寻找耐材原材料的矿物组成及化学成分和性能

作者&投稿:索学 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
耐火材料原料都有哪些?~

耐火原料是指生产耐火制品所必需的材料。它是耐火材料生产的基础。耐火原料多为天然矿物(如耐火粘土、铝矾土、硅石、铬铁矿、菱镁矿、白云石、镁橄榄石、锆石、蓝晶石、硅线石、红柱石等。).随着耐火材料综合性能要求的不断提高,工业原料和合成原料(如工业氧化铝、合成莫来石、人造耐火纤维、人造耐火空心球等。)越来越多地用于生产耐火材料。耐火材料产品的质量和成本在很大程度上取决于原材料的正确选择和合理使用。耐火材料按化学性质可分为酸性耐火材料、碱性耐火材料和中性耐火材料;按来源可分为天然矿物原料和合成原料;人们通常把生产耐火材料的原料分为主原料和辅助原料。用于生产耐火制品的原料,无论是天然矿物原料还是合成原料,从矿物学的角度来看,都必须具有产品足够高的耐火性能;从技术角度看,应能满足技术的基本要求;从性能上看,用它制成的产品应该能够满足产品性能的要求,尤其是高温性能。一般耐火材料分为铝硅耐火材料(二氧化硅、粘土、高铝等。)、碱性耐火材料、隔热耐火材料和其他耐火材料。1.硅质原料由于应时变体的体积效应,硅砖也是直接由硅石制成,硅石是脉状应时、石英岩、燧石和砂岩的总称。二氧化硅的主要成分是二氧化硅,其余为杂质。用于耐火材料的硅石原料包括结晶碎石和胶结硅石。表1耐火材料用二氧化硅的分类和特性二、粘土原料耐火粘土是生产硅铝酸盐耐火材料的主要原料。耐火温度高于1580℃的各种硬粘土、软(半软)粘土、粘土质页岩统称为耐火粘土。天然耐火粘土通常是粘土矿物的混合物,主要以高岭石(Al2O32SiO22H2O)为主要成分,即以水合硅酸盐为主要成分,混有游离应时、黄铁矿、金红石和有机质。这种非单一矿物大部分是由直径小于1.2μm的颗粒组成的分散体。根据粘土形成条件的不同,可分为原生粘土和次生粘土。原生粘土是指母岩(如长石)风化形成的粘土,至今仍留在原地。次生粘土又称残积粘土,是在自然动力条件下,由原生粘土转移到其他地方,然后沉积下来的粘土。它的粒度细,分散度大,可塑性高。用于耐火材料工业的耐火粘土主要分为以下两类。①硬粘土的特点是结构致密,硬度高,颗粒极细,在水中不易分散,可塑性低。这种粘土的外观通常是浅灰色、灰白色或灰色。贝壳状骨折,有的表面有滑腻感,容易风化破碎。②软(半软)粘土常为土块状,组织柔软,可塑性好。由于杂质的种类和含量不同,这种粘土的颜色差异很大。从灰色、深灰色到黑色;有些是紫色、红色或白色。三。高铝原料(1)铝土矿铝矾土是生产棕刚玉的主要原料,Al2O3含量为88%~90%的高铝熟料是生产亚白刚玉的主要原料。氧化铝是生产白刚玉和致密刚玉的原料。铝土矿又称铝土矿或铝土矿,主要矿物为一水硬铝石(al2o3·H2O)和三水铝石(al2o3·3H2O)。中国的铝土矿储量极其丰富:产地从山西、河北、山东到黄河以北,中间经过河南、广西,西南到贵州、云南。目前铝土矿熟料的主要产地有山西、河南、贵州。湖南还有一些正在开发的小煤矿。我国铝土矿的主要矿物为勃姆石、勃姆石、高岭石和叶蜡石,按其矿物组成可分为三种类型:勃姆石-高岭石型(DK);勃姆石-高岭石型(BK);一水硬铝石-叶蜡石型(DP)。目前应用最广泛的是DK型铝土矿,DK型铝土矿熟料按其Al2O3含量分为S、_、_A、_B、_等。(2)烧结刚玉和电熔刚玉人造刚玉是以工业氧化铝或高铝矾土为主要原料,在电弧炉中熔融而成。此外,刚玉板状氧化铝可以通过烧结制备。这种方法仍然是以工业氧化铝粉为主要原料,经过煅烧、细磨、造球、烧制而成。这种方法生产技术难度大,但产品强度高,耐腐蚀性强,热震稳定性好。所谓“亚白刚玉”,其实是以高铝为主的致密电熔刚玉,Al2O3含量大于98%,显气孔率小于4%。它由高铝矾土在还原气氛和受控条件下通过电熔制成。刚玉晶体呈颗粒状,一般为1~15mm;主要杂质为金红石、钛酸铝及其固溶体。(3)莫来石莫来石是以3al2o3·2SiO2晶相为主要成分的耐火原料。莫来石分为天然莫来石和合成莫来石。天然莫来石很少,一般都是人工合成的。