陶瓷工艺学 电子教案[1](4)

2019-03-03 18:28

界牌泥 65.94 32.85 0.57 0.31 0.16 0.44 100.30 长石 64.01 20.37 0.23 0.38 0.55 14.53 100.10 石英 98.88 0.25 0.13 0.15 0.24 - 99.65 计算各原料中氧化物的含量

原料名称 配料比% SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO KNaO 界牌泥 65 42.86 21.35 0.37 0.20 0.10 0.29 长石 28 17.92 5.70 0.06 0.11 0.15 4.07 石英 7 6.92 0.02 0. 0.01 0.01 - 总计 100 67.70 27.07 0.44 0.32 0.27 4.36 分子量 60.1 101.9 159.7 56.1 40.3 (94.2+62)/2 分子数 1.126 0.2657 0.0028 0.0057 0.0068 0.0558 将各氧化物按次序排列,即得此坯料实验式

0.2078 KNaO 0.9896 Al2O3

0.0212 CaO } } 4.194 SiO2 0.0253 MgO 0.0104 Fe2O3

3.示性矿物组成的计算。由化学组成计算矿物组成。

步骤:

(1)将原料中各种氧化物得百分数以其分子量除之,得出各氧化物得分子数。

(2)化学组成中的K2O、Na2O 、CaO各自与相当量的Al2O3 、SiO2相结合,作为钾长石、钠长石和钙长石。由总的Al2O3 、SiO2量减去长石中的Al2O3 和SiO2量。若Na2O 含量比K2O少得多,则可以把二者的含量计算为钾长石。

(3)剩下的Al2O3量作为高岭土成分,减去高岭土带进的SiO2量,剩下的SiO2量即是石英量。比较剩余的Al2O3和SiO2量,若Al2O3较多,则过多的Al2O3可当作水铝石Al2O3。H2O计算。

(4)若判断确有CO32-存在,则MgO可当作菱镁矿,CaO可计算为CaCO3,若不存在2-CO3,则MgO可计算为滑石(3MgO·4SiO2·H2O)或蛇纹石(3MgO·4SiO2·2H2O)形式计算。 (5) Fe2O3可看作赤铁矿( Fe2O3)存在,若组成中的烧失量(假定为水)减去高岭土及滑石等矿物中的结晶水后还有一定量,则可把Fe2O3计算为褐铁矿( Fe2O3·3H2O)。 6TiO2一般可由FeO与TiO2(FeO·TiO2)构成钛铁矿,故可自Fe2O3中取出FeO以计算钛铁矿的含量。所余TiO2可视为金红石。

7制造精陶瓷产品所用的粘土类原料中所含Fe2O3、TiO2 、CaO 、MgO等很少,可以不考虑它们所造成的矿物数量。

8云母与钾长石,高岭土同时存在时,不能以此法计算。为实用计,可将云母中的K2O计算为钾长石,Al2O3计算为高岭土,多余的SiO2以石英计。

[例3]某原料化学组成如下。计算其矿物组成。

成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 灼减 % 64.78 25.61 0.19 0.22 微量 0.32 0.23 8.65 解:求各氧化物分子数(灼减量当作结晶水) 列表计算结果

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O H2O 氧化物含量 64.78 25.61 0.19 0.22 微量 0.32 0.23 8.65 氧化物分子量60.1 102 160 56.1 - 94.2 62 18 氧化物分子数1.077 0.251 0.001 0.004 - 0.003 0.004 0.480

[例3]某原料化学组成如下。计算其矿物组成。

成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O 灼减

% 64.78 25.61 0.19 0.22 微量 0.32 0.23 8.65 解:求各氧化物分子数(灼减量当作结晶水) 列表计算结果

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O H2O 氧化物含量 64.78 25.61 0.19 0.22 微量 0.32 0.23 8.65 氧化物分子量 60.1 102 160 56.1 - 94.2 62 18 氧化物分子数 1.077 0.251 0.001 0.004 - 0.003 0.004 0.480

将各氧化物分子数按下列顺序排列,计算其矿物组成。

0.003分子钾长石 0.018 0.003 - - - 0.003 - - 剩余 1.059 0.248 0.001 0.004 - 0 0.004 0.480 0.004分子钠长 0.024 0.004 - - - - 0.004 - 剩余 1.035 0.244 0.001 0.004 - - 0 0.480 0.004分子钙长石0.008 0.004 - 0.004 - - - - 剩余 1.027 0.240 0.001 0 0 0 0.480 0.00 0.24分子高岭 0.480 0.240 - - - - 0.480 剩余 0.547 0 0.001 0 0 0 0 0.001分子赤铁矿 - - 0.001 - - - - 剩余 0.547 0 0 0 0 0 0 0.547分子石 0.547 - - - - - - 剩余 0 0 0 0 0 0 0

各矿物的重量计重量百分数列表计算如下:

