以粘土熟料作骨科,耐火粘土作結合劑制成的Al2O3含量為30~48%的耐火材料制品。粘土磚是歷史較久、應用較廣泛的耐火材料。70年代中國粘土磚產量約占耐火材料總產量的65%左右,美、英、日等國約占40~50%。制造粘土磚的原料是粘土質礦物。天然耐火粘土一般可分為硬質粘土和軟質粘土。在耐火材料制造工藝中,前者大多數經煅燒后用作熟料;后者加水后,塑性好,容易燒結,多用作結合劑。中國山東等地焦寶石(硬質)和蘇州粘土(軟質)都是中外**的優質耐火粘土。粘土礦物主要有高嶺石(Al2O3·2SiO2·2H2O)、地開石(成分與高嶺石相同,但晶格常數不同)、蒙脫石(Al2O3·4SiO2·6H2O)和云母類礦物。
中國的粘土磚Al2O3含量一般多在40%以上,Fe2O3含量小于2.0~2.5%。配料中熟料為65~85%,結合粘土為35~15%。將粉碎的結合粘土和磨細的熟料混磨,再與顆粒熟料一起配制成半干泥料,高壓成型,在約1400℃下燒成,性能較好。粘土磚在高溫下呈弱酸性,抗堿性熔渣侵蝕的能力稍差,但隨Al2O3含量提高而增強。熱穩定性較硅磚、鎂磚(見鎂質磚)等為好。
粘土質耐火材料原料豐富,加工簡便,價格低廉,因此比其他任何耐火材料使用得更為廣泛:用于高爐、熱風爐、化鐵爐、盛鋼桶及澆鋼系統和均熱爐,加熱爐,有色金屬熔煉爐,硅酸鹽工業和化學工業用窯爐以及所有熱工設備的煙囪和煙道等。
耐火黏土產品有多種形式,其基本質量要求是氧化鋁**38%(通常為42-47%)以及低鐵低堿金屬含量。這些產品可不煅燒或經煅燒,并包括高性能煅燒產品如莫來石。
耐火黏土(refractory clays)用于定形(shaped)和不定形(整體成形——monolithic)耐火材料的生產。磚(brick)產品包括耐火黏土磚(fire clay bricks),如高爐阻隔磚(checker bricks)和高氧化鋁磚(high alumina bricks),如用于水平感應電爐和垂直感應電爐襯里的支撐磚。在無定形料部門,有多種產品消費,如耐火黏土、**負荷用塑性料、高氧化鋁塑料、耐火黏土和高氧化鋁澆注料等。
一、耐火黏土術語與定義
耐火黏土主要由水合硅酸鋁組成,其分子式為Al2O3·2SiO2·2H2O(即39.5%氧化鋁、46.5%二氧化硅和14%水)。在這組礦物中,高嶺土存象較為豐富。
目前對耐火黏土進行描述的術語有幾個:耐火黏土、燧石黏土(flint clay,或稱硬質黏土hard clay)、球黏土(ball clay,或稱可塑性黏土plastic clay)和高嶺土(kaolins)。不過,其普遍的特點是,這些礦產都含有高嶺石,而其組成為20-45%Al2O3、〈3%Fe2O3和〈3%Na2+K2O。
當高嶺石在溫度逐漸升高條件下煅燒時,其礦物相不斷發生變化,在約550℃時生成亞高嶺土(metakaolin,Al2Si2O7)、在約1000℃時生成尖晶石(spinel,(Al2O3)2(SiO2)3+SiO2),在約1100℃時生成似莫來石(pseudo-mullite,[Al2O3·SiO2]2)。另一種“耐火黏土”產品是莫來石(3Al2O3·2SiO2),它能夠于1200-1500℃條件下煅燒高氧化鋁高嶺土和礬土質(bauxitic)高嶺土制得。在這些溫度下,黏土的主要礦物相(main mineral phases)轉化為莫來石、方英石(cristobalite)和一種玻璃相(glassy phase)。
⒈耐火黏土
這是一種富含在水合硅酸鋁中的硅質黏土,具有高溫下不變形、不碎裂、不軟化及不膏體化的能力。低鐵、鈣及堿金屬,成分上接近高嶺土,煅燒后較好的品位至少含35%Al2O3(《采礦術語詞典》,美國地質協會編)。
⒉燧石黏土
一種平滑的、像燧石一樣的耐火黏土巖,主要由高嶺土組成,解理呈貝殼狀斷面,在水中抗熟化。在水中長時間碾磨會產生可塑性(《采礦術語詞典》,美國地質協會)。
⒊熟耐火土
它是用于耐火磚生產的混合料中的一部分,是由煅燒黏土(calcined clay)或再次碾磨磚(reground bricks)構成的,也稱(黏土)熟料,英文名稱chamotte(《采礦術語詞典》,美國地質協會)。
⒋水鋁石黏土
這是一種主要由(硬)水鋁石(或稱—水硬鋁石diaspore)組成,由耐火黏土粘結的材料。水鋁石黏土較純者在煅燒后往往含Al2O3 70-80%。
⒌中國黏土
●軟質黏土(包括球黏土)、耐火黏土和高嶺土:45%Al2O3
●高氧化鋁黏土熟料(也稱“熟礬土”):75-90%Al2O3
⒍耐火泥/耐火黏土灰漿
與煅燒耐火黏土或破碎耐火黏土磚,或二者兼而有之的生耐火黏土(raw fire clay),其所有成分均碾磨到適當的細度(《采礦術語詞典》,美國地質協會)。