o3是主要成分,占岩石化学含量的75%~80%以上,其中al2o3不能超过25%,它含量过高时将会提高熔融温度,增加能耗。高岭石族矿物含量高的粘土岩就不能作陶粒原料。岩石中的k2o、na2o、**、mgo和fe2o3起助熔作用,使熔融温度降低,要有一定的含量。国内外陶粒原料成分如表17-2。
表17-2 国内外陶粒原料成分表
据北京木城涧陶粒页岩所作的试验,粘土矿物在 700~900℃时,在烧结壳部位熔融成非晶质体,1000℃时烧结壳内出现小气泡,气泡直径小于0.1mm;1090℃ 产生大量0.1~0.3mm的气泡;1150℃时气泡直径扩大可达1.5mm,表明高温下产生的气体先是压力小被裹于料球中,随温度增高被裹于黏结的熔融体内而起泡。
二、矿床实例
1.北京木城涧陶粒页岩
页岩产于侏罗纪煤系地层中,有22层陶粒页岩,单层厚度2~22m,累计总厚167.4m,页岩烧膨温度为1080~1180℃,烧出的颗粒容重0.5~1.08g/cm3。页岩中的矿物主要为伊利石,其粒度为1~10μ,另外有粒径为2~3μ的铁绿泥石,石英含量较高为20%~30%,最高为41%。此外,有少量长石、黑云母、绢云母和磁铁矿、黄铁矿和方解石等,有机质含量<1%。页岩的化学成分为sio262.84%~68.38%、al2o314.75%~17.40%、fe2o30.43%~4.08%、feo 2.37%~5.84%、**0.19%~1.92%、mgo1.30%~2.23%、k2o2.41%~3.70%、na2o1.72%~2.99%、h2o+1.82%~4.00%。
当用水析法提取纯粘土矿物伊利石(含少量铁绿泥石)制成粘土球进行膨胀试验时,得到膨胀性能极佳的陶粒,说明膨胀性能与伊利石粘土矿物直接有关。
2.甘肃靖远刀楞山膨胀粉砂质板岩
膨胀粉砂质板岩产于三叠纪沉积变质岩系中。组成矿物水黑云母占45%、石英18%、钠更长石15%、黑云母6%、绿泥石5%、绢云母4%、磁铁矿3%及微量方解石、金红石、电气石、榍石等。主要化学成分sio259.82%、al2o316.89%、fe2o37.14%、**+mgo4.37%、k2o+na2o4.53%、灼减5.64%。岩石膨胀温度始于1050℃,止于1300℃,最佳膨胀温度1250℃。膨胀倍数最小1.11,最大5.43,平均2.38。最佳膨胀时间5~15min。烧成品为灰-灰黑色,呈蜂窝状熔体,气孔呈多边形和椭圆形,气孔直径最大15mm,最小1.5mm,一般3~5mm,容重870~1236kg/m3。
从以上矿床实例来看,作为陶粒粘土的最基本特征是其组成矿物主要为水云母族,是层间阳离子为k+的水云母,它们是白云母或黑云母受风化或热液蚀变作用向粘土矿物转化的中间产物,云母中的k+和(oh)-部分被h2o取代的结果。
当粘土质岩石基本具有膨胀性能,但由于al2o3含量低黏度不够时,可补充一定量的煤矸石或粉煤灰以增加黏黏度。当发泡性能较差时,可补充一些fe2o3和有机质,以增加co和co2的产量。德国利亚帕陶粒厂,在粘土中加入黄铁矿、赤铁矿或铝废渣、造纸废渣等作为膨胀辅助剂,以增加膨胀效果。
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