摘 要:鋁是陶瓷產(chǎn)品化學(xué)組成中的重要元素，本文對(duì)陶瓷原料中的含鋁化合物或礦物的物理化學(xué)及工藝性能作了闡述，并詳細(xì)分析了氧化鋁對(duì)陶瓷坯體、釉料及微晶玻璃的作用與影響。

關(guān)鍵詞:化學(xué)組成;鋁

1 鋁的基本物理、化學(xué)性質(zhì)

與硅一樣，鋁也是優(yōu)先選擇配位數(shù)為4的鍵，形成所謂的鋁氧四面體。不過(guò)與硅不同的有兩點(diǎn)，一是鋁氧四面體整體帶負(fù)電荷(硅氧四面體是電荷中性的)，需要額外的陽(yáng)離子與之平衡;二是鋁除了主要選擇sp3雜化軌道外，有時(shí)還選擇有sp3d2的雜化軌道，即選擇配位數(shù)為6的鍵。例如，剛玉(Al2O3)中的Al即為六次配位的鋁，莫來(lái)石(3Al2O3·2SiO2)中的鋁一半為四次配位，一半為六次配位。鋁的離子半徑小，電荷較高，極化能力也強(qiáng)，與氧結(jié)合的Al-O鍵強(qiáng)度較高。鋁屬于輕金屬，也屬于化學(xué)活動(dòng)性較高的兩性金屬。它與一些非金屬B、Si、 P、As、O、S、Se、Te以及鹵族元素在受熱時(shí)都可發(fā)生反應(yīng)，生成三價(jià)化合物;它與酸和堿均發(fā)生反應(yīng)生成氫氣;鋁與氧易發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)并且釋放出大量的熱，所以鋁是較強(qiáng)的還原劑，它可以把很多金屬氧化還原出金屬單質(zhì)，例如Cr、Si等，這種方法也常稱(chēng)為鋁熱法。

2 鋁的存在形式及主要性質(zhì)

鋁是地殼中豐度處于第三高的位置，它的存在形式主要有兩類(lèi)，一類(lèi)是氧化鋁(和含水氧化鋁)，一類(lèi)是鋁硅酸鹽。尚有少量以硫酸鹽復(fù)鹽形式存在的礬類(lèi)，分述如下:

2.1氧化鋁和含水氧化鋁

氧化鋁存在三種主要變體，分別為α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。前者在自然界以剛玉的形式存在，后兩者是制備 Al2O3過(guò)程中的人工產(chǎn)物。

α-Al2O3即稱(chēng)為剛玉，它是最致密、最穩(wěn)定的變體。α-氧化鋁是氫氧化鋁和含水氧化鋁在高溫下的燒成產(chǎn)物，溫度越高，生成的α-氧化鋁就越多。1980℃以上的高溫可以獲得幾乎100%的α-氧化鋁。α-氧化鋁(即剛玉)是莫氏硬度為9的高硬度材料，它可以作優(yōu)良的磨具材料，雖然它的硬度不如金剛石和碳化硅，但它的韌性好，可用作金屬研磨。α-氧化鋁的熔點(diǎn)高，為2045℃，因此也可作為耐火材料，如含鋯的電熔鋯剛玉以及合成高純莫來(lái)石等都是窯爐不可缺少的耐火材料。α-氧化鋁的比重較大，為3.94～4.20，因此剛玉球或高鋁球又是球磨機(jī)的高級(jí)磨料，遠(yuǎn)較二氧化硅(比重為2.6～2.9)球石研磨效率高。α-Al2O3的化學(xué)性質(zhì)也相對(duì)惰性，它不溶于水，不溶于一般酸、堿，只微溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿，但能被氫氟酸和硫酸氫鉀浸蝕。

β-氧化鋁是含有極少量堿金屬的氧化鋁，屬于六方晶系，比重低于剛玉，為3.32～3.69，莫氏硬度也較低，為5.5～6.0。α-Al2O3在1500～1800℃并有堿金屬成份存在的條件下可轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3，它也只有在Al2O3熔體極緩慢冷卻下才形成，而且僅在高溫下才穩(wěn)定。它的最大特點(diǎn)是具有很大的離子導(dǎo)電能力，是固體電池的理想材料。

