（一）陶粒矿石原料

陶粒矿石的原料是指用于制造陶粒的岩石，统称为陶粒页岩，但它包括:

1.沉积形成的粘土和页岩:油页岩、泥岩、粉砂岩等。

2.火山和火山沉积形成的珍珠岩、凝灰岩和凝灰岩砂岩；

3.千枚岩、板岩等。由于上述岩石的变质作用；

4.煤矸石、粉煤灰等工业废弃物。

其中，煤矸石成分复杂，可造粒的主要是页岩。上述陶粒原料中，以页岩和粘土为主，其次是油页岩、板岩和千枚岩。从广义上讲，这些岩石属于粘土岩。

从国内外陶粒原料来看，其产出时间和分布范围较广，几乎大部分地区都有。目前国内使用的陶粒页岩主要属于石炭系、二叠纪和侏罗纪地层，其次是第三纪地层。它多产于煤系地层中，适合综合开发利用。陶粒粘土一般产于第四纪，多产于上更新统和全新统。油页岩存在于某些地区的侏罗纪、白垩纪和第三纪地层中。

(2)陶粒的分类及陶粒的膨胀机理

1.陶粒的分类

(1)按所用原料，有粘土陶粒、页岩陶粒、油页岩陶粒、煤矸石陶粒和粉煤灰陶粒等。

(2)按体积密度:

①一般堆积密度陶粒:堆积密度>:400Kg/m3

②超轻容重陶粒:容重200 ~ 400 kg/m3。

③超轻容重陶粒:容重< 200Kg/m3

市面上卖的陶粒一般都是按照容重分级的，每级100 kg/m3为一级。比如700陶粒的容重是610 & mdash700 kg/m3和800级陶粒的容重为710-800 kg/m3等。

(3)根据颗粒大小:

①陶粒:粒径>:5mm

②陶砂:粒径< 5mm

2.陶粒的膨胀机理。

球膨胀有两个基本条件:一是在膨胀温度下能产生适当的粘度和表面张力；二是同时产生足够的气体。

当达到膨胀温度时，颗粒内部的粘度必须低到一定程度，这样颗粒才能在气体的作用下膨胀；但是粘度和表面张力不能太小，以免气泡破裂。球的表面要有比其内部更高的粘度，一方面可以防止球内部产生的气体逸出，另一方面可以减少球与球之间的粘连形成大块。球内气体的膨胀力应该刚好等于球热成型时的表面张力。如果气体膨胀力过大，会造成小球破裂，气体逸出；如果膨胀力小，就不会膨胀。

原料的膨胀性是由其熔体的粘度和焙烧过程中挥发性气体的产生引起的。可以看出，陶粒原料的膨胀主要受化学成分、矿物成分、物理性能和焙烧工艺的控制。

(1)原料的化学成分按其功能可分为三类:

①陶瓷的主要成分:SiO2和A12O3，约占原料的3/4，在高温下形成玻璃熔体。一般含量过高，熔点高，粘度高，膨胀性能变低；含量过低时，会影响陶粒的强度。

②助熔剂氧化物:Na2O、K2O、CaO、MgO、FeO，在陶瓷形成中起助熔作用，能降低溶液的形成温度。Na2O和K2O是最强的助熔剂，其次是CaO和FeO。含量过高，颗粒会产生较多的液态物质，容易粘结甚至熔化。如果含量太低，溶胀性会变低。当K2O和Na2O共存时，效果较好，在较低温度下可以形成熔融液体，但在较高温度下熔融液体的量增加很少。CaO、MgO、FeO使熔液温度高，温度稍有升高，熔液量急剧增加，不是理想成分。

③产气物质:是在高温下通过还原、分解和相互作用生成H2O、一氧化碳、二氧化碳和少量SO3的重要物质。它们可以使主要物质发泡，这是毛孔扩张的驱动力。气态物质主要包括:

氧化铁(赤铁矿)& mdash氧气、二氧化碳

S2 =(黄铁矿)& mdash硫、二氧化硫、三氧化硫

Fe2O3 & middotNH2O(褐铁矿)& mdash氧气、二氧化碳、水

方解石(CaCO3)、CaMg(CO 3)2(白云石)& mdash二氧化碳

CaSO4(石膏)& mdashSO 3

c(碳)& mdash氧气、二氧化碳

有机物& mdashH2、N2、一氧化碳、二氧化碳

沸石& mdashH2O

其中，氧化铁和碳是主要的气体反应物质。

Fe2O3在氧化气氛中稳定，但在还原气氛中不稳定。只要介质中含有1%的CO，就很容易变成Fe3O4。在还原介质中，温度低于570℃时，Fe3O4可直接还原为Fe，还原顺序为Fe2O3-Fe3O4-Fe。当温度高于570℃时，还原顺序为Fe2O3-Fe3O 4-FeO+Fe。

