铸造用砂铸造工艺学.pptx

天然硅砂、人造砂天然硅砂、人造砂天然硅砂：由火成岩风化形成天然硅砂：由火成岩风化形成山砂：风化后就地储集。泥多、粒形不规则。六合、唐山山砂：风化后就地储集。泥多、粒形不规则。六合、唐山海砂、湖砂、河砂：经过水利搬运。颗粒圆整，大小较均匀。海砂、湖砂、河砂：经过水利搬运。颗粒圆整，大小较均匀。海砂：北戴河、广东新会、福建东山、山东海砂：北戴河、广东新会、福建东山、山东 湖砂：江西都昌、星子湖砂：江西都昌、星子 河砂：上海吴淞、河南郑庵河砂：上海吴淞、河南郑庵风积砂：经风力搬运，颗粒更圆整、均匀。内蒙古。风积砂：经风力搬运，颗粒更圆整、均匀。内蒙古。人造砂：人造砂：石英砂岩：沉积的石英颗粒被胶体二氧化硅或氧化铁、碳酸钙等胶结成石英砂岩：沉积的石英颗粒被胶体二氧化硅或氧化铁、碳酸钙等胶结成块状，质地疏松，易加工破碎，颗粒大多呈现多角状。块状，质地疏松，易加工破碎，颗粒大多呈现多角状。石英岩：沉积的石英砂粒在地质高温高压作用下，经过变质而形成坚固、石英岩：沉积的石英砂粒在地质高温高压作用下，经过变质而形成坚固、整体的岩石。整体的岩石。SiO2含量高、质地坚硬，破碎后呈尖角状。含量高、质地坚硬，破碎后呈尖角状。第1页/共111页在铸造生产中，石英砂是应用最广、用量最大的铸造用砂。它的粒度等级广泛，能与各种铸造粘结剂结合，资源丰富，价格低廉，在一般的情况下基本上满足铸造用砂的要求。第2页/共111页 优点：优点：硅砂来源广，价格低，能满足一般铸铁、铸钢和非铁硅砂来源广，价格低，能满足一般铸铁、铸钢和非铁合金合金 铸件生产的铸件生产的 要求而得到广泛应用要求而得到广泛应用 硅砂的优缺点硅砂的优缺点 缺点：缺点：1.1.热膨胀系数比较大，而且在热膨胀系数比较大，而且在573573时会因相变而产生突时会因相变而产生突然然 膨胀膨胀；2.2.热扩散热扩散率（表示物体使其内部各点的温度趋于一致的率（表示物体使其内部各点的温度趋于一致的能力。其值大，则物体内各点的温差小）比较低；能力。其值大，则物体内各点的温差小）比较低；3.3.蓄热系数（表示原砂的冷却能力，其值大，则加快铸型蓄热系数（表示原砂的冷却能力，其值大，则加快铸型内部铸件的凝固和冷却速度）比较低；内部铸件的凝固和冷却速度）比较低；4.4.容易与铁的氧化物发生化学反应，对铸型与金属的界容易与铁的氧化物发生化学反应，对铸型与金属的界面反应起不面反应起不 良影响良影响；5.5.在生产高合金钢铸件或大型铸钢件时，使用硅砂配制在生产高合金钢铸件或大型铸钢件时，使用硅砂配制的型砂，铸件容易发生粘砂缺陷，使铸件的清砂十分困难；的型砂，铸件容易发生粘砂缺陷，使铸件的清砂十分困难；6.6.清砂过程中，操作人员长期吸入硅石粉尘易患矽肺病清砂过程中，操作人员长期吸入硅石粉尘易患矽肺病。第3页/共111页1.1.2.1.1.2.非非石英质原砂石英质原砂 为了改善劳动条件，预防矽肺病，提高铸件表面质量，在铸钢生产中已逐为了改善劳动条件，预防矽肺病，提高铸件表面质量，在铸钢生产中已逐渐采用一些非石英质原砂来配制无机和有机粘结剂型砂、芯砂或涂料。渐采用一些非石英质原砂来配制无机和有机粘结剂型砂、芯砂或涂料。优点：优点：具有较高的耐火度、热导率、热扩散率和蓄热系数，热膨胀系具有较高的耐火度、热导率、热扩散率和蓄热系数，热膨胀系 数低而且膨胀均匀，无体积突变，与金属氧化物的反应能力低数低而且膨胀均匀，无体积突变，与金属氧化物的反应能力低。能得到表面质量高的铸件并改善清砂劳动条件。能得到表面质量高的铸件并改善清砂劳动条件。缺点：价格较高，比较稀缺，缺点：价格较高，比较稀缺，非石英质原砂：非石英质原砂：橄榄石砂、铬铁矿砂、锆砂、石灰石砂、镁砂、刚玉砂、碳质橄榄石砂、铬铁矿砂、锆砂、石灰石砂、镁砂、刚玉砂、碳质 材料、耐火熟料等。材料、耐火熟料等。第4页/共111页1.锆砂（锆砂（zircon sand）矿物组成：四方晶系的锆英石矿物组成：四方晶系的锆英石ZrSiO4。性能：密度性能：密度4.4-4.7g/cm3、莫氏硬度、莫氏硬度7-8、熔点、熔点2038-2420，随杂质而不同、烧结点随杂质而不同、烧结点1540。热膨胀率比其它原砂都小，。热膨胀率比其它原砂都小，可避免夹砂类缺陷，热导率、蓄热系数、密度都比石英高，所可避免夹砂类缺陷，热导率、蓄热系数、密度都比石英高，所以冷却能力强，化学稳定性高，不被金属或金属氧化物润湿，以冷却能力强，化学稳定性高，不被金属或金属氧化物润湿，不易产生粘砂缺陷。