γ-氧化鋁是人工制備的產(chǎn)物，它是氫氧化鋁在低溫下(450℃)生成的變體，它也可由一水軟鋁石和三水軟鋁石在950℃附近加熱生成，這種變體在1000℃以上加熱就要轉(zhuǎn)變成α-Al2O3。通常的工業(yè)氧化鋁即屬于γ-Al2O3，這種氧化鋁的最大特點(diǎn)是活性強(qiáng)，因此適用于制備陶瓷和色料等。γ-氧化鋁屬于四方晶系(假等軸晶系)，比重為3.42～3.62，硬度也低于α- Al2O3。這種白色松散的結(jié)晶粉末也是由粒度小于0.1μm的晶體組成的多孔球形體，球形體的平均粒徑為40～70μm，它的Al2O3含量大于98%。

含水氧化鋁在自然界的主要產(chǎn)出形式是鋁土礦，它是一種無(wú)塑性的類(lèi)似粘土的礦石。鋁土礦的主要礦物組成是一水硬鋁石(AlOOH)、一水軟鋁石(AlOOH)和三水軟鋁石[Al(OH)3]。雜質(zhì)礦物種類(lèi)較多，有高嶺石、石英、赤鐵礦、針鐵礦、金紅石、方解石、電氣石、鋯英石、綠泥石和有機(jī)物等。鋁土礦一般分為兩種:一種是一水型的鋁土礦，主要是由一水硬鋁石和(或)一水軟鋁石組成;另一種是三水型的鋁土礦，主要由三水軟鋁石組成。一水型的鋁土礦多屬沉積礦床，熱液型與變質(zhì)型較少，多產(chǎn)于我國(guó)北方地區(qū)。三水型鋁土礦主要是在表生條件下，由長(zhǎng)石等鋁硅酸鹽礦物經(jīng)風(fēng)化、水解生成的。熱帶與亞熱帶氣候有利于三水鋁石的生成，多產(chǎn)于我國(guó)福建、廣東、海南地區(qū)的紅土分布區(qū)。

我國(guó)根據(jù)鋁土礦中的Al2O3含量以及雜質(zhì)含量將鋁土礦分為三級(jí):A級(jí)Al2O3≥70% ，B 級(jí)Al2O3 60%～70%，C級(jí)Al2O3 50%～60% 。由于鋁土礦中的Fe2O3、TiO2含量較多，燒成白度低，故在陶瓷工業(yè)直接用鋁土礦原礦者很少，筆者曾將含70% Al2O3的B級(jí)鋁土礦用于利用釩鈦礦渣生產(chǎn)黑色拋光磚，獲得了成功。利用它的高耐火性解決了釩鈦礦渣容易起泡的技術(shù)難題。在陶瓷工業(yè)，通常利用鋁土礦制備匣缽、耐火窯具和筑爐材料，使用前這些鋁土礦都要經(jīng)過(guò)預(yù)先煅燒，煅燒溫度通常要高于制品的燒成溫度。

2.2鋁硅酸鹽

不管是陶瓷坯體，還是釉料與微晶玻璃，其氧化鋁的主要來(lái)源除了工業(yè)氧化鋁以外，主要是從一些鋁硅酸鹽的礦產(chǎn)中獲得，這些礦產(chǎn)包括:高嶺土、蠟石礦、瓷土、膨潤(rùn)土、鈉長(zhǎng)石礦(將在Na章節(jié)述及)、鉀長(zhǎng)石礦(將在K節(jié)述及)、霞石正長(zhǎng)巖，現(xiàn)將前四種鋁硅酸鹽分述如下:

2.2.1高嶺土

高嶺土主要是由高嶺石類(lèi)的礦物組成，這類(lèi)礦物包括:高嶺石、地開(kāi)石、珍珠陶土、偏埃洛石，其中以高嶺石為主。它們的晶體化學(xué)式相同，為Al4[Si4O10](OH)8;它們的理論化學(xué)組成為:SiO2 46.54%;Al2O339.5%;H2O 13.96%。高嶺土越純，它的Al2O3含量就越接近理論值。

高嶺石是自然界分布最廣的礦物之一，它主要是由富含鋁硅酸鹽(如長(zhǎng)石、云母等)的巖漿巖和變質(zhì)巖，在酸性介質(zhì)的環(huán)境里，經(jīng)風(fēng)化淋濾作用或低溫?zé)嵋航淮饔?，同時(shí)釋放并帶走Na+、K+等堿質(zhì)后生成的。高嶺土的地質(zhì)產(chǎn)狀分為三類(lèi):一類(lèi)是原生風(fēng)化殘積型(即所謂的一次高嶺土);一類(lèi)是風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積型(即所謂的二次高嶺土);一類(lèi)是所謂低溫?zé)嵋何g變型高嶺土。在一般情況下，一次原生殘積高嶺土的顆粒較粗，塑性較差一些;風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積型二次高嶺土由于經(jīng)過(guò)水體或風(fēng)力的搬運(yùn)分選，使聚集沉積在水盆地底部的高嶺土礦物顆粒度細(xì)，再加上常常含有植物等有機(jī)物，故它的塑性較好，礦體本身的顏色也較深，甚至呈黑色。南方的黑泥和北方的煤層中的紫木節(jié)土就屬于此類(lèi)礦床類(lèi)型。

