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).