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耐火原材料的主成分、杂质成分、添加成分以及烧失量
  • 作者:江宣    来源:江苏江能新材料科技有限公司    时间:2020-7-16    点击:957

  耐火原料的化学矿物组成决定了耐火原料的本质。天然原料通常根据它们的化学成分,即主要成分和有害杂质成分来区分等级,有少数可通过人工拣选,剔除肉眼颗见伴生矿物及有害杂质成分而成为优质原料。绝大部分天然矿物原料则需经过选矿、提纯、分级才能用于耐火材料的生产。对于优质耐火材料的生产,不仅要考虑化学组成还要考虑到所用原料的主晶相含量、结晶尺寸甚至晶相的形貌特征等。


  化学组成即通常所称的化学成分,是耐火原料的最基本特征,按各个化学成分含量的多少和作用将其分为两部分:即占绝对多量的主要成分和占少量的副成分,副成分包括原料伴随的有害杂质成分和原料生产加工过程中为改善其性能或易于生产而特别加入的添加成分。


1.主成分

  主成分是构成耐火原料的主题,它的性质与数量直接决定着耐火原料的质量。主成分也可以是高熔点的氧化物,如氧化铝(Al2O3),氧化硅(SiO2),氧化镁(MgO)等,或者是复合氧化物如莫来石(3Al2O3·2SiO2),镁铝尖晶石(MgO·Al2O3)等,也可以是某些单质和非氧化物,如碳和石墨(C),碳化硅(SiC),氮化硼(BN)等。耐火原料常见氧化物、复合氧化物、单质和非氧化物的熔点列于表1中。

1耐火原料常见主成分的熔点

 

2.杂质成分

  杂质成分是指由于天然原料纯度有限而被带入或生产加工过程中混入的对耐火原料性能具有不良影响的少量成分。一般来说,K2ONa2OFeOFe2O3都是耐火原料中的有害杂质成分,碱性耐火原料(RO为主成分)中的酸性氧化物(RO2)及酸性耐火原料中的碱性氧化物都被视为杂质成分。杂质成分在高温下具有强烈的熔剂作用,他们之间相互作用或与主成分作用,使得共熔液相生成温度降低或者液相量增加,从而降低原料的耐火性能。可以从以下三个方面衡量杂质成分熔剂作用的强弱:

①系统中开始生成共熔液相温度的高低;

②单位杂质成分作用生成的液相量:

③随温度升高,液相量的增长速度。


  共溶液相的生成温度愈低、液相生成量愈多,而且随温度升高液相最增长速度越快的杂质成分,其熔剂作用愈强,对原料的耐火性能影响也愈大。

当然,杂质成分也有降低原料烧成温度,促进烧结和致密化的作用。


3.添加成分

  在耐火原料研究与生产中,为了促进其高温物相变化和降低烧结温度或扩大烧结温度范围,有时添加少量其它成分。按共作用不同通常有矿化剂、稳定利、烧结剂等,它们的加入量很少,但却能明显地降低原料的生产成本或改善耐火原料的性能。添加成分的作用与机理是耐火原料烧结研究中的重点,受到普遍重视。一些耐火原料的添加成分与作用效果列于表2中。

2耐火原料的添加成分与作用

 

4.烧失量(LOI)

  在进行耐火材料的化学分析时,除主成分氧化物和副成分的含量外,通常还要测定其烧失量(Loss on ignition,缩写为LOI),即将在105-110℃烘干的原料在1000~1100℃灼烧启失去的重量百分比,原料烧失量的分析有其特殊意义,它表征原料加热分解的气态产物(H2OCO2)和有机质含量的多少,从而可以判断原料在使用时是否需要预先对其进行煅烧,使原料体积稳定。


  按照化学分析所得到的成分,可以判断原料的纯度,大致计算出其耐火性能,借助有关相图也可大致计算出其矿物组成。


  耐火原料的化学成分分析是按专门的方法进行的,国际标准和国家标准中作了规定。近年来化学分析方法不断朝着加快分析进度和提高分析精度的方向发展,如络合物滴定,比色分析,火焰光度法,光谱分析和X射线荧光分析等。


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