高嶺土最重要的性能是它的可塑性，現(xiàn)今傳統(tǒng)陶瓷坯體的成形強(qiáng)度主要就是靠高嶺土的可塑性。高嶺土的可塑性來(lái)源于它的兩種性能:第一是它極細(xì)的粒度，大小接近膠體范圍，多小于0.5μm;第二是它呈六方鱗片狀，且鱗片的表面帶負(fù)電荷，而鱗片的邊緣在較寬的pH值范圍內(nèi)帶凈正電荷。故它們平行地相互結(jié)合在一起，在較大范圍內(nèi)滑動(dòng)時(shí)也不致失去這種結(jié)合力，這就是可塑性的主要原因。高嶺土礦多為土狀或致密塊狀，易于捏碎，并有滑感。土狀高嶺土加水后會(huì)有膨脹散開(kāi)的特點(diǎn)，但它的膨脹散開(kāi)的程度低于膨潤(rùn)土。比重為2.16～2.80，土狀高嶺土的莫氏硬度為1，致密塊狀的高嶺土莫氏硬度為2。高嶺土礦物在加熱過(guò)程中發(fā)生如下反應(yīng):

該反應(yīng)是傳統(tǒng)陶瓷的基本反應(yīng)，它有三個(gè)特點(diǎn):第一是反應(yīng)前后的體積收縮大，按礦物的克分子體積計(jì)算，這種體積收縮達(dá)20%以上，這個(gè)反應(yīng)對(duì)于解釋傳統(tǒng)陶瓷一般收縮較大具有重要指導(dǎo)意義;第二是反應(yīng)前的高嶺石的Al為四次配位，結(jié)合強(qiáng)度高，不易被酸堿侵蝕，當(dāng)它反應(yīng)生成莫來(lái)石后，莫來(lái)石中的一半的Al轉(zhuǎn)為六次配位，成為帶有不飽和鍵的離子，因此它的抗酸性、抗堿性下降;第三是1200℃以上莫來(lái)石生成量才能大為增多。針狀莫來(lái)石的生成對(duì)于坯體強(qiáng)度的增加、賦予坯體較高的機(jī)械強(qiáng)度有重要意義。

還值得指出，高嶺土在600℃左右加熱生成的偏高嶺土，其中的SiO2與Al2O3的反應(yīng)活性增強(qiáng)，可與CaO、MgO以及硅灰石、透輝石反應(yīng)生成新的礦物相，并形成較低溫度的共熔物(玻璃相)。這樣的反應(yīng)是一些含CaO、MgO的礦物，如硅灰石、透輝石、石灰石、菱鎂礦、滑石等，實(shí)現(xiàn)低溫快速燒成的主要理論基礎(chǔ)，這些將在Ca章節(jié)述及。

最后需要補(bǔ)充的是高嶺土礦物的鑒定方法。高嶺土可靠的鑒定方法是差熱分析與X射線(xiàn)衍射分析。在高嶺土的差熱曲線(xiàn)中，600℃左右有一特征明顯的吸熱谷，980℃左右有一特征放熱峰;在高嶺土的X射線(xiàn)衍射曲線(xiàn)中，在d=7、3.5、1.75處有明顯的衍射峰。

2.2.2蠟石礦

葉蠟石的理論化學(xué)式為Al2[Si4O10](OH)2。從晶體結(jié)構(gòu)與化學(xué)式可以看出，葉蠟石的SiO2含量高于高嶺石，為66.7%;Al2O3含量低于高嶺石，為28.3% ;葉蠟石的含H2O量在所有含水的鋁硅酸鹽中是最低的，為5%。