钾长石 钠长石 钙长石 高岭石 赤铁矿 石英 分子数 0.003 0.004 0.004 0.240 0.001 0.547 分子量 556.8 524.6 278.3 258.1 160 60.1 矿物重量 1.67 2.10 1.11 61.92 0.16 32.87 矿物(%) 1.67 2.11 1.12 62.00 0.16 32.94 各种长石和赤铁矿均作为熔剂一并列为长石矿物,故得到矿物组成 粘土质矿物:62.00%

长石质矿物:1.67+2.11+1.12+0.16=6.06% 石英质矿物:32.94% 作业见1

二 由化学组成计算配方 1、直接计算法: 步骤:(1)根据原料性质,成形性能,参照生产经验先确定一、二种原料的用量。 (2)按满足坯、釉料化学组成的要求逐个计算每种原料的用量。 计算时要明确哪种氧化物主要由哪种原料提供。

[例4] 见书P64例一

书中烧失量没有换算,严格的说,应先换算为不含烧失量的组成,最后再换算为含烧失量的计算。 2、三元系统法就是先把坯料及原料的氧化物换算为R2O-Al2O3-SiO2三元系统。如K2O-Al2O3

-SiO2,系统然后用代数或图解法计算。 [例5]见书P70例5。另再举例见[例5′]。

[例5′]某厂坯料和所用原料的化学组成如下表。

SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO K2O Na2O IL 合计

坯料 67.52 22.41 0.35 0.28 0.17 3.74 0.60 5.50 100.57 粘土 59.05 29.42 0.51 0.22 0.18 0.32 0.08 10.45 100.22 长石 63.41 19.18 0.17 0.28 0.36 13.79 2.36 0.46 100.01 石英 97.31 1.93 0.26 0.40 0.39 - - - 100.29 试用K2O-Al2O3-SiO2系统的相图进行配方计算。

解(1)把含有烧失量的组分换算为不含烧失量的基准。如下表所示。

SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO K2O Na2O 合计 坯料 71.45 23.71 0.37 0.29 0.18 3.96 0.63 100.59 粘土 65.94 32.85 0.57 0.25 0.20 0.36 0.09 100.26 长石 63.70 19.27 0.17 0.28 0.36 13.85 2.37 100.00 石英 97.31 1.93 0.26 0.40 0.39 - - 100.29 (2)计算相当的K2O、 Al2O3、 SiO2 成分。 坯料: K2O=3.96+0.63×(94.2÷62)+0.18 ×(94.2÷56.1)+0.29 ×(94.2÷40.3)=5.90 Al2O3=23.71+0.37 ×(101.9÷159.7)=23.95 SiO2 =71.45

K2O+ Al2O3+SiO2=5.90+23.95+71.45=101.3

换算成百分比 K2O=5.82% Al2O3=23.64% SiO2 = 70.53%

粘土:K2O=0.36+0.09 ×(94.2÷62)+0.20 ×(94.2÷56.1)+0.25 ×(94.2÷40.3)=1.42 Al2O3=32.85+0.57 ×(101.9÷159.7)=33.21 SiO2 =65.94

K2O+ Al2O3+SiO2=1.42+33.21+65.94=100.57

换算成百分比: K2O=1.41% Al2O3= 33.02% SiO2 =65.57%

长石: K2O=13.85+2.37 ×(94.2÷62)+0.36 ×(94.2÷56.1)+0.28 ×(94.2÷40.3)

=18.7

Al2O3=19.27+0.17 ×(101.9÷159.7)=19.38 SiO2 =63.70

K2O+ Al2O3+SiO2=18.7+19.38+63.70=101.78

换算成百分比: K2O=18.37% Al2O3= 19.04% SiO2 =62.59%

石英: K2O=0.39×(94.2÷56.1)+0.40×(94.2÷40.3)= 1.58 Al2O3=1.93+0.26 ×(101.9÷159.7)=2.10 SiO2 =97.31

K2O+ Al2O3+SiO2=1.58+2.10+97.31=100.99

换算成百分比: K2O=1.56% Al2O3= 2.08% SiO2 =96.36%

(3)在K2O-Al2O3-SiO2系统的相图上找出三种原料和坯料所要求的组成的位置,分别以A,B,C及P表示。如图。

(4)连接AP交BC于X,而后在图上量出各线段的长度。 — —

PX =20.5mm AX =37.0mm — —

CX =35.5mm CB =39.0 mm — —

BX =23.5mm AP =16.5mm (5)利用杠杆定律,计算三种原料所需的百分数

A%= PX / Ax ×100%=20.5/37.0 ×100%=55.41% — — — — B%= (CX / CB) ×(AP / AX) ×100%=(35.5/59.0 )×(16.5/37.0) ×100%=26.83%

— — — — C%= (BX / CB) ×(AP / AX) ×100%=(23.5/59.0 )×(16.5/37.0) ×100%=17.76%

(6) 换算为灼烧损失前的基准。 A%=55.41×100/(100-10.45)%=61.88% B%=26.83×100/(100-0.46%)=26.95% C%=17.71/合计106.59

