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耐火材料常用的幾種矽質、半矽質,耐火材料性能及地區分布

發布日期:2020-06-20 作者: 點擊:

  一、矽石

  矽石的分類

  矽石是矽質耐火材料的主要原料。矽石也稱石英岩,主要礦物是石英SiO2,其它礦物成分為雜質。按矽石的組織結構分類可以分為結晶矽石(再結晶石英岩)和膠結矽石(膠結石英岩)。

  1.結晶矽石

  是由矽質砂岩(石英砂岩)經變質作用再結晶而成得變質岩。矽質砂岩中的矽質膠結物在地質條件作用下而在原石英顆粒表麵再結晶,成為石英顆粒的增大部分。因此,其組織結構特征是:由結晶的石英顆粒所組成,石英顆粒間沒有膠結物或極少(3%~8%);由於變質過程中的再結晶作用而使石英顆粒緊密地連接在一起,並且構成了原矽質砂岩所沒有的各種變晶結構,如鋸齒結構、花崗岩結構和鑲嵌結構等。結晶矽石外觀呈乳白色、灰白色、淡黃色以至紅褐色,致密塊狀。

  脈石英也屬於結晶矽石,它是火成岩,特征是石英顆粒較大(>2mm),純度較高(SiO2>99%),鍛燒時轉化遲鈍,膨脹性大,直接用於製磚較為困難。脈石英呈白色,半透明,發油脂光澤,斷口呈貝殼狀,致密塊狀。

  2.膠結矽石

  石英顆粒被矽質膠結物結合而成的沉積岩,膠結構主要是隱晶質的二次石英,膠結物含量通常約占30%~75%。膠結矽石中的石英顆粒結晶較小,雜質含量多,加熱時易於轉變。外觀呈乳白色、灰白色、黃灰色、黑色、紅色等,斷麵致密,呈貝殼狀,幾乎沒有光澤。

  矽石的性質

  矽石中SiO2是主要成分,Al2O3、Fe2O3、CaO、K2O、Na2O等均為雜質。SiO2含量越高,矽石耐火度越高。一般要求SiO2≥96%。矽石中不得混入廢石、角礫石狀矽石、風化石等,表麵不允許有超過1㎜厚的雜質,矽石塊內不允許有直徑大於5mm的各種有害包裹體。

  二、熔融石英

  熔融石英是以石英玻璃為主要成分經電熔而成的矽質耐火原料。工業上用矽石製造熔融石英。熔融石英一般SiO2含量在99%以上,含少量Al2O3、Fe2O3、CaO、K2O、Na2O等雜質。

  熔融石英結構是單純由矽氧四麵體組成的網絡骨架。Si4+位於四麵體中心,四個O2-位於四麵體頂角,兩個四麵體之間以角相連,形成一種向三維空間發展的架狀結構。熔融石英特點是熱膨脹係數極低、抗熱震性強、導熱係數低。用於製造耐火窯具、澆鋼的浸入式水口及長水口等。

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  按熔融石英的透明程度,可分為透明熔融石英和不透明熔融石英,與所用原料和製造工藝有關。透明熔融石英沒有或含有少量氣泡等散射質點,呈透明狀;用高純水晶或四氯化矽為原料電熔法或氣煉法熔煉而成。不透明熔融石英含有少量氣泡等散射質點,呈不透明狀;用純淨的石英砂為原料煉製。

  三、氧化矽微粉

  二氧化矽微粉(簡稱矽微粉)也稱SiO2粉塵、矽微粉、矽灰等,是冶煉鐵合金和金屬矽的副產品。二氧化矽微粉是一種鬆散團聚在一起的球形無定形粉體,具有較小的粒徑(平均為0.1~0.5微米,比表麵積15~30m2/g),活性較大,能與水泥顆粒或氧化鎂顆粒反應水化,提高混凝土和耐火材料的強度,特別是耐火澆注料的強度。

  在我國主要為鐵合金廠除塵而得的副產品。生產矽鐵所產生的氧化矽微粉的SiO2含量較低,生產金屬矽所產生的氧化矽微粉的SiO2含量較高。國外有專業廠家生產專供耐火材料使用的高品質氧化矽微粉。國內部分廠家氧化矽微粉的特性見4。各廠家氧化矽微粉的SiO2和雜質含量及PH值不同,並影響使用性能。

