三石矿物的膨胀特性介绍,由耐火砖厂家整理分享。
“三石”矿物的最重要性质是它们的热膨胀性能,由于物理化学性质(包括结晶构造和真比重等)的不同,加热时均产生一定的体积膨胀,蓝晶石的膨胀最大,硅线石次之,红柱石最小。它们的一些基本特性见下表。
三石加热物理化学变化
矿物名称 | 硅线石 | 红柱石 | 蓝晶石 |
开始转变为莫来石的温度范围/℃ | 1500~1550 | 1350~1400 | 1300~1350 |
转化速度 | 慢 | 中 | 快 |
转化所需时间 | 长 | 中 | 短 |
转化后体积膨胀 | 中,(7%~8%) | 小,(3%~5%) | 大,(16%~18%) |
莫来石结晶过程 | 在整个晶粒发生 | 在颗粒表面开始逐步深入内部 | 同红柱石 |
莫来石结晶形态及大小 | 短柱状,针状,长约3微米 | 在颗粒表面开始逐步深入内部 | 同红柱石 |
莫来石结晶方向 | 平行于原硅线石晶面 | 平行于原红柱石晶面 | 垂直于原蓝晶石晶面 |
蓝晶石在加热过程中出现永久的体积膨胀而分解,体积密度下降到3.1g/cm3左右。下图为蓝晶石的热膨胀曲线,可见在1000℃以前膨胀性能较小,超过此温度线膨胀迅速变大,1500℃时膨胀率可达到16%。
影响蓝晶石膨胀值的因素除了自身矿物特性及纯度外,还与其结晶尺度及原料颗粒度等因素有关。蓝晶石的纯度是指料中蓝晶石矿物成分的多少。含蓝晶石矿物成分越多时品质越优,其纯度就高,膨胀值就大;相反,含蓝晶石矿物成分越少,其纯度就低,膨胀值就小。蓝晶石的热膨胀性能还与其结晶大小、颗粒度有很大的关系。一般来说,结晶大、颗粒粗的要比结晶小、颗粒细的热膨胀率大。例如在1400℃时,0.5mm级蓝品石精矿的膨胀率为10%~12%,0.149mm级为8%~9%,而0.074mm级仅为6%左右。由于蓝晶石受热体积膨胀显著,因而常在冶金工业炉中做不定形耐火材料。在不定形耐火材料中加入5%~15%的蓝晶石精矿作高温膨胀剂,能保证整个耐火材料的体积稳定。
硅线石具有高温下体积膨胀、冷却后不收缩的永久膨胀性能,并能在高温下(1500~1550℃)不可逆地转化为莫来石和方石英,同时伴随有一定的体积膨胀。随温度的升高,硅线石精矿的线膨胀变化如下图所示。
左为蓝晶石的热膨胀曲线图啊,右为硅线石热膨胀曲线图
可以看到,由于质纯的硅线石矿物在莫来石结晶转化开始前,因无化学分解反应或晶型转化,只是一般的物理性能显示,故其膨胀曲线无明昆的变化。当温度上升到使莫来石结晶开始后,膨胀曲线随着温度的变化,才发生急剧的上升,膨胀率昆著增大。当硅线石矿物含有一定量的杂质时,其膨胀率会出现波折起伏的变化。由此看出,矿样中硅线石矿物含量高且品质又好时,它就具有较好的高温性能。
在“三石”矿物中,红柱石的热膨胀性是最小的。以河南红柱石为例,选取其中的两种组分:红柱石精矿(Al2O360.03%,siO238.88%,杂质1.12%)和红柱石粗晶体(Al2O3,54.86%,SiO2,40.78%,杂质4.30%),它们的热膨胀曲线如下图所示。
左为精矿红柱石热膨胀曲线图,右为粗晶体红柱石热膨胀曲线图
我公司生产的三石耐火材料制品有:低蠕变粘土砖、低蠕变高铝砖、红柱石耐火砖、硅莫砖、磷酸盐结合高铝砖等。