葉蠟石屬單斜晶系，晶體少見(jiàn)，多為鱗片狀或隱晶致密的塊狀，有時(shí)呈放射葉片狀集合體。晶體呈玻璃光澤，致密塊體呈油脂蠟狀光澤，解理面呈珍珠光澤，比重2.65～2.90，莫氏硬度1～2。葉蠟石在加熱過(guò)程中伴隨有兩種過(guò)程，一是脫水過(guò)程，它自550℃開(kāi)始緩慢脫水，到900℃左右，5%的結(jié)構(gòu)水完全脫去;另一是體積膨脹過(guò)程，750℃ 之前緩慢膨脹，從750℃ 起膨脹量加大，直至900℃左右結(jié)束，1100℃ 開(kāi)始又稍微膨脹。在葉蠟石的差熱曲線(xiàn)中，在600～700℃之間有個(gè)較為平緩的吸熱谷，并在800～900℃之間有一不明顯的吸熱臺(tái)階，在1120～1150℃，出現(xiàn)較為明顯的放熱峰。吸熱過(guò)程表明它失去結(jié)構(gòu)水，放熱過(guò)程表明葉蠟石反應(yīng)生成了莫來(lái)石和方石英(見(jiàn)式2):

由葉蠟石、莫來(lái)石、方石英的克分子體積數(shù)值計(jì)算表明，葉蠟石在加熱過(guò)程中，不僅沒(méi)有像高嶺石那樣發(fā)生較大的體積收縮，反而略有膨脹(2%)。這是葉蠟石難得的工藝性能，它可以制備燒成收縮小的陶瓷坯體。此外，葉蠟石還可以使陶瓷坯體的燒成范圍加寬，增加坯體燒成強(qiáng)度 ，減少燒裂、翹曲變形，減低濕膨脹等;同時(shí)由于它的硬度較小，還能減少壓制模具的磨損。由式(2)還可以看出，由于葉蠟石的二氧化硅含量較高(相對(duì)于高嶺石)，它生成的方石英也較多，因此它對(duì)陶瓷坯體的熱穩(wěn)定性不利，抗熱沖擊性能較差。同時(shí)由于上下燒成溫度差異造成坯體表層與底層生成的方石英的量不同，也是陶瓷坯體產(chǎn)生后期反彈的重要因素。葉蠟石的耐火度較高，為1710～1770℃ ，因此它也可用于制造特殊的耐火材料，這種耐火材料的線(xiàn)膨脹系數(shù)變化小，熱穩(wěn)定性高、體積密度小、熱導(dǎo)率低、承載性能優(yōu)良。

葉蠟石礦基本上是富鋁巖石受熱液蝕變作用的產(chǎn)物，我國(guó)福建壽山、浙江青田等地的葉蠟石，系由白堊紀(jì)的流紋巖和流紋質(zhì)凝灰?guī)r經(jīng)熱液蝕變作用生成的。產(chǎn)于富鋁結(jié)晶片巖中的葉蠟石，可能是由富含粘土礦物的沉積物在高溫條件下變質(zhì)生成的。

2.2.3瓷土

瓷土，有時(shí)也稱(chēng)瓷石，它是一種屬于粘土類(lèi)的礦石，也是多種礦物成分組成的巖石。其中主要礦物組成是伊利石或絹云母一類(lèi)的水云母礦物和石英、長(zhǎng)石、高嶺石等。需要指明的是，伊利石或絹云母都不是嚴(yán)格礦物學(xué)意義上的礦物，它們都是水白云母類(lèi)的礦物，或者說(shuō)是白云母到高嶺石風(fēng)化的中間過(guò)渡種類(lèi)。因此，無(wú)論是伊利石，還是絹云母，它們的化學(xué)成分介于高嶺石和白云母之間，并且靠白云母更近一些。它們的理論化學(xué)式:

K1-x(H2O)x{Al2[AlSi3O10](OH)2-x(H2O)x｝，從化學(xué)式可以看出，伊利石和絹云母的K2O成分較白云母低一些，但遠(yuǎn)多于高嶺石;它們的H2O含量較白云母多一些，但也遠(yuǎn)低于高嶺石。嚴(yán)格地說(shuō)，伊利石與絹云母也略有不同，伊利石的K2O含量比絹云母稍低一些，水含量稍多一些，蝕變程度比絹云母稍強(qiáng)一些。

主要由伊利石組成的瓷土不多，河北省邢臺(tái)市章村產(chǎn)的瓷土主要是伊利石組成，其次是石英、鈉長(zhǎng)石、白云母。絹云母、石英、高嶺石組成的瓷石則相對(duì)較多，地質(zhì)上定名的絹英巖就是瓷石，例如江西南港瓷石、山東博山大青土、安徽祁門(mén)瓷石、江西三寶蓬瓷石都屬此類(lèi)。