  四、蠟石

  蠟石是以葉蠟石為主要成分的層狀結構的矽酸鹽礦物。自然界中純葉蠟石礦物集合體產出很少見,一般都由類似的礦物呈片狀、放射狀集合體產出。礦石以塊狀為主,也有土狀與纖維狀,呈不透明至半透明,條痕為白色。外觀顏色隨伴生礦物的不同而變化,有白色、灰白、淺綠、黃褐等,質純者為白色。具油脂、珍珠光澤,有滑膩感。莫氏硬度1.0~2.5,比重2.66~2.99,其薄片可彎曲,但無彈性。

  葉蠟石礦物(Al2O3·4SiO2·H2O)化學組成為Al2O328.3%、SiO266.7%、H2O5%;晶體結構為單斜晶係;體積密度為2.7~2.8g·cm-3,莫氏硬度1~2,耐火度1610~1730℃;線膨脹係數平均為6×10-6℃-1。

  由於蠟石中除葉蠟石(Al2O3·4SiO2·H2O)外,還伴生有石英、高嶺石、水鋁石、玉髓、雲母等,所以除葉蠟石型蠟石的化學組成接近其理論組成外,其餘與理論值差距較大。蠟石的一般化學成分為:Al2O315%~40%,SiO255%~85%,LOI3%~10%,CaO、MgO、Fe2O3、R2O等雜質成分含量低。LOI隨SiO2含量的增加或Al2O3含量的減少而下降;Fe2O3、TiO2含量無規律性可循,與主含量Al2O3和SiO2的變化無關。作為耐火原料,應該注意雲母類礦物的含量,也就是含R2O要低,因為它不但降低原料的耐火度,而且會降低蠟石磚的抗侵蝕能力。通常選擇接近純葉蠟石型或葉蠟石-石英型蠟石為原料製造蠟石磚,也就是高矽低堿蠟石。

  在化學組成上,葉蠟石與高嶺石族礦物,特別是矽質高嶺土很相似,它們都是含水鋁矽酸鹽,但葉蠟石在水中無膨脹性和可塑性,吸水性差,結構穩定;而高嶺石類則吸水性強,具有吸水膨脹性與可塑性。

  五、矽藻土

  矽藻土是一種生物成因的矽質沉積岩,主要由古代矽藻的遺體組成。矽藻是一種單細胞藻類,它的形體極為微小,一般隻有十幾到幾十微米,矽藻殼內包含大量極細的微孔。矽藻土呈疏鬆土狀,孔隙率達80%~90%,能吸收本身重量1.5~4倍的水。矽藻土中的矽藻有許多不同的形狀,如圓盤狀、針狀、筒狀、羽狀等。鬆散密度為0.3~0.5g·cm3莫氏硬度1~1.5(矽藻骨骼微粒為4.5~5m)。矽藻土的顏色為白色、灰白色、灰色和淺灰褐色等。原土中雜質少,通常呈淺色,當雜質含量增加時,則呈現出灰色、灰綠色、灰褐色等深色。

  矽藻土中主要礦物為蛋白石及其變種,其次是與其共存的各種粘土礦物(高嶺石、蒙托石、水雲母等)和碎屑礦物(石英、長石、黑雲母等),另外還有有機質,含量從微量到30%以上。

  SiO2是矽藻土的主成分,通常都在80%以上,最高可達94%。矽藻土中SiO2含量達到60%以上即可列入開采、利用的範圍。SiO2含量越高(指非晶質SiO2),它的質量越好。

  除SiO2外,矽藻土中還含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等。Al2O3含量與矽藻土中的粘土礦物含量有關,一般Al2O33%~6%,含量高,反映矽藻土的質量較差,但對製作輕質保溫材料而言,適量的Al2O3能增加磚的強度。

  矽藻土比重0.4~0.9,導熱係數極小,因而常用做隔熱材料。密度為0.53g·cm3的矽藻土塊導熱係數在200℃時為0.0158W/m·K,在800℃時為0.0219W/m·K。其導熱係數與密度關係較大。

  矽藻土主要用於製造保溫材料、填料和濾劑等。


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