其缺点是难以获得粗砂、有放射性、价格不易产生粘砂缺陷。其缺点是难以获得粗砂、有放射性、价格昂贵。昂贵。规格：根据国家专业标准规格：根据国家专业标准铸造用锆砂铸造用锆砂ZBJ31005-88按化学按化学成分分四等级；按粒度分三组，有中细砂、细砂、特细砂。见成分分四等级；按粒度分三组，有中细砂、细砂、特细砂。见表表应用：合金钢及大型铸钢件的面砂、磨粉制成抗粘砂涂料、涂应用：合金钢及大型铸钢件的面砂、磨粉制成抗粘砂涂料、涂膏。膏。第5页/共111页2 铬铁矿砂（铬铁矿砂（chromite sand）矿物组成及化学成分：主要矿物组成为铬铁矿、镁铬铁矿、铝矿物组成及化学成分：主要矿物组成为铬铁矿、镁铬铁矿、铝镁铬铁矿，其中主要化学成分为镁铬铁矿，其中主要化学成分为Cr2O3，其它有，其它有MgO、FeO、AI2O3、少量、少量SiO2及杂质。及杂质。性能：密度性能：密度4.0-4.8g/cm3、莫氏硬度、莫氏硬度5.5-6、耐火度大于、耐火度大于1900、化学性能稳定，抗碱性渣比镁砂更好、化学性能稳定，抗碱性渣比镁砂更好、1700以前以前无相变，体积稳定，热导率比石英大数倍，激冷能力强、有固无相变，体积稳定，热导率比石英大数倍，激冷能力强、有固相烧结，抗钢液渗透能力比锆砂强。其缺陷为热膨胀率大（相烧结，抗钢液渗透能力比锆砂强。其缺陷为热膨胀率大（2倍于锆砂）、粒形不圆、偏碱性，耗酸值大，用树脂砂时要多倍于锆砂）、粒形不圆、偏碱性，耗酸值大，用树脂砂时要多加硬化剂。加硬化剂。应用：厚大铸钢件、合金钢铸件、局部热结处面砂，涂料。应用：厚大铸钢件、合金钢铸件、局部热结处面砂，涂料。性能分级及粒度分组：按中国造型公司企业标准。性能分级及粒度分组：按中国造型公司企业标准。第6页/共111页3.镁砂（镁砂（magnesite）主要成分主要成分主要成分为主要成分为MgO，（菱镁矿），（菱镁矿）MgCO2MgO+CO2。菱镁矿高温煅烧（。菱镁矿高温煅烧（1500-1650）使）使MgO重结晶、重结晶、烧结、破碎、分选。烧结、破碎、分选。性能：熔点高、蓄热系数高（是石英砂的一倍半）、性能：熔点高、蓄热系数高（是石英砂的一倍半）、热膨胀率比石英小，无相变引起的体积膨胀、化学性热膨胀率比石英小，无相变引起的体积膨胀、化学性能稳定，不与能稳定，不与MnO、FeO反应，用于锰钢可防止粘反应，用于锰钢可防止粘砂。砂。规格：见表，按规格：见表，按MgO的含量，有两种规格。的含量，有两种规格。第7页/共111页4.橄榄石砂（橄榄石砂（olivine sand）矿物组成及化学成分：矿物组成及化学成分：（Mg，Fe）2SiO4是由含是由含Mg2SiO4高的高的橄榄石制成。见图。铸造用橄榄石常含有橄榄石制成。见图。铸造用橄榄石常含有5-10%的铁橄榄石。的铁橄榄石。性能：熔点性能：熔点1600-1760 、热膨胀率比石英小而且均匀（见图、热膨胀率比石英小而且均匀（见图1-2-10），不易发生夹砂类缺陷。烧结点低），不易发生夹砂类缺陷。烧结点低1200，但不为金属润，但不为金属润湿，具有化学惰性。与钢液接触形成致密层防止粘砂。同时，由于湿，具有化学惰性。与钢液接触形成致密层防止粘砂。同时，由于无晶型转变，热膨胀率低，故不易产生夹砂类缺陷。无晶型转变，热膨胀率低，故不易产生夹砂类缺陷。规格：根据中国造型公司企业标准规格：根据中国造型公司企业标准XQ/ZQS-4-86，按物理化学性，按物理化学性能分两级，按粒度分两组（见表）。生产中通过破碎、细磨、分级、能分两级，按粒度分两组（见表）。生产中通过破碎、细磨、分级、水洗。水洗。应用：用于高锰钢铸件可防止铸件粘砂，也可防止对人体的危害。应用：用于高锰钢铸件可防止铸件粘砂，也可防止对人体的危害。第8页/共111页5.石灰石砂（石灰石砂（limestone sand）矿物组成与化学成分矿物组成与化学成分 三种矿物组成：石灰石型、白云石型、大理石型三种矿物组成：石灰石型、白云石型、大理石型 主要化学成分：主要化学成分：CaCO3性能性能 优势：与石英砂相比，有如下优势：优势：与石英砂相比，有如下优势：a 无硅尘危害无硅尘危害 b 铸件表面光洁，清砂容易铸件表面光洁，清砂容易 c 钢液流动性好，铸钢棱角清晰。钢液流动性好，铸钢棱角清晰。d 铸件致密，因石灰石分解吸热，表层冷却速度比石英砂快。铸件致密，因石灰石分解吸热，表层冷却速度比石英砂快。e 资源丰富。资源丰富。