(7) 换算为生料百分数: 粘土=(61.88/106.59)×100%=58.05% 长石=(26.95/106.59)×100%=25.38% 石英=(17.76/106.59)×100%=16.66%

三、 由矿物组成计算配方。

矿物组成表示法—计算-- 配料比表示法

坯料的矿物组成

} 已知 原料的化学组成

计算步骤: ? 计算出原料的矿物组成。 ? 计算出每种原料中各类矿物在坯料中所占的量。 ? 计算出每种原料用量。 ? 列出配料比表示法。

[例6]现欲配成粘土矿物63.08%,长石矿物28.62%,石英矿物8.30%的配料。采用原料的化学组成如下,计算其配料比。

原料 SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO K2O Na2O 灼减 总计 高岭土 48.30 39.07 0.15 0.05 0.02 0.18 0.03 12.09 99.99 粘土 49.09 36.74 0.40 0.11 0.20 0.52 0.11 12.81 99.98 长石 64.93 18.04 0.12 0.38 0.21 14.45 1.54 0.33 100.00 石英 96.60 0.11 0.12 3.02 - - - - 99.85

解:按例3方法计算各种原料的矿物组成。

原料 粘土矿物 长石矿物 石英矿物 高岭土 96.78% 1.96% 1.26% 粘土 89.72% 7.66% 2.62% 长石 - 100% - 石英 - 4.4% 95.6%

坯料中的粘土矿物由高岭土及粘土供给。计算前应将两种原料用量确定。考虑这2种的可塑性、收缩率、烧后颜色等工艺性能。初步确定坯料中粘土矿物一半由高岭土供给,另一半由粘土供给 高岭土用量: (0.5×63.08)×(100÷96.78)=32.59% 即96.78%x=0.5 ×63.08% 粘土用量:(0.5×63.08)×(100÷89.72)=35.15% 32.59%高岭土中含长石矿物:32.59×0.196=0.69% 含石英矿物:32.59%×0.126=0.41% 35.15%粘土中含长石矿物:35.15×0.0766=2.69% 含石英矿物:35.15×0.0262=0.92% 高岭土与粘土共引入石英:0.41+0.92=1.33% ∴坯料中石英用量:(8.30%-1.33%)×(100÷95.60)=7.29% 7.29%石英中引入长石矿物为:7.29% ×0.044=0.32%

由高岭土、粘土、石英引入长石矿物为:0.64+2.69+0.32=3.65% ∴长石需用量为:28.62-3.65=24.97%

高岭土:32.59% 粘土: 35.15%

∴由计算结果可得原料配合比例为 { 长石:24.97%

石英:7.29%

作业见2

四、 由实验公式计算配方。 1、由实验公式计算釉料配方

计算步骤:1 把各原料化学组成转换成各氧化物分子数。

2 依据釉式中各氧化物得分子数,计算所需引入的各原料的分子数。 3 计算出各原料的重量及重量百分比。

[例7]已知釉式为 0.107K2O

0.672CaO } 1.0Ah2O3· 10.0SiO2 0.221MgO

所有原料 钾长石:0.98K2O } 0.98Al2O3·6.42SiO2

0.02CaO 方解石:CaCO3

菱镁矿:MgCO3

2.19SiO2 ·1.82H2O 高岭土:Al2O3·

石英: SiO2

解:(1)把各原料的化学组成转成实验式(题目已直接给出)

(2)依据釉式的不同氧化物的分子式,可看出:引入1分子钾长石有0.98分子K2O 设引入x份钾长石会引入0.107分子K2O 则 1:0.98=x:0.107 ∴x=0.107÷0.98=0.109 而引入0.109分子钾长石同时引入0.109×0.02=0.002分子CaO 0.109×0.98=0.107分子Al2O3 0.109×6.42=0.7分子SiO2 以同样方式引入其它原料。 列表计算

K2O CaO MgO Al2O3 SiO2 釉式中氧化物的分子数 0.107 0.672 0.221 1.0 10.0 引入0.107分子钾长石 0.107 0.002 - 0.107 0.700 剩余 0 0.670 0.221 0.893 9.300 引入0.670分子方解石 - 0.670 - - - 剩余 - - 0.221 0.893 9.300 引入0.221分子菱镁矿 - - 0.221 - - 剩余 - - 0 0.893 9.300 引入0.893分子高岭土 - - - 0.893 1.96 剩余 - - - - 7.340 引入7.34分子石英 - - - - 7.340 剩余 - - - - 0 (3)计算出各原料重量及重量百分比 分子数×分子量 =重量 重量百分比 钾长石 0.109 ×579.2 =63.12 7.62% 方解石 0.670 ×100.1 =67.07 8.09% 菱镁矿 0.221 × 84.3 =18.63 2.25% 高岭土 0.893 ×284.4 =238.61 28.80%


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