顧名思義，瓷土或瓷石是可以單獨(dú)成瓷的，這表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是它有一定的可塑性，含伊利石或絹云母較多的瓷土或瓷石至少可以滿(mǎn)足自成形需要，不過(guò)它的塑性要遠(yuǎn)差于高嶺土和蒙脫石。另一方面，它的燒結(jié)溫度較低，在1100～1150℃條件下可以燒結(jié)成瓷，這是與高嶺石、蒙脫石的不同之處。與高嶺土、蒙脫石的不同還在于它的干燥收縮相對(duì)較小，吸水膨脹較小，干燥強(qiáng)度較小，燒成收縮也較小。

伊利石的成因主要是長(zhǎng)石、白云母礦物的風(fēng)化作用，特別是在K+離子存在的條件下;次要的成因是蒙脫石類(lèi)礦物受含K+離子的交代、蝕變作用。地質(zhì)產(chǎn)狀為風(fēng)化沉積型和低溫?zé)嵋何g變型。我國(guó)有名的較純伊利石產(chǎn)自河北省邢臺(tái)市章村，該礦主要是伊利石礦物，其次有鈉長(zhǎng)石、白云母、石英;江西省南港產(chǎn)的瓷石主要由石英、絹云母、高嶺石組成。此外，還須指出，還有一些伊利石、絹云母類(lèi)的礦物存在于我國(guó)廣泛分布的紫頁(yè)巖、紫砂類(lèi)的瓷土中，這種瓷土除了含伊利石、絹云母、石英之外，尚有具有可塑性強(qiáng)的高嶺石、蒙脫石、綠泥石(含鐵的層狀硅酸鹽)。

鑒定伊利石、絹云母之類(lèi)的水云母礦物最有效的方法是X射線(xiàn)衍射方法。在它的X射線(xiàn)衍射曲線(xiàn)中，d=10、5、3.33附近有較強(qiáng)的衍射峰，且衍射峰比較彌散。

2.2.4膨潤(rùn)土

膨潤(rùn)土又名斑脫土或微晶高嶺土，它的主要組成礦物為蒙脫石。蒙脫石屬于層狀硅酸鹽，它也是與葉蠟石、伊利石相類(lèi)似的由2:1型單元結(jié)構(gòu)組成的，即由兩層硅氧四面體層中間夾一層鋁氧(氫氧)八面體層組成的。它與葉蠟石的不同之處在于:

(1)硅氧四面體的硅被少于1/3的鋁所替代;

(2)八面體中的鋁常被低價(jià)的陽(yáng)離子如Mg2+、Ca2+所替代;

(3)在單元結(jié)構(gòu)層之間有較多的H2O分子存在，這是蒙脫石遇水膨脹的內(nèi)在原因，這種膨脹可達(dá)到原來(lái)體積的5～19倍。在一定條件下，單元結(jié)構(gòu)層之間還可容納更大的有機(jī)分子，致使膨脹倍數(shù)達(dá)到30倍以上;

(4)四面體層與八面體層陽(yáng)離子替代的結(jié)果，使單元結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生多余的負(fù)電荷(約有-0.66單位電荷)。為了平衡此種多余負(fù)電荷，在單元結(jié)構(gòu)層中間，除了有水分子存在外，尚有較大半徑的陽(yáng)離子Na+、Ca2+等存在。這種平衡陽(yáng)離子的存在又是蒙脫石具有離子交換性質(zhì)的內(nèi)在原因。

膨潤(rùn)土與伊利石的差異主要在于:

(1)單元層間距離較大，常在13.0～13.5范圍，伊利石單元層間距為10左右;

(2)層間有Na+、Ca2+等陽(yáng)離子，而少有伊利石那樣的K+離子;

(3)層間的水分子多于伊利石;

(4)蒙脫石具有遇水膨脹性，而伊利石則沒(méi)有這種膨脹性。

蒙脫石的化學(xué)成分比較復(fù)雜，理論化學(xué)式近似為(Na，1/2 Ca)x(H2O)4(Al2-xMgx)[Si4O10](OH)2。從我國(guó)的膨潤(rùn)土的化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)來(lái)看，蒙脫石的Al2O3含量約為16.5%，SiO2含量約為51%，H2O含量約為23%。多含CaO和MgO，此時(shí)稱(chēng)鈣鎂膨潤(rùn)土。不同交換陽(yáng)離子的膨潤(rùn)土的性能各具不同特點(diǎn)，也就產(chǎn)生不同的用途。例如鋰膨潤(rùn)土常用作潤(rùn)滑劑，氫基膨潤(rùn)土(也稱(chēng)酸性膨潤(rùn)土)用作漂白劑。