缺陷：缺陷：a 硬度较低，故在混砂和造型时易破碎，恶化型砂性能。硬度较低，故在混砂和造型时易破碎，恶化型砂性能。b 浇注时分解并与钢液作用，导致缩沉、气孔浇注时分解并与钢液作用，导致缩沉、气孔 c 对工人技术要求高对工人技术要求高第9页/共111页6 6）耐火）耐火熟料熟料 特特 性：性：为多孔性材料，密度约为为多孔性材料，密度约为1.45g/cm1.45g/cm3 3，热膨胀率小，耐火热膨胀率小，耐火 度高，铁及其氧化物对它的浸润性较小。度高，铁及其氧化物对它的浸润性较小。适用范围：用作铸造大型碳素钢铸件涂料和熔模铸造的制壳材料。适用范围：用作铸造大型碳素钢铸件涂料和熔模铸造的制壳材料。7 7）碳质材料碳质材料 特特 性：性：化学活性很低，不被金属液和金属氧化物浸润，耐火度高，化学活性很低，不被金属液和金属氧化物浸润，耐火度高，导热性好，热容量大，热膨胀率很低。导热性好，热容量大，热膨胀率很低。适用范围：用作面砂代替冷铁。适用范围：用作面砂代替冷铁。8 8）刚）刚 玉玉 特特 性：性：化学成分是化学成分是-Al-Al2 2O O3 3，耐火度为，耐火度为1850185020502050，硬度高，硬度高，热热导率高，热膨胀率小。结构致密，能抗酸和碱的浸蚀。导率高，热膨胀率小。结构致密，能抗酸和碱的浸蚀。适用范围：适用范围：用于铸造精度高、表面粗糙度低的合金钢铸件。用于铸造精度高、表面粗糙度低的合金钢铸件。第10页/共111页1.1.3铸造用砂的选择铸造用砂的选择第11页/共111页 原砂中颗粒直径小于原砂中颗粒直径小于0.020mm部分所占的质量部分所占的质量分数分数称为原砂的含泥量原砂的含泥量。原砂的含泥量原砂的含泥量对型砂的强度型砂的强度、透气性透气性和耐火度耐火度等性能都有很大的影响有很大的影响。铸造用砂的含泥量一般用冲洗法测定冲洗法测定。它是根据不同大小的颗粒在液体中的下沉速度是不同的原理进行的。第12页/共111页 铸造用砂的颗粒组成铸造用砂的颗粒组成包括颗粒的尺寸大小颗粒的尺寸大小和不同颗粒大小不同颗粒大小之间的分布情况之间的分布情况。原砂的颗粒组成对型砂的强度型砂的强度、透气性透气性以及铸型的尺寸精度铸型的尺寸精度与表面质量表面质量都有很大的影响，是判断铸造用砂质量的重要性能指标之一。铸造用砂的颗粒组成采用筛分法测定筛分法测定。我国GB94422010规定的筛孔尺寸与美国铸造学会(AFS)规定的标准基本相同(见表15)。第13页/共111页序号序号1 12 23 34 45 56 67 78 89 91 10 01 11 1底盘底盘筛孔尺筛孔尺寸寸（mmmm）3 3.3 35 51.1.7 70 00.0.8 85 50 00 0.6 60 00 00.0.4 42 25 50.0.3 30 00 00 0.2 21 12 20 0.1 15 50 00.0.1 10 06 60.0.0 07 75 50.0.0 05 53 3美国筛美国筛号号6 61 12 22 20 03 30 04 40 05 50 07 70 01 10 00 01 14 40 02 20 00 02 27 70 0底盘底盘美国筛美国筛孔尺寸孔尺寸（mmmm）3 3.3 36 61.1.6 68 80.0.8 84 41 10 0.5 59 95 50.0.4 42 20 00.0.2 29 97 70 0.2 21 10 00 0.1 14 49 90.0.1 10 05 50.0.0 07 74 40.0.0 05 53 3第14页/共111页(1)列表法列表法：将筛分的结果用表格表示，如表铸造手册所示。这种方法比较麻烦，不便称呼，且不能立即看出颗粒组成的特征。(2)图解法图解法：用横坐标表示筛孔尺寸，纵坐标表示各筛子上的停留量，这种方法可直观地看出颗粒分布，但绘图费事，且不便称呼。(3)平均细度法平均细度法：平均细度是假设砂样的总表面积保持不变的条件下，将砂样换算成同样重量均一直径的颗粒所能通过的筛号表示，砂粒愈细则平均细度值愈大。第15页/共111页单粒砂单粒砂的颗粒形状颗粒形状可分为多角形多角形尖角形尖角形砂粒砂粒可分为单粒砂单粒砂和复合砂粒复合砂粒两种。圆形砂圆形砂第16页/共111页 图原砂粒形分类图原砂粒形分类 第17页/共111页 粒貌是指砂粒的表面状况。用显微镜或电子显微镜观察砂粒表面，可见其常覆有一层泥、粘土、含水氧化铁和氧化铝等的薄膜，很少有完全干净和光洁的砂粒表面。