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
|
Глина |
Si O2 |
Ti O2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
Ca O |
Mg O |
K2O |
Na2O |
SO2 |
П.п.п |
|
Часовярская пластичная, высший сорт |
51,6 |
1,37 |
33,32 |
0,9 |
0,53 |
0,57 |
2,59 |
0,69 |
0,18 |
8,42 |
|
Латненская полукислая |
61,01 |
1,71 |
25,52 |
1 |
0,39 |
0,29 |
0,37 |
0,36 |
0,06 |
9,79 |
|
Любытинская полусухарная |
45,54 |
1,18 |
36,03 |
1,93 |
0,55 |
0,37 |
0,77 |
0,09 |
0,26 |
13,19 |
|
Владимирский каолин вторичный |
42,27 |
0,78 |
36,70 |
0,83 |
0,3 |
0,33 |
0,39 |
0,38 |
0,17 |
12,51 |
|
Просяновский каолин обогащенный |
46,48 |
0,3 |
38,83 |
0,45 |
0,35 |
13,6 |
Минеральный состав огнеупорных глин некоторых месторождении
|
Месторождение |
Глинистые минералы |
Примеси |
Акцессорные минералы. характерные для данного месторождения |
||||
|
каолинит |
монотермит и гидрослюда |
гидраргиллит и гидраты глинозема |
кварц |
полевой шпат |
слюда |
||
|
Часовярское |
Δ |
— |
— |
— |
|||
|
Латненское Боровичско — Любытинское |
Δ |
— |
Бурый железняк, гипс, углистые примеси, рутил, турмалин |
||||
|
Δ |
— |
— |
— |
Сидерит, гематит, пирит, рутил, циркон |
|||
|
Бускульское |
Δ |
Δ |
— |
— |
— |
||
|
Богданович — ское |
Δ |
— |
X |
— |
Марказит, лимонит, углистые примеси, дис — тен, циркон, рутил |
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).