蒙脫石除了具有吸水多、膨脹大等特點(diǎn)外，它的另外獨(dú)有的特點(diǎn)是它的顆粒度極細(xì)，大都小于0.5μm，可塑性極強(qiáng)，干燥后的強(qiáng)度也很大，利用它的這種性能，可以將它用作陶瓷坯體的補(bǔ)強(qiáng)劑、增塑劑。但膨潤(rùn)土的干燥收縮太大，用量太多會(huì)在干燥及燒成過(guò)程中產(chǎn)生開(kāi)裂。此外，膨潤(rùn)土常有一定量的Fe、Ti雜質(zhì)，燒后白度較低，這也是它不能大量使用的原因之一。隨著我國(guó)優(yōu)質(zhì)高嶺土資源逐漸消耗，可塑性粘土的短缺問(wèn)題遲早要到來(lái)，因此，用少量的膨潤(rùn)土替代或部分替代高嶺土應(yīng)該是解決原料短缺問(wèn)題的途徑之一。

蒙脫石還有一個(gè)重要特點(diǎn)是它的觸變性、增稠性，這種性能有時(shí)對(duì)釉漿或泥漿的懸浮性非常有利，不會(huì)發(fā)生沉淀現(xiàn)象。但對(duì)于注漿成形的衛(wèi)生瓷生產(chǎn)則是非常不利，因?yàn)橛|變性太大的泥漿容易凝固在泥漿管道中，造成輸送困難。

在膨潤(rùn)土的差熱曲線(xiàn)中，100～300℃是層間水脫除的明顯吸熱谷;600℃的吸熱谷是結(jié)構(gòu)水的逸出;900℃的吸熱谷對(duì)應(yīng)于蒙脫石的結(jié)構(gòu)破壞;1000℃后的放熱效應(yīng)是對(duì)應(yīng)莫來(lái)石新相的生成。一般來(lái)說(shuō)，膨潤(rùn)土的燒結(jié)溫度高于伊利石而低于高嶺石。

還需指出，在制備滲花拋光磚時(shí)，要避免引入膨潤(rùn)土，因?yàn)樗龅綕B透液會(huì)發(fā)生膨脹，進(jìn)而阻止?jié)B透液向下滲透。其實(shí)，在制備滲花拋光磚時(shí)，使用高嶺土也不能過(guò)多，因?yàn)楦邘X土遇滲透液也稍有膨脹，也會(huì)阻止?jié)B透液的順利向下滲透。此外，壓制成形時(shí)的比壓力也不應(yīng)太大，否則易造成坯體反彈。

膨潤(rùn)土主要是火山巖在堿性環(huán)境中風(fēng)化而形成的。我國(guó)具有工業(yè)價(jià)值的膨潤(rùn)土多產(chǎn)于我國(guó)東部的中生代火山巖系中，儲(chǔ)量豐富、質(zhì)地較純。如遼寧、吉林、黑龍江、河北、河南、山東、浙江、福建等地均有產(chǎn)出。鑒定膨潤(rùn)土的有效手段主要靠它的加水膨脹性、化學(xué)分析、差熱分析和X射線(xiàn)衍射分析。在膨潤(rùn)土的X射線(xiàn)衍射曲線(xiàn)中，最為特征的是它在d=14.5～15.5處的明顯的衍射，如將其用乙二醇處理時(shí)則衍射峰移至到17～18處。

3 氧化鋁對(duì)陶瓷坯體、釉料及微晶玻璃的作用與影響

3.1 對(duì)陶瓷坯體的作用與影響

(1) 對(duì)燒成溫度的作用與影響

氧化鋁可明顯提高陶瓷坯體的燒成溫度，在陶瓷常規(guī)原料中，它是提高坯體燒成溫度最有效的組份，這與氧化鋁本身的高熔點(diǎn)(達(dá)2045℃)有關(guān)。

(2) 對(duì)熱膨脹系數(shù)的影響

氧化鋁成分將明顯降低陶瓷坯體的熱膨脹系數(shù)。這與氧化鋁在陶瓷坯體中的存在狀態(tài)有關(guān)，氧化鋁在陶瓷坯體中的存在狀態(tài)主要有兩種:一種是莫來(lái)石，它的線(xiàn)膨脹系數(shù)較小，為4.5×10-6/℃;一種是長(zhǎng)石類(lèi)，鈣長(zhǎng)石的線(xiàn)膨脹系數(shù)為6.36×10-6/℃;鈉長(zhǎng)石的線(xiàn)膨脹系數(shù)為7.4×10-6/℃;鉀長(zhǎng)石的線(xiàn)膨脹系數(shù)為7.5×10-6/℃，均較小。所以在陶瓷坯體中增加氧化鋁含量將降低陶瓷坯體的熱膨脹系數(shù)，特別是當(dāng)氧化鋁生成莫來(lái)石時(shí)，其降低熱膨脹系數(shù)的作用更為明顯。