每克砂粒的总表面积称为原砂的比表面积。它与原砂的颗粒组成、粒形及粒貌有关。颗粒小的原砂其比表面积大；颗粒组成相同时，圆形的、表面光洁的原砂比表面积小。第18页/共111页 铸造用砂的热物理性能铸造用砂的热物理性能一般包括比热比热、导热性导热性、蓄热特性蓄热特性和热膨胀性热膨胀性等。其中蓄热特性和热膨胀性是影响铸件质量的主要性能。蓄热特性常以蓄热系数蓄热系数b表示：第19页/共111页 铸造用砂的蓄热特性对铸件凝固有着重要的影响铸造用砂的蓄热特性对铸件凝固有着重要的影响，蓄热系数愈大，吸收的热量愈多，铸件的冷却速度愈蓄热系数愈大，吸收的热量愈多，铸件的冷却速度愈快，铸件的结晶组织愈细。快，铸件的结晶组织愈细。表21示出在不同耐火材料制成的型壳中铸件的凝固时间及其蓄热系数。表16不同耐火材料的蓄热系数和铸件在型壳中的凝固时间耐火材料耐火材料名称名称型壳的初型壳的初始温度始温度蓄热系数蓄热系数（J/(m2J/(m2 s1/s1/2 2）凝固凝固时间时间石英砂石英砂20201115.21115.25454锆英砂锆英砂2020836.4836.4100.100.8 8石英玻璃石英玻璃2020627.3627.3200.200.4 4第20页/共111页 铸造用砂的热膨胀性铸造用砂的热膨胀性是影响铸件尺寸精度，是影响铸件尺寸精度，引起铸件产生夹砂等缺引起铸件产生夹砂等缺陷的重要因素陷的重要因素。铸造用砂的热膨胀性主要取决取决于于其化学及矿物组成和化学及矿物组成和所处的温度所处的温度。不同的铸造用砂的线膨胀率是不同的，而且，随着温度的变化每一种铸造用砂的线膨胀率的变化也是不同的。图21所示为常用耐火材料的线膨胀率随温度变化的规律。第21页/共111页型（芯）砂承受高温作用的能力称为耐火度。主要与原砂耐火度有关。粗砂、圆形砂的耐火度比细砂、尖角形砂、多角形砂的耐火度高。第22页/共111页 热稳定性热稳定性亦称抗热冲击性，是指耐火材料抵指耐火材料抵抗温度急剧变化而不开裂的性能。抗温度急剧变化而不开裂的性能。铸造用砂在铸造用砂在高温液态金属高温液态金属的热作用下的热作用下，应具有良好的热化学稳定性良好的热化学稳定性，不与液态金属及其氧化物不与液态金属及其氧化物发生反应发生反应，不与粘结剂的氧化物形成低熔点的共不与粘结剂的氧化物形成低熔点的共熔物熔物，否则，将使铸件产生粘砂粘砂、麻点麻点等缺陷。第23页/共111页铸造用砂的牌号铸造用砂的牌号表示如下：表示如下：第24页/共111页 砂型铸造用粘结剂的主要作用是在造型材料的外层砂型铸造用粘结剂的主要作用是在造型材料的外层形成有一定强度的连续粘结薄膜，将砂粒粘结为一个形成有一定强度的连续粘结薄膜，将砂粒粘结为一个整体而形成铸型。整体而形成铸型。1.2.11.2.1、粘结材料分类、粘结材料分类 按粘结机理分，物理成膜和化学成膜，按化学组成按粘结机理分，物理成膜和化学成膜，按化学组成分为有机和无机粘结剂。常用的铸造粘结材料有粘土、分为有机和无机粘结剂。常用的铸造粘结材料有粘土、水玻璃、树脂、油脂等。水玻璃、树脂、油脂等。1.2.21.2.2、铸造用粘土、铸造用粘土 1.1.粘土的组成：粘土是由石英（粘土的组成：粘土是由石英（SiOSiO2 2），三氧化），三氧化二铝（二铝（AlAl2 2OO3 3）及微量金属氧化物、硫化物等细小结）及微量金属氧化物、硫化物等细小结晶质矿物组成，其主要成分是水化硅酸铝晶质矿物组成，其主要成分是水化硅酸铝（mAlmAl2 2OO3 3nSiOnSiO2 2xHxH2 2OO）。）。2.2.粘土的种类：主要分为铸造用普通粘土和铸造粘土的种类：主要分为铸造用普通粘土和铸造用膨润土两类用膨润土两类第25页/共111页1.2.11.2.1粘土的分类及结构粘土的分类及结构（1 1）普通粘土：）普通粘土：普通粘土的主要矿物是高岭石，主要成分为普通粘土的主要矿物是高岭石，主要成分为AlAl2 2OO3 32SiO2SiO2 22H2H2 2OO，其吸水率，膨胀性都比较小，粘结性，其吸水率，膨胀性都比较小，粘结性较差湿强度较低，烘干后干强度较好，而且开裂倾向较小；较差湿强度较低，烘干后干强度较好，而且开裂倾向较小；另外耐火度较高。另外耐火度较高。普通粘土主要适用于作需要烘干的粘土砂型和砂芯的粘普通粘土主要适用于作需要烘干的粘土砂型和砂芯的粘结剂。结剂。（2 2）铸造用膨润土）铸造用膨润土 铸造用膨润土的主要矿物是蒙脱石，主要成分是铸造用膨润土的主要矿物是蒙脱石，主要成分是AlAl2 2OO3 34SiO4SiO2 2nHnH2 2OO，吸水膨胀较大，粘结性好。