鋁硅系耐火原料

鋁硅系耐火原料(Al2O3-SiO2systemrefractoryrawmatrials)天然的或人工合成的Al2O3和SiO2二元系耐高溫礦物原料。該原料在自然界中分布較廣，在耐火原料中占有主要地位。簡史自青銅器時代人們就認(rèn)識并開始利用耐火粘土類礦物于高溫作業(yè)，用量逐漸擴(kuò)大、品種不斷增多。1924年英國人鮑文(N.L.Bewen)等發(fā)現(xiàn)3Al2O3.2SiO2的新礦物，并命名為莫來石。經(jīng)研究，首先發(fā)表了Al2O3-SiO2系相平衡圖。1951年蘇聯(lián)人局部修改了該圖,1954年英國人提出對該圖Al2O3含量在70%~77%之間的修改意見，以后又經(jīng)過幾次修改，直到1974年由英國人提出的更為成熟的修改圖(見圖)。通過上述的一系列的相平衡研究，明確了Al2O3-SiO2系礦物在高溫下礦物相存在的狀態(tài)、范圍及其性質(zhì)。為有效利用天然原料中最廣泛的Al2O3-SiO2系耐火礦物原料提供了參考。它也是現(xiàn)在耐火原料中用量最大的系列。20001500l70d20001500l70dL網(wǎng)1500AlA-SiOjJL元系招平詵西分類從人們對Al2O3-SiO2耐火原料的多年使用中，逐步形成以其中A12O3或SiO2含量的多少來分類。SiO2含量大于96%的為硅石，A12O3+TiO2含量在15%~30%的為半硅質(zhì)粘土，30%~40%的為耐火粘土，A12O3含量在48%以上的為鋁土礦。其中有硅線石族礦物和人工合成原料。硅石類以石英為主要成分。以結(jié)晶硅石的純度為最高，SiO2含量在98%以上。由于原料中石英結(jié)晶完整，加熱時晶型轉(zhuǎn)化難，因此給制品的燒成帶來了困難。膠結(jié)硅石的SiO2含量在96%以上，由于雜質(zhì)含量較高、結(jié)晶較小，加熱時晶型較易轉(zhuǎn)化。半硅質(zhì)粘土A12O3+TiO2含量在15%~30%之間，主要有葉蠟石(A12O3%26bu11;4SiO2%26bu11;H2O)及蒙脫石族(A12O3%26bu11;nSiO2%26bu11;H2O)礦物。兩種礦物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)相似(為層狀結(jié)構(gòu))，并含有Fe2O3、CaO、MgO等雜質(zhì)，對耐火性能有影響。葉蠟石的熱膨脹率較低，故可用生料直接制磚。蒙脫石是膨潤土及酸性白土的主要礦物成分，具有膨潤性、陽離子交換性、粘性，多用作結(jié)合粘土。耐火粘土主要由高嶺石、珍珠陶土、迪開石及富硅高嶺石等礦物組成。珍珠陶土、迪開石與高嶺石的化學(xué)組成完全相同(A12O3%26bu11;2SiO2%26bu11;2H2O),不同的是在結(jié)晶結(jié)構(gòu)的迭置上有差異。如高嶺石族礦物為單斜晶系，加熱到450~600°C之間脫水，1200°C左右形成莫來石，體積收縮小于20%。耐火粘土又有軟質(zhì)粘土(結(jié)合粘土)、半軟質(zhì)粘土及硬質(zhì)粘土之分。軟質(zhì)粘土多由高嶺石微晶構(gòu)成，常呈松散塊狀或土狀，有較高的可塑性，多作結(jié)合劑使用；含雜質(zhì)礦物較多,A12O3+TiO2含量在26%~32%。A12O3和SiO2的含量波動范圍較小。多含有Fe2O3、K2O、Na2O及CaO等雜質(zhì)。一般使用控制總雜質(zhì)含量在5%以下（見耐火粘土）。鋁土礦（或鋁礬土）由一水硬鋁石（或稱硬水鋁礦）、一水軟鋁石（或稱勃姆石、波蘭石）及三水鋁石（又名水鋁氧石、氫氧鋁石）等礦物構(gòu)成，鋁土礦的A12O3含量波動于48%-75%之間，也有的高于75%（見鋁土礦）。其雜質(zhì)含量較高的須經(jīng)選礦處理；有的雖有害雜質(zhì)含量在允許范圍內(nèi)，但分布不均，需經(jīng)均勻化處理后才能使用。A12O3含量在70%左右的鋁土礦，煅燒時由于二次莫來石化作用難燒結(jié)。硅線石族礦物包括硅線石、紅柱石和藍(lán)晶石三種礦物，天然礦物的化學(xué)分子式同為A12SiO5，三者為類質(zhì)同象，其物理性質(zhì)見表。但在加熱過程中，硅線石與紅柱石的線膨脹率較小，宜于直接制磚，而藍(lán)晶石，由于加熱時的線膨脹率高達(dá)16%-18%，因此除用于不燒制品作膨脹劑外，須經(jīng)煅燒后才能用于制磚。世界上還未發(fā)現(xiàn)較純的硅線石族礦石，故全部需經(jīng)過選礦處理后才能用作耐火原料。人工合成Al2O3.SiO2系耐火原料有熔融石英、燒結(jié)合成莫來石、燒結(jié)或電熔剛玉及工業(yè)氧化鋁等。（1）熔融石英。是SiO2含量在98%以上的硅質(zhì)原料，經(jīng)1750°C以上高溫熔融而成，它具有很低的線膨脹率及較高的抗熱震性能。（2）合成莫來石。是Al2O3-SiO2系中在常溫下唯一存在的二元系礦物，它有良好的力學(xué)、化學(xué)及高溫性能，線膨脹率小、高溫強(qiáng)度及抗熱震性好等優(yōu)點(diǎn)，因而促進(jìn)了合成莫來石的發(fā)展。用較純凈的鋁土礦或工業(yè)氧化鋁配入適量的耐火粘土可制成莫來石。當(dāng)所用原料純凈時則只有%26alpha;與％266。七3漠來石，前者只有莫來石，后者則為莫來石與剛玉。在原料含有TiO2及Fe2O3時則有），一莫來石相出現(xiàn)。在有堿金屬氧化物存在時，到1200OC以上就開始分解成剛玉和玻璃相，降低了高溫性能。莫來石的熔點(diǎn)為1870C（或在1810C開始分解）。硅線石族礦物的性質(zhì)項目硅線石紅柱石藍(lán)晶石化學(xué)式A1203%26middot;Si02A1203%26middot;Si02A1203%26middot;Si02結(jié)晶系斜方斜方三斜晶格常數(shù)/aO.744O.778O.710nmbO.759O.792O.774cO.575O.557O.557密度/g%26middot;cm-33.10~3.243.13~3.293.53~3.69單位晶格中分子數(shù)444%26alpha;1.657~1.6611.629~1.6401.712~1.717折射率%26beta;1.658~1.6601.633~1.6441.720~1.722%26gamma;1.677~1.6841.639~1.6411.728~1.734莫氏硬度6.O~7.57.5IIc軸5.5上c軸6.5~7.O開始轉(zhuǎn)變成莫來石溫度/C1500~15501350~14001300~1350晶型四角長柱狀、纖維狀集合體短柱狀、放射狀集合體柱狀、板狀解理完全轉(zhuǎn)化后體積膨脹率/%7~83~516~18燒