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冶金辅助材料--耐火粘土

发布时间:2018-12-26 浏览数:758

一、性质和用途

耐火粘土是指耐火度大于1580℃的粘土。依其理化性能、矿石特征和工业用途分为软质粘土、半软质粘土、硬质粘土和高铝粘土四种。

软质粘土一般呈土状,硬度低,在水中易浸散,与液体拌合后能形成可塑性泥团,具有较大粘结性,常用作耐火制品结合剂。半软质粘土的浸散性较差,或部分浸散,其浸散部分与液体拌合后亦可形成可塑性泥团,亦常用作结合剂或骨料。硬质粘土常呈块状或板片状,一般在水中不浸散,不具可塑性,耐火度较高,为耐火制品的主要原料。高铝粘土Al2O3的含量较高,硬度和比重较大,耐火度高,常用作高级耐火制品。硬质和高铝粘土常烧成熟料使用。

耐火粘土主要用于冶金工业,用量约占全部耐火材料的70%;其次用于机械、轻工、化工、建材、国防等部门。耐火粘土常作为制定型耐火材料(各种规格的砖材)和不定型耐火材料的原料。高铝粘土用于制电炉、高炉用的高铝砖,高铝衬砖及高铝耐火泥。硬质粘土用于制高炉耐火砖,炼铁炉、热风炉、盛钢桶的衬砖、塞头砖,流钢砖以及工业锅炉机车锅炉等的耐火砖。硬质粘土还用作制新型耐火绝热材料——耐火纤维,它具有耐高温、导热系数小、耐酸碱、吸音及质轻等优点,在冶金、机械、电子、玻璃、陶器等工业应用广泛。

二、矿物组分和化学成分

耐火粘土中的主要矿物及化学成分如下:

一水硬铝石 Al2O3·H2O 氧化铝含量 84.98%

勃姆石(一水软铝石)Al2O3·H2O 氧化铝含量 84.98%

三水铝石 Al2O3·3H2O 氧化铝含量 65.35%

高岭石 Al2O3·2SiO2·2H2O 氧化铝含量 39.55%

埃洛石 Al2O3·2SiO2·4H2O①氧化铝含量 34.7%

水白云母 (K,H2O)Al2(Si,Al)4O10(OH)2 氧化铝含量 36.37%

伊利石 K1-1。5Al4〔Si6。5-7Al1-1。5O20〕 氧化铝含量 30.15%

蒙脱石 (1/2Ca,Na)0。7(Al,Mg,Fe)4(Si,Al)8O20(OH)4·nH2O 氧化铝含量 22.96%

高铝粘土的主要矿物为一水硬铝石、勃姆石、三水铝石和高岭石等,硬质粘土的平方根矿物为高岭石、水铝石等,软质及半软质粘土的主要矿物为高岭石、水云母、伊利石和蒙脱石等。

三、一般工业要求

(一)工业对矿石质量的要求

1、主要组分对制品性能的作用与影响

三氧化二铝(Al2O3)为耐火粘土的主要有益组分。是衡量耐火粘土质量的主要因素之一,其含量越高,耐火度也愈高。

二氧化硅(SiO2)在粘土中呈铝硅酸盐类矿物形式或呈粒状石英及胶状氧化硅出现,石英能减弱粘土的可塑性和粘结力,而胶状的SiO2能增强粘土的可塑性。

铁质矿物:多为褐铁矿、赤铁矿、水赤铁矿、菱铁矿、钛铁矿、黄铁矿等,它是耐火粘土的有害杂质,主要是降低耐火度、抗碴性,并引起制品出现熔蚀结疤、空洞影响制品外观。

钙镁碳酸盐和硫酸盐类矿物:含量多时降低粘土的耐火度、增大烧成的收缩率、降低荷重软化温度并产生裂纹。

二氧化钛(TiO2):随含量多寡产生不同影响,适量TiO2在烧结中起助熔作用,促进烧结。而过量(一般>4.5%)则破坏制品的热稳定性和高温使用效能。

氧化钾、氧化钠(K2O、Na2O):含量高时减弱粘土可塑性,在煅烧时降低烧成温度,在使用制品时易形成龟裂膨胀。

有机质:主要是含碳物质,含量高时增大粘土的烧失量,并使制品产生空洞增加气孔率和烧成收

降低荷重软化温度并产生裂纹。① 按此化学样为10A°埃洛石,另7 A°埃洛石为Al2O3·2SiO2·2H2O其Al2O3为39.5%

缩率,降低制品的抗碴性。

2、物理技术性能

耐火度:粘土制坯在高温煅烧下不变形时的最高温度。是衡量耐火粘土质量优劣的主要标准之一。其高低取决于粘土的矿物组分和化学成分。

可塑性:粘土在机械外力作用下,改变其形状而不改变其致密性,在外力取消后,依然保持其变形的性质,称之为可塑性。一般软质粘土为可塑性粘土,半软质粘土为半可塑性粘土,硬质粘土和高铝粘土为非可塑性粘土。是确定耐火粘土类型和使用途径的依据。