莫来石化学性质稳定,不溶于氢氟酸。它在高温下具有良好的机械和热性能。因此,合成莫来石及其制品具有致密度高、纯度高、高温结构强度高、高温蠕变率低、热膨胀系数小、抗化学腐蚀和抗热震性强等优点。(4)硅线石矿物硅线石矿物有蓝晶石、红柱石和硅线石,俗称“三石”。三种石头化学成分相同,但晶体结构不同,属于类质同晶。当加热到高温时,它们都转化为莫来石,形成少量的熔融SiO2,并伴有体积膨胀。由于三种石材的热膨胀不同,它们的直接利用程度也不同。由于红柱石体积变化小,无论是用来制砖还是作为添加剂,都是直接使用原料。硅线石和蓝晶石常以膨胀剂的形式加入配料中,尤其是不定型耐火材料。用来制砖,就要煅烧熟料,尤其是蓝晶石。四。碱性耐火原料4.1镁原料(1)菱镁矿中国的菱镁矿主要有两种:结晶菱镁矿和无定形菱镁矿。中国的菱镁矿主要分布在辽宁和山东省。菱镁矿的主要杂质是滑石,部分菱镁矿CaO含量高,其次是白云石。我国菱镁矿按化学成分可分为S、_、_、_、_五个等级,只有S级和I级用于煅烧砖用镁砂。采用两步浮选和两步煅烧法制备高纯氧化镁。以该方法制备的高纯氧化镁为原料,可开发多种高性能耐火制品。(2)其他含镁矿物镁质耐火材料中镁橄榄石制品的主要矿物成分是镁橄榄石(2MgOSiO2)和方镁石(MgO)。该产品的特点是抗熔融氧化铁能力强,热震稳定性优于普通镁砖。生产该产品的主要原料是橄榄岩和蛇纹石。4.2白云石原料白云石是一种耐火原料,主要成分为碳酸镁(MgCO3)和碳酸钙(CaCO3)。其化学式为CaMg(CO3)2或MgCO3CaCO3,理论组成为CaO30.41%,MgO21.87%,CO247。72%.CaO/MgO=1.39,硬度3.54。中国的白云石原料丰富,分布广泛,纯度相对较高。辽宁大石桥地区储量丰富。山东、湖北、陕西、广西、甘肃、江西、安徽、四川、云南、湖南等省矿产资源丰富。该矿体常与石灰岩和菱镁矿共生。5.锆产品的原材料(1)锆石锆英石(ZrO2SiO2或ZrSiO4)是生产锆制品和锆英石制品的主要原料。中国锆石的产地是海南省。广东省、广西壮族自治区、山东省、福建省和台湾省均有分布。锆石的理论成分是ZrO267。01%和二氧化硅32。99%.常含有TiCfe等微量稀土氧化物,由于这些元素的存在,具有不同程度的放射性。因此,使用这种原料生产产品时,应采取必要的防护措施。锆石的热导率较低,在201000℃时为3.72W/(m.K)。与其他晶相相比,锆石的膨胀系数也较低,1000℃时为4.6×10-6℃。其单晶在垂直和平行主轴(C轴)两个方向上的膨胀系数差别很大。锆英石是化学惰性的,难以与酸反应。它与玻璃熔体反应程度很小,在冶金和玻璃工业中常用作耐火材料。(2)斜锆石天然斜锆石(ZrO2)通常不规则,呈黑色、棕色、黄色或无色。我国天然斜锆石矿体很少。工业上使用的ZrO2是一种化工原料,是由锆石(ZrO2SiO2)经化学方法制成的白色或微黄色粉末。常压下纯ZrO2从低温到高温有三种晶型:单斜相、四方相和立方相。根据稳定的程度,稳定的ZrO2可分为部分稳定的ZrO2和完全稳定的ZrO2。由于热膨胀系数大,完全稳定的ZrO2在热震稳定性方面不如部分稳定的ZrO2,所以后者常用作陶瓷和耐火材料的增韧材料。(3)脱硅锆在国外,除锆英石精矿外,在电熔锆刚玉(AZS)耐火材料的生产中,大多加入一定量的“脱硅锆”原料。目的是调整和稳定配方;二是提高和优化产品性能。(4)锆刚玉莫来石原料为工业氧化铝、高岭土和锆英石,经细磨混合均匀,用半干法压制成球,在3001700℃煅烧得到该材料。结果表明,增加锆英石含量会提高烧结温度,降低总收缩率,增加闭孔。这些反应使烧结的锆刚玉莫来石具有更高的密度、强度和更好的抗热震性。不及物动词铬产品的原材料铬铁矿或铬铁矿是生产铬(铬砖、铬镁砖、镁铬砖)耐火材料的主要原料之一。铬铁矿是多种矿物的混合物,因为其矿物成分波动很大,化学成分和物理性质差异很大。通常由含铬粒的脉石矿物组成。这些脉石矿物通常是硅酸镁,如蛇纹石、镁橄榄石和橄榄石。铬铁矿中除Cr2O3外,还有Al2O3、Fe2O3和MgO。通常,由于镁和铁的存在,亚铬酸盐通常表示为(Mg,Fe)Cr2O3。

