陶粒是一種質(zhì)輕且有一定強(qiáng)度的集料，主要是采用高溫?zé)傻?。高溫時(shí)由于粘土礦物熔化形成具有塑性又有一定粘性的玻璃化礦物，同時(shí)陶粒中一些組分會(huì)產(chǎn)生一定的氣體，這部分氣體如能包含在陶粒之中，就能產(chǎn)生比較大膨脹，溫度降低后陶粒外部形成一層薄的致密的釉化硬殼，因此陶粒是一種質(zhì)輕又具有較高強(qiáng)度的球形顆粒，本文將對(duì)陶粒的膨脹原理做一個(gè)理論性梳理。
1.膨脹條件
    國(guó)內(nèi)外學(xué)者至今對(duì)陶粒膨脹原理尚無(wú)統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，但對(duì)膨脹條件取得了共識(shí)：(1)料球(或料塊)在膨脹溫度下形成具有合適軟化粘度和表面張力的半熔性軟化體；(2)與此同時(shí)，料球內(nèi)產(chǎn)生足夠數(shù)量的氣體。這兩個(gè)條件只有同時(shí)出現(xiàn)，才能獲得料球內(nèi)具封閉型多孔、表層為玻陶體的膨脹良好的人造輕骨料一陶粒。
2.軟化黏度和表面張力
    達(dá)到膨脹溫度時(shí)，若料球(或料塊)內(nèi)的軟化黏度和表面張力合適，在氣體作用下可獲得良好的膨脹；若料球內(nèi)的軟化粘度和表面張力太小，易使膨脹的氣孔破裂；若料球內(nèi)的軟化黏度和表面張力太大，則料球內(nèi)難以形成膨脹，或產(chǎn)生的氣體沿裂縫逸出，將料球炸裂。
    料球外表層的軟化黏度和表面張力應(yīng)比內(nèi)部高一些，這樣一方面可防止內(nèi)部產(chǎn)生的氣體外逸，也可減少料球之間和料球與窯襯之間粘結(jié)而產(chǎn)生結(jié)塊、結(jié)圈現(xiàn)象。
    研究證明，正常生產(chǎn)并膨脹較好的陶粒，內(nèi)部是FeO，外表層是Fe2O3。Fe0是一種較強(qiáng)的熔劑，黏度比較低； Fe2O3的熔性相對(duì)較低，黏度較高，這符合料球外表層的軟化黏度和表面張力適當(dāng)高于內(nèi)部的要求。因此，實(shí)際生產(chǎn)中要求料球內(nèi)部應(yīng)含有足夠數(shù)量的有機(jī)質(zhì)，焙燒時(shí)使料球內(nèi)部保持還原氣氛，使氧化鐵還原成 FeO ；回轉(zhuǎn)窯內(nèi)保持適當(dāng)?shù)目諝膺^(guò)剩系數(shù)，使料球外表層的氧化鐵在氧化氣氛中形成FeO。
3.氣體反應(yīng)
    料球內(nèi)產(chǎn)生的氣體及原因，國(guó)內(nèi)外學(xué)者意見(jiàn)不一，但多數(shù)學(xué)者的研究證明，產(chǎn)生的氣體主要是CO和CO2，還有少量的 SO2和O2。CO和CO2是由FeO、Fe2O3被C、CO還原而生成，反應(yīng)式為:
2Fe2O3+ C→4Fe0+ CO2↑
Fe3O4+ C→3FeO+CO↑
3Fe2O3+C0→2 Fe3O4+ CO2↑
    上述反應(yīng)都在1100℃以下進(jìn)行，低于一般黏土質(zhì)原料軟化溫度(1100℃-1160℃)。如果料球升溫很快，達(dá)到軟化溫度時(shí)上述反應(yīng)還未結(jié)束，所產(chǎn)生的氣體就能使料球產(chǎn)生膨脹。
     SO2是黏土質(zhì)原料中的黃鐵礦、石膏等分解而生成。另外，燃料和原料中的有機(jī)質(zhì)也含有少量硫(S)，在一定條件下也可生成S02。
    02主要是由氧化鐵的高溫分解而形成:6Fe203?4Fe3O4+O2↑.這是一個(gè)可逆反應(yīng)，在＞1100℃時(shí)很活躍。但是，在達(dá)到膨脹溫度而氧化鐵還原反應(yīng)還未終止時(shí)這一反應(yīng)很微弱。
    研究和生產(chǎn)實(shí)踐證明，膨脹性能良好的黏土質(zhì)材料，緩慢地加熱到膨脹溫度時(shí)幾乎不膨脹，若快速升溫則可獲得良好膨脹。因此.焙燒陶粒的基本原則是:料球在干燥預(yù)熱窯(或段)內(nèi)適度慢速升溫，以防止料球開(kāi)裂；焙燒窯(或段)內(nèi)須快速升溫，才能達(dá)到理想的膨脹效果。