(3) 對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的影響

如前所述，氧化鋁在陶瓷坯體中的存在形式為莫來(lái)石和長(zhǎng)石。莫來(lái)石的存在有利于提高坯體的韌性，這與針狀莫來(lái)石的晶形關(guān)系很大，針狀莫來(lái)石有利于形成交織連鎖結(jié)構(gòu)。長(zhǎng)石的存在有利于含Al玻璃相的生成，含Al玻璃相的彈性模量要高于含Si玻璃相，這也是導(dǎo)致氧化鋁陶瓷坯體韌性高的原因。要解決陶瓷坯體，特別是拋光磚等瓷質(zhì)坯體的脆性問(wèn)題，增加氧化鋁含量是最佳的選擇。此外，氧化鋁的加入，還有利于坯體硬度的提高，因?yàn)闊o(wú)論是莫來(lái)石，還是長(zhǎng)石，它們的莫氏硬度均在6.0～8.0范圍。

(4) 對(duì)坯體透明度的影響

氧化鋁在陶瓷坯體中的存在形式不同，將對(duì)陶瓷坯體的透明度產(chǎn)生不同的影響。當(dāng)以莫來(lái)石形式存在時(shí)，由于莫來(lái)石的折光率(1.64～1.65)相對(duì)玻璃相(正常為1.50～1.55)較高，再加上此時(shí)的玻璃相也較少，將對(duì)透明度產(chǎn)生不利的影響。當(dāng)以長(zhǎng)石形式存在時(shí)，由于長(zhǎng)石的存在會(huì)導(dǎo)致陶瓷坯體(特別是較高溫度燒成的陶瓷坯體)的玻璃相增加，而且長(zhǎng)石的折光率為1.52～1.59，與玻璃相的折光率(1.50～1.55)相近，故對(duì)陶瓷坯體的透明度將產(chǎn)生有利的影響。因此可以認(rèn)為，氧化鋁或粘土礦物(高嶺石等)加入陶瓷坯體中將使坯體，特別是瓷質(zhì)坯體透明度變差，而以長(zhǎng)石的形式加入到陶瓷坯體中，將使瓷質(zhì)坯體的透明度趨好。

(5) 對(duì)耐化學(xué)腐蝕性的影響

氧化鋁對(duì)陶瓷坯體的耐水性、耐酸性、耐堿性來(lái)說(shuō)，都有有利的作用。因?yàn)闊o(wú)論是以莫來(lái)石，還是長(zhǎng)石形式存在，氧化鋁都有優(yōu)良的耐水、耐酸性。對(duì)耐熱堿的極端腐蝕性，氧化鋁的作用尚不明確，目前尚無(wú)統(tǒng)一的觀點(diǎn)，但能滿(mǎn)足常規(guī)陶瓷坯體的耐堿性要求。

(6) 對(duì)燒成范圍的影響

提高陶瓷坯體中氧化鋁的含量，會(huì)大大拓寬陶瓷坯體的燒成范圍，因?yàn)楹趸X的玻璃相粘度較大，坯體在高溫下不易變形。當(dāng)然，這需要陶瓷坯體不能含有大量速熔性的Ca2+、Mg2+、Na+的存在(特別是Ca2+)，這些元素的存在將大大降低玻璃相的高溫粘度。

3.2對(duì)釉料及微晶玻璃的作用與影響

在釉料及微晶玻璃的玻璃相中，鋁氧四面體與硅氧四面體的大小相近，因此，Al也是玻璃網(wǎng)絡(luò)的形成體，Al2O3在玻璃中可部分置換硅。只有當(dāng)堿質(zhì)含量低、Al2O3含量高時(shí)，少量的Al才可能有六次配位，成為網(wǎng)絡(luò)改性體。但在所研究的釉料及微晶玻璃的絕大多數(shù)成分范圍內(nèi)，這種情況極為少見(jiàn)。只有在高耐磨釉料中，釉中的Al才有以六次配位形式出現(xiàn)，但那是晶態(tài)α-Al2O3(剛玉)，而非玻璃態(tài)。