耐火材料的性质取决于其中的物相组成、分布及耐火材料各相的特性,即取决于制品的化学矿物组成。对于既定的原料,即化学组成一定时,可以采取适当的工艺方法,获得具有某种特性的物相组织(如晶型、晶粒大小、分布以及形成固溶体和玻璃相等)和某种组织结构(如致密程度、物料的颗粒大小和分布等),在一定限度由提高制品的工作性质。
1、化学组成
化学组成即耐火材料的化学成分,它是耐火制品的基本特征之一。耐火材料是非均质体,有主、副成分之分。通常将其基本成分称为主成分,而将其他部分称为副成分。副成分又按有意添加以提高制品某方面性能的成分,或是无意或不得已带入的无益或有害成分,分别称为添加成分及杂质成分。主成分通常是高熔点耐火氧化物或复合矿物或非氧化物的一种或几种。它是耐火制品的主体,直接决定了耐火制品性能的基础条件。
添加成分往往是为弥补主成分在使用性能或生产性能以及作业性能某方面的不足而使用的,常被称为结合剂、矿化剂、稳定剂、烧结剂、减水剂、抗水化剂、剂、促凝剂、膨胀剂等,添加成分种类繁多,是当前耐火材料行业研究的重点对象。它们的共同特点是:加入量很少;能明显地改变耐火制品的某种功能或特性;对该制品的主性能无严重影响。杂质成分则是指由于原料纯度有限而被带入或生产过程中混入的对耐火制品性能具有不良影响的部分。一般说来,K。O、Na。O及Fe0或Fe:O。都是耐火材料中的有害杂质成分。
此外,碱性耐火材料(RO为主成分的)中的酸性氧化物(RO:)及酸性耐火材料申的碱性氧化物都被视为有害杂质,它们在高温下具有强烈的熔剂作用。这种作用使得共熔液相生成温度降低,生成的液相量增加,而且随着温度升高液相量增长的速度加快,从而严重影响了耐火制品的高温性能。
2、矿物组成
耐火制品是矿物组成体。制品的性质是其组成矿物和微观结构的综合反映。因此,在分析制品的组成对其性质的影响时,单纯从化学组成出发分析考察问题是不够的,应该逐步观察其化学矿物组成。耐火材料在其化学成分固定的条件下,由于成分分布的均匀性和加工工艺的不同,使制品组成中的矿物种类、数量、晶粒大小、结合状态的不同,这并敦观结构的不同,造成制品的性能差异。例如,Si02含量相同的硅质制品,因Si02在不异工艺条件下可形成结构和性质不同的两种矿物——鳞石英和方石英,使制品的某些性质会有差别。即使制品的矿物组成一定,但随矿相的晶粒大小、形状和分布情况的不同,亦会对制品性质有显著的影响。