，吸水膨胀较大，粘结性好。铸造用膨润土适于做湿型砂的粘结材料。铸造用膨润土适于做湿型砂的粘结材料。铸造生产中常用的有钙膨润土铸造生产中常用的有钙膨润土PCaPCa、钠膨润土、钠膨润土PNaPNa和钙和钙钠膨润土钠膨润土PCaNaPCaNa等。等。第26页/共111页1.2.21.2.2粘土的分类粘土的分类铸铸造造用用粘粘土土 膨膨润润土土 普普通通粘粘土土 化学式为化学式为AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O O 主要成分为高岭石类粘土矿物主要成分为高岭石类粘土矿物 化学式为化学式为AlAl2 2O O3 34SiO4SiO2 2H H2 2O nHO nH2 2O O 主要成分为蒙脱石类粘土矿物主要成分为蒙脱石类粘土矿物 膨润土用符号膨润土用符号P P表示表示 普通粘土用符号普通粘土用符号N表示表示 第27页/共111页高岭石和蒙脱石的晶体基本结构单位高岭石和蒙脱石的晶体基本结构单位 第28页/共111页普通粘土和膨润土性能比较普通粘土和膨润土性能比较 （1 1）高岭石类粘土矿物高岭石类粘土矿物 1 1）晶体结构特点）晶体结构特点单位晶层由一层硅氧四面体和一层铝氧、氢氧八面体构成单位晶层由一层硅氧四面体和一层铝氧、氢氧八面体构成四面体的顶端都指向八面体层，并与八面体共用顶端的氧原子四面体的顶端都指向八面体层，并与八面体共用顶端的氧原子 单位晶层沿一个方向一层层地重叠起来，在另外两个方向无限展开单位晶层沿一个方向一层层地重叠起来，在另外两个方向无限展开 2 2）性能特点）性能特点相邻单位晶层的结合比较牢固，晶体比较粗大，比表面积较小相邻单位晶层的结合比较牢固，晶体比较粗大，比表面积较小 水仅能进入晶层间被吸附在晶体边缘，吸水膨胀性小，粘结性较差水仅能进入晶层间被吸附在晶体边缘，吸水膨胀性小，粘结性较差 第29页/共111页（2 2）蒙脱石）蒙脱石类粘土矿物类粘土矿物 1 1）晶体结构特点）晶体结构特点单位晶层由两层硅氧四面体中间夹着一层铝氧、氢氧八面体构成单位晶层由两层硅氧四面体中间夹着一层铝氧、氢氧八面体构成两层四面体的顶端都指向八面体层且与八面体共用顶端的氧原子两层四面体的顶端都指向八面体层且与八面体共用顶端的氧原子 单位晶层沿一个方向一层层重叠，在另外两个方向无限展开单位晶层沿一个方向一层层重叠，在另外两个方向无限展开 2 2）性能特点）性能特点晶层之间结合力较弱，蒙脱石的晶粒细小，比表面积大；晶层之间结合力较弱，蒙脱石的晶粒细小，比表面积大；水能进入晶层间及晶体表面，吸水膨胀较大，粘结性好。水能进入晶层间及晶体表面，吸水膨胀较大，粘结性好。第30页/共111页粘土粘土的粘结性能的粘结性能膨膨润润土土 钠钠膨膨润润土土 钙钙膨膨润润土土 主要交换性阳离子为钙离子主要交换性阳离子为钙离子主要交换性阳离子为钠离子主要交换性阳离子为钠离子钠膨润土用符号钠膨润土用符号PNa表示表示 钙膨润土用符号钙膨润土用符号PCa表示表示 酸酸性性膨膨润润土土碱碱性性膨膨润润土土用符号用符号S表示表示用符号用符号J表示表示 膨润土分类膨润土分类第31页/共111页 膨润土理化特性膨润土理化特性 优点优点：a.a.吸水率吸水率和膨胀倍数大，在介质中分散性好和膨胀倍数大，在介质中分散性好c.c.有较好有较好的可塑性，较高的强度及抗加砂能力等的可塑性，较高的强度及抗加砂能力等 b.b.热稳定性热稳定性好，在较高的温度下仍能保持其膨胀性好，在较高的温度下仍能保持其膨胀性缺点：缺点：吸水速度较慢吸水速度较慢d.d.资源较丰富，开采和供应比较方便资源较丰富，开采和供应比较方便。活化处理活化处理是指根据粘土的阳离子交换特性，对钙基膨润土进是指根据粘土的阳离子交换特性，对钙基膨润土进 行处理，使之转变为钠基膨润土。行处理，使之转变为钠基膨润土。活化剂：活化剂：最最常用的活化剂为碳酸钠，加入量一般为膨润土的常用的活化剂为碳酸钠，加入量一般为膨润土的4%4%5%5%；化学反应化学反应机理：机理：CaCa2+2+蒙脱石蒙脱石+Na+Na2 2COCO3 3NaNa+蒙脱石蒙脱石+CaCO+CaCO3 3 膨润土膨润土的活化处理的活化处理 第32页/共111页 2 2粘土粘土粘土粘土-水体系水体系水体系水体系 粘土在湿润状态下含有三种水分粘土在湿润状态下含有三种水分粘土在湿润状态下含有三种水分粘土在湿润状态下含有三种水分 吸湿水：吸湿水：吸湿水：吸湿水：在在在在105105即可烘去。