如果球中有适量的碳，就可以保证CO2+C-2CO反应的存在。在高温下，CO可作为还原剂将高价氧化铁还原成低价氧化铁，甚至还原成金属铁，同时释放的CO2与碳反应生成体积为CO2两倍的CO。这样气体的量会越来越多，粒料在高温热塑性和闭壳的条件下膨胀。

原料的化学成分是决定球团膨胀的重要因素之一。列和威尔逊提出了一个，用SiO2 & mdashAl2O3 & mdash熔剂是三元体系的相图和适合烧制陶粒的化学组成范围(见图6-mdash；1)，他们认为虚线内的化学成分是SiO2 53 & mdash79%，al2o 3 12 & mdash；16%，熔剂氧化物8-mdash；24%可以烧制成膨胀陶粒。

(2)原料的矿物成分

矿物成分是膨胀的重要因素。粘土矿物伊利石、蒙脱石、沸石、绿泥石等。都是有效的膨胀矿物质。丹麦强调超轻陶粒的粘土原料必须以伊利石为主，蒙脱石次之。这些矿物颗粒较细，含有层间水或结合水，因此不仅使矿物颗粒松散，而且在加热和高温过程中起到很好的膨胀作用。

图6-1李丽丽& middot威尔逊陶粒原料化学成分范围图

(3)原材料的物理性质

①粒径:越细越有利于膨胀。一般要求以泥粒为主，因为这些泥粒多为粘土矿物，具有可塑性、粘结性和吸水性，离子交换能力强，有利于吸水、成球、风干或干燥保持一定的强度。细颗粒在热塑过程中容易结合。因此，陶粒的原料是粘土岩、粉质粘土岩或粉质粘土岩。砂质或砂质粘土岩及其变种，如泥岩、页岩和板岩等。

②可塑性:原料的可塑性与陶粒的容重成反比。高膨胀原料的塑性指数不小于25；中等膨胀原料一般不低于15%。塑性指数小于15的原料膨胀性能差，原料承载能力低，球团强度低，不利于工艺操作。但可以通过添加可塑性强的添加剂来改善。如北京门头沟煤矸石的塑性指数为7，加入塑性指数为13的粘土，球团强度明显提高。

③耐火性和软化温度范围:原料耐火性不能太高。如果耐火性高，热塑性时粘度会高，不利于膨胀；但也不能太低。如果耐火性低，容易造成粘结。一般耐火等级为1100 & mdash230℃为宜。软化温度范围是指材料开始软化熔化的温度范围。软化温度范围越大，膨胀温度范围越大，有利于膨胀，便于热力操作。原料的气体反应发生在软化温度范围内，这对膨胀是有意义的。

(4)焙烧过程

焙烧试验是确定矿石原料膨胀性能的重要试验方法，也是确定能否作为陶粒原料和评价矿床经济价值的重要依据。焙烧试验中各工艺过程采用的工艺数据和操作方法对膨胀性能有影响。有时候，某个产地的原料，一开始并没有很好的膨化效果。经过多次试验，分析原因并采取措施，最终取得了良好的溶胀效果。影响膨胀效果的烘焙工艺因素有:

①研磨细度:以10 ~ 25%的筛渣通过4900目//Cm2筛为宜。粒度太粗不利于燃烧，粒度太细增加成本，效果也不一定好。

②球团含水量:这与原料的吸水性有关，抚顺、克拉玛依等地的原料含水量一般为6-mdash；22%，门头沟煤矸石为14%。在不影响湿球强度的情况下，稍高的含水量有利于膨胀。

③球团的内聚力:这与原料的粒度和含砂量有关。如果原料粗糙多沙，粘结性不好，导致球团大量破损，形成较多的粉末和碎料，燃烧时容易造成粘结。可塑性差的时候，粘结性也差。在原料中加入适量可塑性较高的粘土，可以提高其粘结性。

④球团预热:球团在进入高温炉或窑之前，必须进行预热，否则容易破碎，膨化效果不好。砂质材料容易爆裂，粘土材料不容易爆裂。湿球爆裂温度为350 & mdash40℃时，球团预热速度较慢，预热温度为300 & mdash400℃，预热时间10-mdash；二十分钟。

⑤球团焙烧温度和时间:在确定球团适宜膨胀温度范围和最佳膨胀温度时，必须严格控制焙烧温度，否则难以获得良好的膨胀效果。最好通过烘烤快速达到最佳膨胀温度。烧制后需要快速退出高温区，一般烧制时间为6-mdash；十分钟。对于含碳量高的原料，要求在高温下停留的时间稍长，以去除多余的碳，有利于燃烧膨胀。

焙烧时，窑内要保持氧化气氛，使球团矿表面形成Fe2O3，使球团矿表面粘度大于球团矿内粘度，窑内要有足够的空气体过剩系数。