只有2个以飨。
1. 焦宝石(FLINT CLAY)
1.概述
焦宝石是我国优质硬质粘土的代表。我们所说的焦宝石一般指的是熟焦宝石(CALCINED CLAY)。它是焦宝石原矿经高温煅烧后形成的。煅烧后的焦宝石Al2O 3含量在44%左右,Fe2O3不大于2%。成分稳定,质地均匀,结构致密,断面呈贝壳状。
焦宝石的组成与成分较复杂,无固定结构和组成。焦宝石在水中不易分散,可塑性较低。我国目前已知的焦宝石多为高岭石单矿物型的沉积粘土。间或也有迪开石或水云母类矿物伴生。其Al2O3和SiO2含量的波动范围较小。从化学组成看,它接近于高岭石的理论组成(Al2O3/3SiO2=0.85),所含杂质除游离石英外,还有少量含铁矿物和碱金属氧化物。
焦宝石经高温煅烧后常见颜色有:纯白、淡灰色、淡黄茶色,还有少量的褐色铁皮料。
2.性质
焦宝石具有耐热性和烧结性。
首先,焦宝石是多种含铝硅酸盐的混合物。主要化学成分是Al2O3和SiO2两种氧化物,杂质主要为碱、碱土和铁、钛等的氧化物,以及一些有机物。各种氧化物均起助熔作用,会降低原料的耐火度。因此,焦宝石中杂质含量,尤其是Na2O+K2O含量越低,其耐火度越高。而Al2O3/3SiO2比值越接近理论值(A/S=0.85),则表明焦宝石纯度越高。A/S越.大,焦宝石的耐火度越高,烧结熔融范围也就越宽。优质焦宝石耐火度可达1750℃以上。
另外,焦宝石经高温煅烧后具有体积稳定、强度大及吸水率小等特性。衡量焦宝石烧结程度的指标一般有真比重、体积密度、气孔率、吸水率、烧缩率等。烧结程度好的焦宝石吸水率小于5%,体积密度大于2.55g/cm3。
3.产地
主要有山东、河北、山西、河南、安徽等。尤以山东王村一带品质较好,其焦宝石白度和光度好,且有磁性。
4.用途
用于生产高级耐火材料,制造陶瓷,硅酸铝耐火纤维的生产及军工等。
5.包装及出口国别
焦宝石多为散装,也有部分小粒度(主要5mm以下)为吨袋装。主要出口到日本、东南亚、欧洲等。

