アルミニウムが豊富な粘土の鉱物変換

現在、カオリナイトおよび/またはパイロフィライトを含むアルミニウムが豊富な粘土は、耐火セラミックの最も重要な原料であり、高品質の石器およびセラミック舗装を製造するためのものです。このため、セラミック プロセス中にこれらの粘土で起こる鉱物変換を決定することは、非常に興味深いことです。

これらの鉱物と組織の変化に関する研究を実施するために、イベリア山脈 (スペイン北東部) の頁岩露頭から 3 つのサンプルが選択されました。これらの資料はシルル紀に属します:上アエロニアンから下ルドフォーディアン (440-423 myr)。

調査はどのように実施されましたか?

粉砕されたサンプルの 400 μm 未満の部分を採取し、プレスによってシリンダーを製造しました。次に、これらのシリンダーは、温度上昇が 200ºC/h で、最高温度が 2 時間維持される酸化条件下で、800ºC から 1300ºC までのさまざまな温度で焼成されました。

すべてのシリンダーが焼成されると、それらは X 線回折によって調査されました。最初に、各温度でサンプルに存在する鉱物相を決定するために定性調査を実施し、次にコランダムとの関係で参照強度比値を使用してこれらの相の鉱物定量化を実施しました。異なる鉱物相のパーセンテージを決定した後、ガラス相の割合を差によって決定しました (100% まで)。

その後、サンプルは、電界放出型走査電子顕微鏡法と透過型電子顕微鏡法によって分析されました。これらの技術により、光学顕微鏡よりもはるかに高い解像度で鉱物の変化を特定することができました。

この研究は何を示していますか?

この研究は、研究対象の耐火粘土の温度上昇に伴う重要な鉱物の変化を明らかにしています。

鉱物学的定性調査は、3 つのサンプルが最初にイライト、パイロフィライト、カオリナイト、石英、正長石などのケイ酸塩によって形成されたことを示しています。異なる温度でのそれらのパターンと鉱物の定量化は、研究された 3 つのサンプルで、温度の上昇に伴って同様の鉱物変換が起こることを示しています。

上の表が示すように、温度の上昇に伴い、すべての鉱物相が不安定になりました。有機物は焼成過程で消失し、粘土は1000℃から検出されなくなりました。さらに、正長石と石英は 1300℃まで残っていたにもかかわらず、温度によって不安定になりました。一方、900ºC のヘマタイトや 1100ºC のムライトなどの新しい鉱物相が結晶化し、1000ºC から焼成中に生のサンプルに存在するすべての相が不安定になるため、ガラス質相も形成されました。

顕微鏡検査の結果は、温度が上昇すると鉱物が単純化され、サンプルの組織がより均一になることを示しています。さらに、組成画像は、ガラス相に浸されたムライト結晶の観察を可能にするため、そこから結晶化していると推測できます。

ムライトの化学分析は、理論上のムライト (38%Al と 13.18%Si) よりも低い Al 含有量 (24%) と高い Si 含有量 (22%) を示すため、その組成が化学量論的ではないことを示しています。それにもかかわらず、焼成温度の上昇に伴い、その組成は理論的なものに近づきます。これは、温度とともに増加する Al の拡散によって説明でき、ムライト構造の Si を置換することができます。

最後に、この研究は、生の粘土に存在する鉱物相と、焼成プロセスで形成されたものとの共存を示しています。これは、セラミック プロセスの持続時間が短いために生じる不完全なミネラル反応によって説明できます。

これらの調査結果は、Applied Clay Science 誌に最近掲載された、セラミック焼成中のアルミニウムが豊富な粘土のミネラルおよびテクスチャーの変化というタイトルの記事に記載されています。 この研究は、サラゴサ大学のエリサ・ライタとブランカ・バウルスによって行われました。