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概述

黏土的主要成分是細(xì)粒礦物。這種材料具有遇水變軟、干燥或燒制后硬化的特點(diǎn)，在眾多行業(yè)中備受青睞。分析黏土中的碳和硫元素含量至關(guān)重要，因?yàn)檫@些元素會改變材料的強(qiáng)度、柔韌性和燒制顏色，從而影響其在特定用途中的適用性。

黏土由粒徑小于2微米的礦物組成，包括高嶺石、伊利石和蒙脫石。黏土通常含有有機(jī)物和可溶性鹽，以及痕量的石英和金屬氧化物，這些物質(zhì)會影響它們的顏色和燒制性能。

黏土來源：地球表面含硅酸鹽巖石的風(fēng)化和侵蝕是形成黏土礦物的主要過程，溫度、降水和腐爛有機(jī)物的存在都對這一過程帶來影響，并可進(jìn)一步將巖石分解成適合于形成黏土的小顆粒。

黏土用途：黏土是制作陶瓷的重要原料，包括陶器、瓷磚和磚塊。這種材料堪稱萬能建材：濕潤時(shí)可塑形，干燥燒制后強(qiáng)度倍增。它不僅用于制造水泥，還承擔(dān)著多重環(huán)保使命——在廢物處理中守護(hù)危險(xiǎn)物質(zhì)，在油氣勘探中充當(dāng)鉆井泥漿的黏合劑，更作為農(nóng)業(yè)飼料的天然成分。憑借出色的吸附性能，黏土能有效清除毒素污染物，因此也被廣泛應(yīng)用于化妝品和保健品領(lǐng)域。

黏土類型（取決于其礦物成分）：

高嶺土是一種純黏土礦物，是生產(chǎn)白色陶瓷的理想材料，也因其顏色和細(xì)小的顆粒尺寸而被用于造紙。

膨潤土具有高膨脹和吸水能力，使其在鉆井和醫(yī)藥中很有用。

球黏土具有高可塑性和強(qiáng)度，使其適合復(fù)雜的陶器設(shè)計(jì)。

黏土中的碳含量主要來源于分解的有機(jī)物質(zhì)，這會影響燒制工藝和成品色澤。例如，若燒制過程控制不當(dāng)，高碳濃度會導(dǎo)致燒焦的器物出現(xiàn)變色或發(fā)黑現(xiàn)象。硫元素通常以可溶性硫酸鹽或硫化物礦物的形式存在，同樣會對燒制過程產(chǎn)生影響，可能造成釉面缺陷或陶瓷結(jié)構(gòu)薄弱。在陶瓷制造及工業(yè)應(yīng)用的質(zhì)量控制中，對黏土中碳和硫含量進(jìn)行精確檢測至關(guān)重要。

本文采用德國莫爾(Mol)公司的CS1000碳硫分析儀對黏土中的碳、硫含量進(jìn)行測定。通過協(xié)助調(diào)整加工參數(shù)，以減少對燒制過程中黏土導(dǎo)致的不利影響，并有助于改善最終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和美學(xué)特征。

儀器介紹

對黏土的分析，Mol CS1000碳硫分析儀使用 Premier 1350高溫燃燒爐。稱量1 g樣品粉末到陶瓷樣品舟中，使用樣品導(dǎo)入桿推入高溫燃燒爐的燃燒區(qū)，燃燒爐內(nèi)的限位器確保樣品始終位于燃燒區(qū)的同一位置。在氧氣流中，樣品被燃燒，產(chǎn)生的氣體從粉塵中釋放出來，通過高氯酸鎂柱干燥，然后在非色散紅外檢測器Mol NDIR-ORU (非色散紅外光學(xué)讀取單元) 中檢測。EFC (全電子流量控制) 確保載氣通過檢測器的流量恒定。

燃燒溫度不足會影響硫的測量精度：爐溫要求為 1350°C，某些樣品甚至可能需要高達(dá) 1480°C才能進(jìn)行精確分析。合格的高溫爐必須能夠提供超過 1400°C的溫度，理想情況下可達(dá)1500°C，以確保硫酸鹽的分解，否則會導(dǎo)致錯誤的低硫讀數(shù)。Premier 1350高溫燃燒爐可以輕松達(dá)到 1550°C的溫度，從而為對不同樣品成分進(jìn)行全面的硫分析提供必要的溫度范圍。

實(shí)驗(yàn)方法

分析原理：粘土在高溫氧氣流中燃燒，氧化成二氧化碳 (CO₂) 和二氧化硫 (SO₂)，這種分解需要精確控制燃燒條件，然后使用非色散紅外檢測器 (NDIR) 測量CO₂和SO₂。

樣品類型：粘土粉末。

樣品制備：本樣品未經(jīng)干燥處理，直接測量，燃燒爐側(cè)方的除水阱可確保去除任何游離水分。如有必要，在105°C 下將樣品干燥至恒重至少一小時(shí)，以確保后續(xù)分析的結(jié)果可靠且可重復(fù)。

結(jié)論

為了準(zhǔn)確分析黏土中的總碳和硫含量，Mol CS1000 碳硫分析儀與 Premier 1350高溫燃燒爐的組合非常有效。建議樣品重量約為 1000 mg，爐溫保持在 1350°C以上。爐體側(cè)面加裝的除水阱，因?yàn)樗梢灾苯尤コ隣t出口處的水分，防止二氧化硫殘留并確保結(jié)果的重復(fù)性。

高氯酸鎂除水阱以及所用石英棉的質(zhì)量和狀態(tài)也至關(guān)重要，劣質(zhì)材料或維護(hù)不及時(shí)會導(dǎo)致吸收過多的水分或二氧化硫，使得硫測量結(jié)果可能不準(zhǔn)確。根據(jù)硫含量的來源和結(jié)合類型，可能需要超過1350°C的溫度才能測定硫。

• CS1000紅外碳硫分析儀

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