Минеральный состав глин

Минерал	Кристаллическая формула	Область стабильности, °С	Твердость по Moocy	Плотность, г/см3
Гидраргиллит (пиббсит)	Al(OH)I ∞	<200	2,5-3	2,35
Бёмит	Al O(OH)2∞	<500	3,5—4	3,06
Диаспор	Al OOH1∞	<500	6,5—7	3,4
Каппа-глинозем	κ-Al2O3	<1100	—	3,7
Тэта-глинозем	θ-Al2O3	<1100	—	—
Гамма-глинозем	γ-Al2O3	<950	—	3,29—3,42
Альфа-глинозем (корунд)	α-Al2O3	<2030	9	3,99

Гидраргиллит — наиболее распространенный в природе тригидрат, содержащий около 65% Al2O3 и 35% H2O. Имеет слоистую кристаллическую структуру. Входит в состав бокситов как один из основных компонентов.

Бёмит — моногидрат, содержащий 85% Al2O3 и 15% H2O. Так же как и гидраргиллит, имеет слоистую кристаллическую структуру. Входит в состав некоторых бокситов в качестве основного компонента, встречается в огнеупорных глинах.

Диаспор — моногидрат одинакового с бёмитом состава, но имеющий некоторые отличия в структуре кристаллической решетки. У диаспора каждый атом кислорода соединен с другим атомом кислорода водородной связью. В бёмите же половина атомов кислорода не вовлечена в водородную связь. В диаспоре атомы кислорода в пределах слоя находятся в плотнейшей гексагональной, а в бёмите —в плотнейшей кубической упаковке. Эти различия в структурах диаспора и бемита и обусловливают образование двух модификаций при их дегидратации. Диаспор образует гексагональный корунд, а бёмит — кубический γ-глинозем.

Бокситы и диаспоровые породы обычно засорены гидратом окиси железа, каолинитом, кварцем, кальцитом и др. Природные бокситы содержат 2—н5% окиси железа, что не позволяет без сложного обогащения использовать их для производства высокоглиноземных огнеупоров. Исключением являются бокситы Аркалыкского месторож

дения, содержащие до 65—70% Al2O3 при общем количестве плавней до 2—3%. Некоторые месторождения диаспоровых пород также являются источником хорошего сырья для этого вида огнеупоров. Например, концентрат Акташского месторождения содержит до 72% Al2O3 при количестве плавней до 3,5%.

Свойства минералов силлиманитовой группы приведены в табл. 7.

Минералы силлиманитовой группы

Минерал	Кристаллохимичеокая формула	Область устойчивости, °С	Твердость по Moocy	Плотность, г/см·
Дистен (кианит)	Al2 (Si O4)O	<1100— 1200	6—7,5	3,53—3,63
Андалузит Силлиманит	Al Al (Si O4)O Al (Al Si O5)1∞	<1350 <1300— 1400	7—7,5 6,5—7,5	3,19—3,16 3,23—3,27

Дистен представляет собой минерал метаморфических богатых глиноземом пород. В его структуру может входить незначительное количество железа и примесей в виде щелочных окислов, окиси кальция, магния, хрома, титана. Дистен образуется преимущественно в процессе метаморфизма богатых глиноземом бокситов и бокситоносных глин при высоких температурах и давлениях.

Андалузит в качестве изоморфной примеси может содержать значительное количество железа и марганца. Распространен в глинистых или углисто-глинистых сланцах.

Минерал силлиманит часто образует волокнистые кристаллы и содержит незначительное количество примесей. Встречается в глинистых породах.

Для производства высокоглиноземистых изделий высшей огнеупорности в настоящее время применяется технический глинозем, который содержит до 99—99,5% окиси алюминия в прокаленном при 1580°С состоянии.

Технический глинозем получают химической переработкой бокситов с последующим прокаливанием при температуре 1000—1200°С. По минералогическому составу технический глинозем в основном состоит из γ-глинозема и остатков гидраргиллита и бёмита. γ-глинозем при температурах выше 1350—1450°С практически полностью переходит в α-глинозем (корунд).

Чистый корунд в природе встречается очень редко и поэтому в промышленности огнеупоров применяется электроплавленый корунд, выпускаемый также для нужд абразивной промышленности. Его огнеупорность — около 2000°С.

На рис. 6 показана диаграмма состояния двухкомпо — нентной системы Al2O3-Si O2, которая в известной мере определяет фазовый состав группы алюмоеиликатных огнеупорных материалов после их обжига.

Рис. 6. Диаграмма состояния системы Al2O3 — Si O2

Согласно этой диаграмме наиболее низкоплавкой точкой системы является эвтектика между кристабалитом и муллитом (3Al203-2Si02) при температуре 1585°С. Жидкость при этой температуре содержит 94,5% Si O2 и 5,5 Al2O3. Вторая эвтектика наблюдается при температурах 1850°С и соответствует 79% Al2O3 и 21% Si O2. Максимум в линии ликвидуса соответствует содержанию Al2O3 в количестве 72%. Теоретически при содержании в сырье только окисей алюминия и кремния Si O2 до температуры 1585°С играет роль отощителя и лишь при более высоких температурах— роль плавня, снижающего температуру плавления огнеупора. В природном сырье содержатся примеси, образующие с Si O2 более низкотемпературные эвтектики, поэтому в реальных составах кварц играет роль активного плавня уже при температурах 1350—1400°С. В общем случае, чем больше в глине плавней (в основном окислов щелочных и щелочеземельных металлов) и чем тоньше зерна кварца, тем ниже температура появления расплава и тем больше снижается огнеупорность изделий.

Следовательно, наиболее важным кристаллическим новообразованием, единственно устойчивым в твердой фазе до относительно высоких температур (1910°C), является муллит. При содержании в сырье окиси алюминия выше 72% устойчивыми твердыми фазами являются муллит и корунд.

Таким образом, общим свойством для всех алюмоси — ликатных огнеупоров является повышение температуры плавления (и соответственно температуры размягчения огнеупорных изделий) с увеличением содержания Al2O3, уменьшением Si O2 и легкоплавких примесей.