耐风化性:是在自然状态下抵抗风化的性能。是选择合理煅烧工艺的设计依据之一。

(二)一般工业指标

可采厚度(真厚度):地下开采:0.8—1米

露天开采:0.5—0.8米

夹石剔除厚度:0.5—0.8米, 剥采比:≤15

耐火粘土的一般质量要求

 


矿石类型

 


矿石品级

 

主要化学成分(%)

 


烧失量(%)

 


耐火度(℃)

 


可塑性(指标)

 


备 注

 

Al2O3

 

Fe2O3

 

CaO

 


高铝粘土

 


特级

 

≥85

 

≤2.0

 

<0.6

 

≤15

 

≥1770

 

 


化学成分以熟料计

 


Ⅰ级

 


≥80

 


≤3.0

 

<0.6

 


≤15

 


≥1770

 


Ⅱ级

 


 


≥70

 


≤3.0

 


<0.8

 


≤15

 


≥1770

 


 


≥60

 


≤3.0

 


<0.8

 


≤15

 


≥1770

 


Ⅲ级

 


≥50

 


≤2.5

 


<0.8

 


≤15

 


≥1770

 


硬质粘土

 


特级

Ⅰ级
Ⅱ级
Ⅲ级

 


≥44

≥40
≥35
≥30

 


≤1.2

≤2.5
≤3.0
≤3.5

 

 


≤15

≤15
≤15
≤15

 


≥1750
≥1730
≥1670
≥1630

 

 


半软质粘土

 


Ⅰ级

Ⅱ级
Ⅲ级

 


≥35

≥30
≥25

 


≤2.0

≤2.5
≤3.5

 

 


≤16

≤16
≤16

 


≥1690

≥1670
≥1630

 


1—2.5

 


化学成分以生料计

 


软质粘土

 


Ⅰ级

Ⅱ级
Ⅲ级

 


≥30

≥26
≥22

 


≤2.0
≤2.5
≤3.5

 

 


≤18

≤18
≤18

 


≥1670

≥1610
≥1580


≥2.5

杂质含量高的耐火粘土的参考指标:

1、高碱质高铝粘土:除按一般要求外,并要求K2O+Na2O<1.5—2%,TiO2<4.5%(其原料只能制低级高铝制品或无荷重软化温度要求的浇铸用砖)。

2、高碱质硬质粘土:某些地区的高碱质硬质粘土,当其它有害组份含量较低时,也可作为耐火粘土使用。其参考指标为:

品 级

化 学 成 分(%)

耐火度℃

用 途

Al2O3

Fe2O3

K2O+Na2O

Ⅰ级

≥43

≤1.3

<1.3

>1730

可制通用砖

Ⅱ级

≥40

≤1.8

≤2.8

>1670

可制下注砖

Ⅲ级

≥38

≤2.2

<4

>1630

可制下注砖

注: 以上各品级矿石杂质总量均应<9%

 

3、高钛耐火粘土:除按一般工业要求外,对高钛高铝粘土要求TiO2≤15%,

 

对高钛硬质粘土要求TiO2≤7.5%。

4、高铁硬质粘土:在缺少硬质粘土的地区或硬质粘土的铁质以结核状黄铁矿、白铁矿等形式存在时,如采用特殊工艺制砖,对Fe2O3含量可要求小于5%,如铁质以分散状态存在时,如采用化学方法处理时,Fe2O3可要求小于14%。

四、矿床实例

 

Ⅰ、杂质含量高的矿床实例

(一)四川二滩耐火粘土

成分

品级

Al2O3

Fe2O3

CaO+MgO

耐火度℃

其它

备 注

Ⅰ级

>60

≤3

≤1.5

≥1750

 

可采厚度0.7米

露天可采厚度0.5米

夹石剔除厚度0.3米

Ⅱ级

50—60

≤3

≤1.5

≥1710

 

Ⅲ级

40—50

≤3

≤1.5

≥1690

 

注:本区属高铝高钛耐火粘土。TiO2含量最高16.69%,最低5.11%,一般7—10%,自1975年投产使用以来,

作钢水罐衬砖。

(二)四川广元耐火粘土

矿石类型


品级

工 业 要 求

备 注


Al2O3+TiO2(%)


Fe2O3
(%)


耐火度
(℃)


烧失量
(%)

高铝粘土


Ⅰ级

Ⅱ级

Ⅲ级

Ⅳ级


>80

60—80
50—60

≥50


≤3

≤3

≤3

3—4


>1770

>1770
>1770
>1770


≤65—16

≤65—16
≤65—16
≤65—16


依熟料计算

CaO+MgO

≤0.6—1.5%

可采厚度≥0.7米

夹石剔除厚度≥0.5米


硬质及半软质粘土


Ⅰ级

Ⅱ级

Ⅲ级


≥39

≥33
≥33


≤3

3—4
4—5


≥1630

≥1630
≥1630


≤65—16

≤65—16
≤65—16

Ⅱ、一般矿床实例


产地


矿石类型


品级

工 业 要 求


其 他


备 注

Al2O3+TiO2(%)