(1) 對(duì)始熔溫度與熔化溫度的影響

在一般情況下，氧化鋁可以明顯提高釉料及微晶玻璃的始熔溫度與熔化溫度，這與對(duì)陶瓷坯體的作用一致。一次燒成的釉料與微晶玻璃希望始熔溫度高一些，以使釉料及微晶玻璃在熔合封閉之前，有足夠的加熱時(shí)間將坯體中的粘土礦物與碳酸鹽的水氣、CO2氣體等能夠順暢排出。這對(duì)一次燒成釉料，特別是一次燒成的透明熔塊、鋯白熔塊、無(wú)光釉熔塊非常重要。當(dāng)然，提高始熔溫度的成分除Al2O3外， 還有CaO、MgO等，但氧化鋁提高始熔溫度是最為明顯、有效的。

(2)對(duì)粘度的影響

Al既是與Si相容的、對(duì)稱(chēng)的網(wǎng)絡(luò)形成體，又是與Si-O鍵強(qiáng)相近的與氧鍵合的元素，因此，與SiO2一樣，Al2O3也能大幅度提高釉料及微晶玻璃的粘度。Al2O3提高粘度的作用也比較突出，但與SiO2相比，效果要相對(duì)差一些，因?yàn)橐階l2O3進(jìn)入Si-O網(wǎng)絡(luò)時(shí)，還要有陽(yáng)離子平衡由于Al3+替代Si4+所致的多余的負(fù)電荷。

(3)對(duì)表面張力的影響

在幾乎所有的元素中，氧化鋁賦予釉料及微晶玻璃的表面張力最高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于SiO2。當(dāng)然，除了氧化鋁之外，氧化鎂與氧化鈣也能夠提高組分的表面張力。

(4)對(duì)析晶與分相的影響

氧化鋁對(duì)釉料及微晶玻璃的析晶與分相影響有三種情況:第一，對(duì)于透明釉、透明玻璃粒料來(lái)說(shuō)，氧化鋁是有效的穩(wěn)定劑。也就是說(shuō)，氧化鋁有利于保持透明釉、透明玻璃不析晶。第二，對(duì)于以輝石相、鋇長(zhǎng)石相、尖晶石相、堇青石相為微晶相的微晶玻璃來(lái)說(shuō)，氧化鋁是組成這些微晶相的必要成分;而對(duì)以硅灰石為微晶相的微晶玻璃來(lái)說(shuō)，氧化鋁是抑制硅灰石析晶的成分，如果沒(méi)有氧化鋁，硅灰石則析晶過(guò)快，致使氣體不能排出，表面也會(huì)不能熔平而呈顆粒狀。第三，氧化鋁可以控制鋯白釉及銅紅微晶析晶的大小，避免因析晶顆粒尺寸過(guò)大而造成鋯白釉白度降低，或使銅紅微晶玻璃發(fā)生“瓷化”。

(5)對(duì)熱膨脹性能的影響

與硅一樣，氧化鋁也可降低釉料及微晶玻璃的熱膨脹系數(shù)，但硅對(duì)降低熱膨脹的作用要更為穩(wěn)定和明顯。

(6) 對(duì)耐化學(xué)腐蝕性的影響

與對(duì)坯體的耐化學(xué)腐蝕性影響一樣，總的來(lái)說(shuō)，氧化鋁對(duì)提高釉料與微晶玻璃的耐化學(xué)腐蝕性是有利的。對(duì)于釉面耐水性和耐酸性非常有利，特別是當(dāng)氧化鋁含量不高時(shí)更是如此。至于耐堿性，雖然氧化鋁對(duì)提高釉面的耐堿性也有效果，但應(yīng)該不大。

(7) 對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的影響

氧化鋁可增加釉料及微晶玻璃的彈性模量，其計(jì)算的特征系數(shù)值相當(dāng)于氧化硅的兩倍，這對(duì)于提高釉料及微晶玻璃的機(jī)械強(qiáng)度，特別是提高抗張強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度非常有效。但對(duì)提高釉料表面的硬度，氧化鋁的作用不大，遠(yuǎn)小于氧化硅的作用，甚至低于氧化鎂、氧化鋅、氧化硼等。需要提醒的是，如果在釉料中加入硬度較高的α-Al2O3(剛玉)，并且在燒成過(guò)程中不完全熔解于釉料時(shí)，這將大大提高釉的硬度與耐磨性。部分仿古磚釉料的高硬度、高耐磨性的表面就是通過(guò)這種方法獲得的。