即可烘去。即可烘去。即可烘去。层间吸附水：层间吸附水：层间吸附水：层间吸附水：水分子呈层状分布于矿物的晶体结构水分子呈层状分布于矿物的晶体结构水分子呈层状分布于矿物的晶体结构水分子呈层状分布于矿物的晶体结构层之间，数量可变。大约层之间，数量可变。大约层之间，数量可变。大约层之间，数量可变。大约3-103-10个水分子数量级。在物个水分子数量级。在物个水分子数量级。在物个水分子数量级。在物理状态上与自由液态水不同。其密度大、热容量小、理状态上与自由液态水不同。其密度大、热容量小、理状态上与自由液态水不同。其密度大、热容量小、理状态上与自由液态水不同。其密度大、热容量小、冰点低，有很大的粘滞性。冰点低，有很大的粘滞性。冰点低，有很大的粘滞性。冰点低，有很大的粘滞性。晶格水：晶格水：晶格水：晶格水：所谓结构水，就是以所谓结构水，就是以所谓结构水，就是以所谓结构水，就是以OH-OH-、H+H+等离子形等离子形等离子形等离子形式存在于矿物晶格结构中的式存在于矿物晶格结构中的式存在于矿物晶格结构中的式存在于矿物晶格结构中的“水水水水”，在晶格中有一定，在晶格中有一定，在晶格中有一定，在晶格中有一定的位置而且数量固定。因此，非在高温结构遭受破坏的位置而且数量固定。因此，非在高温结构遭受破坏的位置而且数量固定。因此，非在高温结构遭受破坏的位置而且数量固定。因此，非在高温结构遭受破坏的情况下，是不会结合成水分子逸出的。的情况下，是不会结合成水分子逸出的。的情况下，是不会结合成水分子逸出的。的情况下，是不会结合成水分子逸出的。第33页/共111页 交换阳离子对结合水量的影响交换阳离子对结合水量的影响交换阳离子对结合水量的影响交换阳离子对结合水量的影响 阳离子以阳离子以阳离子以阳离子以水化离子水化离子水化离子水化离子（水分子在离子周围按一定方向排（水分子在离子周围按一定方向排（水分子在离子周围按一定方向排（水分子在离子周围按一定方向排列起来）形式存在于粘土单位晶层底面附近，带负电列起来）形式存在于粘土单位晶层底面附近，带负电列起来）形式存在于粘土单位晶层底面附近，带负电列起来）形式存在于粘土单位晶层底面附近，带负电的粘土颗粒吸附水化阳离子形成双电层（水化膜）。的粘土颗粒吸附水化阳离子形成双电层（水化膜）。的粘土颗粒吸附水化阳离子形成双电层（水化膜）。的粘土颗粒吸附水化阳离子形成双电层（水化膜）。在粘土胶核的表面负电量相同的情况下，吸附低价离在粘土胶核的表面负电量相同的情况下，吸附低价离在粘土胶核的表面负电量相同的情况下，吸附低价离在粘土胶核的表面负电量相同的情况下，吸附低价离子（如子（如子（如子（如Na+Na+）时，在胶粒表面外吸附层中被平衡的电）时，在胶粒表面外吸附层中被平衡的电）时，在胶粒表面外吸附层中被平衡的电）时，在胶粒表面外吸附层中被平衡的电荷少，粘土胶粒的电动电位较高，并且其电动电位随荷少，粘土胶粒的电动电位较高，并且其电动电位随荷少，粘土胶粒的电动电位较高，并且其电动电位随荷少，粘土胶粒的电动电位较高，并且其电动电位随距颗粒表面距离缓慢下降，可以延伸到较远的地方。距颗粒表面距离缓慢下降，可以延伸到较远的地方。距颗粒表面距离缓慢下降，可以延伸到较远的地方。距颗粒表面距离缓慢下降，可以延伸到较远的地方。因此可吸引更多层的水分子，水化膜较厚因此可吸引更多层的水分子，水化膜较厚因此可吸引更多层的水分子，水化膜较厚因此可吸引更多层的水分子，水化膜较厚(如图如图如图如图)。这。这。这。这一点对粘土的粘结性有很大影响。一点对粘土的粘结性有很大影响。一点对粘土的粘结性有很大影响。一点对粘土的粘结性有很大影响。第34页/共111页第35页/共111页 3.3.粘土的粘结机理粘土的粘结机理粘土的粘结机理粘土的粘结机理 粘土的湿态粘结性粘土的湿态粘结性粘土的湿态粘结性粘土的湿态粘结性 a a 桥联结桥联结桥联结桥联结：按胶体化学理论，粘土在水中形成水：按胶体化学理论，粘土在水中形成水：按胶体化学理论，粘土在水中形成水：按胶体化学理论，粘土在水中形成水-粘粘粘粘土胶体。带负电的粘土颗粒将极性水分子吸引在自己土胶体。带负电的粘土颗粒将极性水分子吸引在自己土胶体。带负电的粘土颗粒将极性水分子吸引在自己土胶体。