Алюмосиликатные огнеупорные изделия

В зависимости от содержания окиси алюминия алюмосиликатные огнеупоры подразделяются на: полукислые с содержанием Al2O3 до 28%; шамотные с содержанием Al2O3 от 28 до 45%; высокоглиноземистые с содержанием Al2O3 свыше 45%. Таким образом, основное отличие этих огнеупоров друг от друга заключается в соотношении окислов Al2O3 и Si O2, преобладающих в их составе. Остальные окислы: Fe2O3, Ti2O, Ca O, Mg O, R2O — являются примесями, их количество обычно не превышает 4—7% в пересчете на прокаленное вещество.

Сырьем для производства алюмосиликатных огнеупоров служат либо природные глины, иногда с введением добавок, повышающих содержание соответствующих окислов (полукислые и шамотные огнеупоры), либо естественное или искусственное сырье с большим содержанием Al2O3 (бокситы, электроплавленый корунд, силлиманит) для производства высокоглиноземистых огнеупоров.

Глины основных месторождений подразделяются на три минералогических типа: каолинитовые, гидрослюдистые и монтмориллонитовые. Встречаются глины промежуточных типов, состоящие из смеси этих минералов. Наиболее распространены каолинитовые глины, менее— гидрослюдистые. В соответствии с принятым делением каолинитовые глины содержат преимущественно минерал каолинит, гидрослюдистые глины — иллит и гидрослюду— и монтмориллонитовые—минерал монтмориллонит.

Каолинитовые и гидрослюдистые глины могут иметь близкий химический состав, но, как правило, глины с высоким содержанием глинозема являются каолинитовыми и высокоспекающимися, а глины гидрослюдистые с высоким содержанием щелочей— монотермитными и низко — спекающимися (табл. 4 и 5).

Каолинит — минерал состава Al2O3-2Si O2-2Н20 имеет плотность 2,28—2,59 г/см3, твердость по шкале Mooca около 1; цвет белый или окрашенный органическими либо железистыми примесями в светло-желтые тона. Под микроскопом каолинит виден только при большом увеличении

Химический состав огнеупорных глин важнейших месторождений

Минеральный состав огнеупорных глин некоторых месторождении

Примечание Δ — основное содержание; 0 — незначительное; X — второстепенное.

в виде отдельных пластинок или призматических скоплений. В глинах некоторых месторождений (Торошковское) пластинки каолинита цементируются между собой коллоидной кремнекислотой в призматические скопления.

При обжиге такие скопления призм каолинита расширяются, значительно увеличиваясь в объеме, отдельные же пластинки каолинита спекаются, уменьшаясь в объеме. Соляная и азотная кислоты на каолинит почти не действуют. Серная кислота, особенно при нагревании, разлагает каолинит сравнительно легко. Каолинит слагает как пластичные, так и сухарные и сланцевые (аргиллиты) глины.

Монотермит —минерал состава 0,2-K2O-Al2O3-3Si02 1,5Н20+n Н20 имеет кристаллы пластинчатой формы, но не образует скоплений. Он отличается от каолинита по оптическим и физическим свойствам. Содержание монотермита в глинах обусловливает их пониженную температуру спекания и высокую пластичность.

Монтмориллонитовые глины как основное сырье не представляют интереса для огнеупорной промышленности из-за их низкой огнеупорности. Однако исключительно высокие связующие свойства этих глин позволяют использовать их в виде добавок для непластичных сухарных глин при изготовлении некоторых видов огнеупоров.

В монтмориллонитовых глинах содержится минерал β-кварц состава Si O2 как в крупных, так и в тонких фракциях. В зависимости от крупности фракции кварц по-разному влияет на технические свойства глин. По степени окатанности крупных зерен кварца можно сделать некоторые заключения о происхождении огнеупорных глин. Кварц, содержащийся в огнеупорных глинах некоторых месторождений, растрескивается при обжиге, увеличивая пористость массы. С кислотами, за исключением плавиковой, не реагирует. При взаимодействии с последней образует летучее соединение Si F4. В качестве других примесей в огнеупорных глинах встречаются пирит и марказит, имеющие одинаковую химическую формулу Fe S2 и отличающиеся формой зерен; кальцит —Ca CO2, рутил — Ti O2, сидерит Fe CO3, гипс — Ca SO4-2Н20, турмалин — (Na, Ca, Mg1 Al)е — [B3Al3 Si6(OH)3], циркон — Zr Si O4, дистен — Al2O3· Si O1 и др.

Анализируя данные химического состава глин, приведенные в табл. 4, можно заметить, что это сырье пригодно только для производства полукислых или шамотных огнеупоров. Содержание окиси алюминия даже в обогащенном просяновском каолине (39% общей массы или около 45% в пересчете на прокаленное вещество) меньше нормального, необходимого для высокоглиноземистых огнеупоров. Поэтому сырьем для производства шамотных огнеупоров служат природные гидраты глинозема: гидраргиллит, бёмит, диаспор, входящие в бокситы; минералы силлиманитовой группы: кианит, андалузит, силлиманит; электроплавленый корунд или искусственный прокаленный гидрат глинозема (табл. 6).