6.规格及检验指标
焦宝石化学成分比较稳定,出口级别一般为:�
(1)Al2O3:不小于44%;Fe2O3:不大于1.5%;B.D.:不小于2.45g/cm3;
(2)Al2O3:不小于45%;Fe2O3:不大于1.2%;B.D.:不小于2.50g/cm3;
(3)Al2O3:不小于46%;Fe2O3:不大于1.2%;B.D.:不小于2.55~2.58g/cm3;
另:K2O+Na2O+CaO+MgO:0.5~1.0%以下。
粒度:根据合同要求。一般有100mm、50mm、30mm、25mm、5mm、3mm、2mm、1mm及100目、200目等。
水份:0.5~1.0%(超出部分扣重或罚款)。
7.检验标准
同矾土商品。
8.注意事项
焦宝石品质较稳定,在对外签定合同时应留有余地,个别指标不要签定超过焦宝石实际品位的条款,以免造成损失。另外,因焦宝石往往要求白度,故在运输、加工及储存时应防止煤炭及其它杂质污染。

2. 矾土(BAUXITE)

1.概述
矾土矿学名铝土矿、铝矾土。其组成成分异常复杂,是多种地质来源极不相同的含水氧化铝矿石的总称。如一水软铝石、一水硬铝石和三水铝石(Al2O3• 3H2O);有的是水铝石和高岭石(2SiO2•Al2O3•2H2O)相伴构成;有的以高岭石为主,且随着高岭石含量的增高,构成为一般的铝土岩或高岭石质粘土。铝土矿一般是化学风化或外生作用形成的,很少有纯矿物,总是含有一些杂质矿物,或多或少含有粘土矿物、铁矿物、钛矿物及碎屑重矿物等等。

铝土矿的定义名称还不够统一,这与各个国家的资源情况及工业需求有关。各个时期名称也不一致,但基本上大同小异。在我国一般认为:“铝土矿系指矿石之含铝量较高(40%以上) ,铝硅比值大于2.5者(A/S≥2.5),其小于此数值者则称为粘土矿或铝土页岩或铝质岩”。在我国已探明的铝土矿储量中,一水铝石型铝土矿占全国总储量的98%左右。

目前,已知赋存铝土矿的国家有49个。我国有丰富的铝矾土资源,约37亿吨,居世界前列, 与几内亚、澳大利亚、巴西同属世界铝矾土资源大国。但生产供耐火材料用的高铝矾土的国家只有圭亚那和我国,其他国家的铝矾土含铁量高,多用于炼铝和研磨材料。

2.产地

我国铝土矿资源比较丰富,在全国18个省、自治区、直辖市已查明铝土矿产地205处,其中大型产地72处(不包括台湾)。主要分布在山西、山东、河北、河南 、贵州、四川、广西、辽宁、湖南等地。

3.用途

(1)炼铝工业。用于国防、航空、汽车、电器、化工、日常生活用品等。

(2)精密铸造。矾土熟料加工成细粉做成铸模后精铸。用于军工、航天、通讯、仪表、机械及医疗器械部门。

(3)用于耐火制品。高铝矾土熟料耐火度高达1780℃,化学稳定性强、物理性能良好。

(4)硅酸铝耐火纤维。具有重量轻,耐高温,热稳定性好,导热率低,热容小和耐机械震动等优点。用于钢铁、有色冶金、电子、石油、化工、宇航、原子能、国防等多种工业。它是把高铝熟料放进融化温度约为2000~2200℃的高温电弧炉中,经高温熔化、高压高速空气或蒸汽喷吹、冷却,就成了洁白的“棉花”——硅酸铝耐火纤维。它可压成纤维毯、板或织成 布代替冶炼、化工、玻璃等工业高温窑炉内衬的耐火砖。消防人员可用耐火纤维布做成衣服。

(5)以镁砂和矾土熟料为原料,加入适当结合剂,用于浇注盛钢桶整体桶衬效果甚佳。

(6)制造矾土水泥,研磨材料,陶瓷工业以及化学工业可制铝的各种化合物。

4.出口情况

主要销往日本、东南亚、欧洲、美国、非洲等。天津、青岛、湛江为主要出口港。

5.种类、级别

(1)生矾土,即矾土原矿石(天然沉积岩类)。

(2)熟矾土,将生矾土经高温煅烧后(1200~1700℃)称为熟矾土。

矾土煅烧后,其物化性能变化如下:

①外观由原来的灰、深灰、灰黄、灰白、红黄等颜色,转变为白色、米黄色、棕红色、蓝色,而蓝色随着含铝量增高而加深。原来的土状光泽变为刚玉光泽或油脂光泽,有时表面出现 轻微的熔化石或裂缝;②氧化铝含量增加11~13%,其他杂质增加量微;③体积缩小23%左右;④烧失量为14.5%左右;⑤由一水型铝石或一水铝—高岭石型,转变为人造刚玉、莫来石及少量玻璃相;⑥硬度由原来的1~3增加到8以上;⑦体积密度由原来的2.5g/cm3左右增加至2.8~3g/cm3以上;⑧结晶水、结构水、附着水全部溢出;⑨结构上由疏、松、软变为致密坚硬;⑩吸水性降低;11.抗渣性、抗碱性增强;12.强度增加;13.渗透性减少;14.气化率减少;15.易挥发成分、易燃烧成分、土气味完全消失;16. 耐火度达到1780℃以上。

(3)熟矾土按煅烧窑炉不同分为:

①竖炉熟矾土(SHAFT KILN BAUXITE);②转炉熟矾土(ROTARY KILN BAUXITE);③倒焰窑矾土(ROUND KILN BAUXITE)。

(4)熟矾土按不同用途分为:

①耐火级矾土;②研磨级矾土;③电焊级矾土。

6.检验指标

(1)高铝矾土(含Al2O385%以上)要求检验项目:

Al2O3:耐火级85~87%以上,研磨级86%以上,电焊级87%以上;SiO2:耐火级6~7% 以下,研磨级5~6%以下;Fe2O3:耐火级1.6~2%以下,耐磨级2%以下;TiO2:耐火级3.5~4%以下,研磨级4~4.5%以下;K2O+Na2O+CaO+MgO:耐火级0.5~1%以下,研磨级0.5~1%以下。电焊级矾土有的还要求检验磷、硫、锰等项目。

B.D.(体积密度):耐火级3.10~3.20g/cm3以上,研磨级、电焊级不要求检验该项目。

L.O.I(烧失量):均为0.3%以下。

粒度:按买方要求制定,一般有自然块、100mm、50mm、25mm、10mm、5mm、3mm、1mm等。

水份:一般0.5~1.5%之间,超过扣重或其它条款。

(2)一般矾土(含Al2O380%以上)要求检验项目:

耐火级:不小于Al2O3:80%;Fe2O3:不大于2%;B.D:不小于2.8g/cm3;粒度及水份按买方要求制定。

另外,还有将合同中粒度签定为细粉的,一般要求在100~200目之间,通过率85~90%以上 。

(3)铁矾土要求检验项目:

Al2O3:不小于80%;Fe2O3:4~10%;TiO2:不大于4%;SiO2:不大于7%,粒度:按买方要求制定。

(4)生矾土要求检验项目:�

Al2O3:70~73%;Fe2O3:1.5%左右;TiO2:不大于4%;SiO2:不大于6%;烧失量 :14~15%;K2O+Na2O+CaO+MgO=0.5~1%。

7.包装运输

大部分为散装海运出口。也有一些小粒度矾土(主要是5mm 以下)包装为尼龙编织吨装袋。

8.检验标准

(1)矾土取样、制样方法:GB/T2009—87。

(2)粘土、高铝质耐火材料化学分析方法:GB/T6900.1~6900.11—86。

(3)出口矾土检验规程:SN/T0481.1~0481.6—95。

9.注意事项

由于矾土产地较多,仅山西省就有许多地方出产,如孝义、原 平、忻州、阳泉等。不同产地的矾土无论从外观还是内在品质上都有一定差别,其理化指标 ,如Al2O3,Fe2O3,B.D等都不一致。而在加工过程中,有些加工厂家或外贸公司为使货物达到合同要求,往往将不同产地的矾土搭配混合后出口。这就要求负责配比的人员提高自身素质,合理搭配,以免造成不应有的损失。同时也要求检验人员增强识别矾土的能力,保证检验结果的准确、可靠。


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