带负电的粘土颗粒将极性水分子吸引在自己周围，形成胶团的水化膜如图，依靠粘土间的公共水周围，形成胶团的水化膜如图，依靠粘土间的公共水周围，形成胶团的水化膜如图，依靠粘土间的公共水周围，形成胶团的水化膜如图，依靠粘土间的公共水化膜，通过其中的化膜，通过其中的化膜，通过其中的化膜，通过其中的水化阳离子水化阳离子水化阳离子水化阳离子所起的桥或键的作用，所起的桥或键的作用，所起的桥或键的作用，所起的桥或键的作用，使粘土颗粒相互连接起来，产生湿态粘结性。如图。使粘土颗粒相互连接起来，产生湿态粘结性。如图。使粘土颗粒相互连接起来，产生湿态粘结性。如图。使粘土颗粒相互连接起来，产生湿态粘结性。如图。公共水化膜公共水化膜公共水化膜公共水化膜就是粘土胶粒间的公共扩散层，在公就是粘土胶粒间的公共扩散层，在公就是粘土胶粒间的公共扩散层，在公就是粘土胶粒间的公共扩散层，在公共扩散层中阳离子的吸引作用下，相邻的粘土颗粒互共扩散层中阳离子的吸引作用下，相邻的粘土颗粒互共扩散层中阳离子的吸引作用下，相邻的粘土颗粒互共扩散层中阳离子的吸引作用下，相邻的粘土颗粒互相结合起来。粘土胶粒的扩散层越薄，这种吸引力越相结合起来。粘土胶粒的扩散层越薄，这种吸引力越相结合起来。粘土胶粒的扩散层越薄，这种吸引力越相结合起来。粘土胶粒的扩散层越薄，这种吸引力越强。而扩散层的厚薄直接与加入的水量有关，若水分强。而扩散层的厚薄直接与加入的水量有关，若水分强。而扩散层的厚薄直接与加入的水量有关，若水分强。而扩散层的厚薄直接与加入的水量有关，若水分过低过低过低过低，则不能形成完整的水化膜；若水分，则不能形成完整的水化膜；若水分，则不能形成完整的水化膜；若水分，则不能形成完整的水化膜；若水分过高过高过高过高，就会，就会，就会，就会出现自由水，在这两种情况下，湿态粘结力都不大。出现自由水，在这两种情况下，湿态粘结力都不大。出现自由水，在这两种情况下，湿态粘结力都不大。出现自由水，在这两种情况下，湿态粘结力都不大。另外，粘土颗粒越小，表面的吸附作用越强，粘结力另外，粘土颗粒越小，表面的吸附作用越强，粘结力另外，粘土颗粒越小，表面的吸附作用越强，粘结力另外，粘土颗粒越小，表面的吸附作用越强，粘结力越大。越大。越大。越大。第36页/共111页第37页/共111页 b b 表面联结表面联结表面联结表面联结：直接吸附在粘土颗粒表面的：直接吸附在粘土颗粒表面的：直接吸附在粘土颗粒表面的：直接吸附在粘土颗粒表面的极性水分极性水分极性水分极性水分子子子子彼此连成彼此连成彼此连成彼此连成六角网格结构六角网格结构六角网格结构六角网格结构，增加水分，逐渐发展成接，增加水分，逐渐发展成接，增加水分，逐渐发展成接，增加水分，逐渐发展成接二连三的水分子层，粘土颗粒就靠这种二连三的水分子层，粘土颗粒就靠这种二连三的水分子层，粘土颗粒就靠这种二连三的水分子层，粘土颗粒就靠这种网格水分子彼网格水分子彼网格水分子彼网格水分子彼此此此此连接，从而产生湿态粘结力。联结力的大小主要受连接，从而产生湿态粘结力。联结力的大小主要受连接，从而产生湿态粘结力。联结力的大小主要受连接，从而产生湿态粘结力。联结力的大小主要受含水量的影响。如图含水量的影响。如图含水量的影响。如图含水量的影响。如图2-1-262-1-26第38页/共111页 桥联结的强弱受离子种类、粘土与水的质量比例影响。桥联结的强弱受离子种类、粘土与水的质量比例影响。桥联结的强弱受离子种类、粘土与水的质量比例影响。桥联结的强弱受离子种类、粘土与水的质量比例影响。实际上，粘土吸附阳离子的表面只占整个表面很少的一实际上，粘土吸附阳离子的表面只占整个表面很少的一实际上，粘土吸附阳离子的表面只占整个表面很少的一实际上，粘土吸附阳离子的表面只占整个表面很少的一部分，所以由于桥联结而产生的粘结力是较小的，而部分，所以由于桥联结而产生的粘结力是较小的，而部分，所以由于桥联结而产生的粘结力是较小的，而部分，所以由于桥联结而产生的粘结力是较小的，而表表表表面联结是形成粘结力的主要原因面联结是形成粘结力的主要原因面联结是形成粘结力的主要原因面联结是形成粘结力的主要原因。实验表明：实验表明：实验表明：实验表明：型砂的最适宜干湿状态相当于型砂的最适宜干湿状态相当于型砂的最适宜干湿状态相当于型砂的最适宜干湿状态相当于 粘土：水粘土：水粘土：水粘土：水=10=10：4 4；而依靠表面联结的最大强度的而依靠表面联结的最大强度的而依靠表面联结的最大强度的而依靠表面联结的最大强度的 粘土：水粘土：水粘土：水粘土：水=10=10：3.73.7；依靠桥联结的最大强度为依靠桥联结的最大强度为依靠桥联结的最大强度为依靠桥联结的最大强度为 粘土：水粘土：水粘土：水粘土：水=10=10：1212。