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

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	0	Δ	—	0	—	—
Латненское Боровичско — Любытинское	Δ	0	—	0	0		Бурый железняк, гипс, углистые примеси, рутил, турмалин
Δ	—	0	—	—	0	Сидерит, гематит, пирит, рутил, циркон
Бускульское	Δ	Δ	—	0	0	—	—
Богданович — ское	Δ	—	X	0	—	0	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).