Fe2O3
(%)


耐火度
(℃)


烧失量
(%)


河北古冶


高铝


粘土


>50


<2.5


>1770


16


CaO<0.8%


可采厚度及品级分采厚度均为1米

夹石剔除厚度为0.3米


硬质粘土


特级

Ⅰ级
Ⅱ级

44—50

42—50

30—42

<1.2

<2.5

<3

>1750

>1730

>1630

   


山西阳泉


高铝粘土


Ⅰ级

Ⅱ级

Ⅲ级


>80

60—80
50—60


<3

<3

<3


>1770

>1770

>1770

 


CaO
含量(%)

Ⅰ级<0.6,Ⅱ、Ⅲ级<0.8


可采厚度:0.7米,0.5—0.7米为表外矿

 


夹石剔除厚度:0.3米


硬质粘土


Ⅰ级

Ⅱ级

42—50

30—42

<3

<3


>1730

>1670

   


软半软质粘土


Ⅰ级

Ⅱ级

≥35

30—35


<2.5

<3


>1670

>1610

   


河南焦作


硬质粘土


特级

Ⅰ级
Ⅱ级
Ⅲ级


>44

>42
>36
>30


<1.2

<2.5
<3.0
<3.0


1750

1730
1670
1630

   


1
、依熟料计算

2
、可采厚度0.7米

3
、夹石剔除厚度0.2米


软质及半软质粘土


Ⅰ级

Ⅱ级
Ⅲ级


>35

>30
>24


<2.0

<3.0
<3.0


1670

1610
1580

   


四川沙湾


硬质粘土


Ⅰ级

Ⅱ级

Ⅲ级


>45

>35

>28

<2.5

<3.0

<3.0

1730

1670

1630

 


1
、依生料计算,2、可采厚度0.7米,3、夹石剔除厚度0.3—0.5米


吉林水曲柳


软质粘土


特级
Ⅰ级
Ⅱ级
Ⅲ级


≥35

≥30
≥25
≥20

≤2

≤2.5

≤3.5

≤4

≥1670

≥1670

≥1610

≥1580

≤15

≤15

≤15

≤15

均为熟料

 

Ⅲ级品暂作表外

可采厚度1米,0.7—1米列入表外,夹石剔除厚度大于0.3米,极限剥离比1:15吨/米3

五、综合评价

耐火粘土的共生、伴生矿产有煤、硫铁矿、铁矿、铝土矿、铁矾土、其它用途粘土和石灰岩等,在勘探耐火粘土矿时,应注意综合勘探和综合评价。

六、附录

冶金工业部部颁标准,硬质粘土熟料技术条件(YB2211—82)的技术要求(本标准适用于供耐火材料用的硬质粘土熟料产品)

1、产品按其理化指标分为下列品级

品级

指标

 

化学成分(%)

耐火度(℃)

体积密度

克/厘米3

Al2O3

Fe2O3

特级品

44—50

≤1.2

≥1750

≥2.45

一级品


甲44—50
乙42—50


≤1.2
≤1.2


≥1750

≥1730


≥2.40

≥2.35

二级品

36—42

≤1.2

≥1670

≥2.30

三级品

30—36

≤1.2

≥1630

≥2.25

2、与煤接触煅烧的产品通过5毫米标准筛的筛下料不超过5%;用回转窑和外燃式窑煅烧的产品,通过5毫米标准筛的筛下料不超过8%。

3、产品中的杂质含量:特级品不超过3%,其它品级不超过4%。

4、产品中不得混入石灰石、黄土及其它高钙、高铁等外来夹杂物。

高铝矾土熟料技术标准(YB2212—82)技术要求(本标准适用于供耐火材料用的高铝矾土熟料产品)

1、产品按其理化指标分为下列品级

指 标

化学成分(%)

耐火度

(℃)

体积密度

克/厘米3

Al2O3

CaO

Fe2O3

特级品

≥85

≤0.6

≤2.0

≥1790

≥3.00

一级品

≥80

≤0.6

≤3.0

≥1790

≥2.85

二级品

 


甲70—80

乙60—70


≤0.8
≤0.8


≤3.0
≤3.0


≥1790
≥1770


≥2.65
≥2.55

三级品

50—60

≤0.8

≤2.5

≥1770

≥2.45

2、与煤接触煅烧的产品,通过10毫米标准筛的筛下料不超过10%;用回转窑和外燃式窑煅烧的产品,通过5毫米标准筛的筛下料不超过10%。

3、产品中杂质含量不超过4%。

4、同一品级中允许相邻混级品不大于10%。 

5、产品中不得混入石灰石、黄土及其他高钙、高铁等外来夹杂物。