如图如图如图如图2-1-242-1-24第39页/共111页第40页/共111页 c c 解释钠膨润土的热湿拉强度解释钠膨润土的热湿拉强度解释钠膨润土的热湿拉强度解释钠膨润土的热湿拉强度 粘土颗粒与砂粒间的粘结粘土颗粒与砂粒间的粘结粘土颗粒与砂粒间的粘结粘土颗粒与砂粒间的粘结（湿态强度）（湿态强度）（湿态强度）（湿态强度）当砂、水、粘土按一定比例混合组成型砂时，在当砂、水、粘土按一定比例混合组成型砂时，在当砂、水、粘土按一定比例混合组成型砂时，在当砂、水、粘土按一定比例混合组成型砂时，在砂粒周围包有一层粘土膜，靠砂粒周围包有一层粘土膜，靠砂粒周围包有一层粘土膜，靠砂粒周围包有一层粘土膜，靠粘土膜粘土膜粘土膜粘土膜把砂粒互相连接把砂粒互相连接把砂粒互相连接把砂粒互相连接起来，而粘土膜中的粘土颗粒又是通过吸附的水膜相起来，而粘土膜中的粘土颗粒又是通过吸附的水膜相起来，而粘土膜中的粘土颗粒又是通过吸附的水膜相起来，而粘土膜中的粘土颗粒又是通过吸附的水膜相互连接，使型砂具有一定的湿强度。互连接，使型砂具有一定的湿强度。互连接，使型砂具有一定的湿强度。互连接，使型砂具有一定的湿强度。砂粒因自然破碎极其在混碾过程中产生新的破碎砂粒因自然破碎极其在混碾过程中产生新的破碎砂粒因自然破碎极其在混碾过程中产生新的破碎砂粒因自然破碎极其在混碾过程中产生新的破碎而面而面而面而面带微弱负电带微弱负电带微弱负电带微弱负电，也能使极性水分子在其周围规则地，也能使极性水分子在其周围规则地，也能使极性水分子在其周围规则地，也能使极性水分子在其周围规则地定向排列，粘土颗粒与砂粒之间的定向排列，粘土颗粒与砂粒之间的定向排列，粘土颗粒与砂粒之间的定向排列，粘土颗粒与砂粒之间的公共水化膜公共水化膜公共水化膜公共水化膜，通过，通过，通过，通过其中水化阳离子的作用，产生湿态强度（如图）。其中水化阳离子的作用，产生湿态强度（如图）。其中水化阳离子的作用，产生湿态强度（如图）。其中水化阳离子的作用，产生湿态强度（如图）。第41页/共111页 在水分凝聚层内，在水分凝聚层内，在水分凝聚层内，在水分凝聚层内，型砂的水分含量是型砂的水分含量是型砂的水分含量是型砂的水分含量是最适宜水分的最适宜水分的最适宜水分的最适宜水分的2-32-3倍，倍，倍，倍，桥联结桥联结桥联结桥联结对产生粘结对产生粘结对产生粘结对产生粘结力具有重要的影响。力具有重要的影响。力具有重要的影响。力具有重要的影响。此外，随着型砂的此外，随着型砂的此外，随着型砂的此外，随着型砂的温度升高，水分子温度升高，水分子温度升高，水分子温度升高，水分子是活动自由度增大，是活动自由度增大，是活动自由度增大，是活动自由度增大，因而强度下降。在因而强度下降。在因而强度下降。在因而强度下降。在100100时，表面联时，表面联时，表面联时，表面联结的水分子沸腾，结的水分子沸腾，结的水分子沸腾，结的水分子沸腾，而阳离子吸附的水而阳离子吸附的水而阳离子吸附的水而阳离子吸附的水分子仍保持联结状分子仍保持联结状分子仍保持联结状分子仍保持联结状态。因此，在水分态。因此，在水分态。因此，在水分态。因此，在水分凝聚层内，钠离子凝聚层内，钠离子凝聚层内，钠离子凝聚层内，钠离子形成的桥联结使粘形成的桥联结使粘形成的桥联结使粘形成的桥联结使粘土产生较高的热湿土产生较高的热湿土产生较高的热湿土产生较高的热湿粘结力。粘结力。粘结力。粘结力。第42页/共111页 粘土型砂的干态粘结机理粘土型砂的干态粘结机理粘土型砂的干态粘结机理粘土型砂的干态粘结机理 烘干过程中砂型逐步失水，使砂粒和粘土之间相互靠烘干过程中砂型逐步失水，使砂粒和粘土之间相互靠烘干过程中砂型逐步失水，使砂粒和粘土之间相互靠烘干过程中砂型逐步失水，使砂粒和粘土之间相互靠近，紧密接触而产生附着作用。从胶体化学的观点看，带近，紧密接触而产生附着作用。从胶体化学的观点看，带近，紧密接触而产生附着作用。从胶体化学的观点看，带近，紧密接触而产生附着作用。从胶体化学的观点看，带同类电荷的粘土胶粒间的公共水化膜，尤其是公共扩散层，同类电荷的粘土胶粒间的公共水化膜，尤其是公共扩散层，同类电荷的粘土胶粒间的公共水化膜，尤其是公共扩散层，同类电荷的粘土胶粒间的公共水化膜，尤其是公共扩散层，在烘干过程中水分逐渐失去，使其扩散层变薄，由于其中在烘干过程中水分逐渐失去，使其扩散层