Кремнезем и силикатные минералы
Помимо уже рассмотренных водных силикатов безводный кремнезем и силикатные минералы, изверженные или метаморфические по происхождению, являются ценными сырьевыми материалами для большей части керамической промышленности.
Кремнезем. Si02 является главным ингридиентом стекол, глазурей, эмалей, огнеупоров, абразивов и тонкой керамики. Двуокись кремния широко используется, так как она недорога, тверда, химически стойка и относительно тугоплавка, а также потому, что может образовывать стекла. Имеется большое разнообразие минеральных форм, в которых встречается кремнезем, но наиболее важной, несомненно, является кварц (как сырьевой материал). Кварц используется в виде больших, почти совершенных кристаллов в форме кварцитовой породы или кварцевого песка. Кристаллическая структура Si02 такова, что в ней имеется мало пространства для размещения посторонних атомов, в связи с чем кремний не может быть легко замещен другими катио.- нами. Поэтому содержание Si02 в кварце, главной минеральной форме кремнезема, достигает почти 100%. Однако в природе кварц встречается совместно с сопутствующими минералами, свойства которых могут сделать то или иное месторождение кварца не пригодным для использования.
Высококачественные кристаллы кварца используются в оптике и электронике. Однако кристаллы с хорошими оптическими и электрическими свойствами мало распространены. Ограниченные возможности применения природных кварцевых кристаллов и их растущая цена обусловили развитие производства искусственных кварцевых кристаллов.
Главным источником кремнезема для керамической промышленности являются пески. Пески для производства стекла должны иметь однородный размер зерен и высокую чистоту. В особенности должно быть низким содержание железа: менее 0,015% для оптических стекол и менее 0,06% для листового и сортового стекла. Этот же самый песок обычно измельчают в шаровых мельницах до размера частиц менее 200 меш для введения кремнеземСоДержащего компонента в глазури и тонкокерамические массы.
Другим важным источником кремнезема являются плотные кварциты, из которых изготовляют динасовые кирпичи для сводов мартеновских, ванных, стекловаренных и коксовых печей. Для Этих целей выбираются породы, при измельчении которых получается смесь грубых и тонких зерен, а содержание Ре2Оз и А1203 не превышает 0,5%. При этом содержание извести не лимитируется, поскольку около 0,5% СаО добавляется в шихту в процессе производства.
Другой используемой в промышленности формой кремнезема является инфузорная земля, представляющая собой смесь из скелетов мельчайших морских животных— диатом (инфузорий). Почти на 90% она состоит из кремнезема и содержит большое число микроскопических пор, в связи с чем этот материал весьма эффективно и широко используется в качестве тепловой изоляции.
Полевые шпаты и связанные минералы. Полевые шпаты представляют собой безводные алюмосиликаты, содержащие К + , Na+ и Са2"*"- Они присутствуют фактически во всех изверженных породах. Изоморфное замещение в кристаллической решетке полевых шпатов одного катиона на другой приводит к образованию нескольких разновидностей. Наиболее важными разновидностями, которые представляют промышленный интерес, являются:
калиевый полевой шпат: микроклин, ортоклаз, К Ов;
кальциевый полевой шпат; анортит, Са 08.
натриевый полевой шпат: альбит, Na Ое;
Калиевые полевые шпаты всегда содержат некоторое количество альбита, а натриевые — анортита.
Полевые шпаты широко распространены в природе, но обычно встречаются в виде небольших включений, тесно ассоциированных с другими минералами. Поэтому число промышленных месторождений полевых шпатов невелико. Большую часть полевошпатового сырья дают пегматиты, которые представляют собой грубозернистые кристаллические породы, образовавшиеся на поздних стадиях кристаллизации магмы. Образование крупных кристаллов в таких породах ускорялось »за счет низкой вязкости и высокой концентрации летучих составляющих. Главными сопутствующими минералами в пегматитах являются кварц, слюда и другие силикаты. Улучшенные методы обогащения пегматитов, включающие флотацию и магнитную сепарацию, делают возможным получение полевого шпата, тогда как обработка пегматитов старыми методами экономически нецелесообразна. Полевошпатовые концентраты, получаемые в результате обработки полевошпатовых пород и песков путем флотации, составляют теперь более чем третью часть используемого необогашенного полевошпатового сырья.
Свободный кварц уменьшает флюсующее действие полевых шпатов. Его действие более эффективно в керамических массах, содержащих натриевый шпат, чем в массах, содержащих калиевый шпат. Количество и тип присутствующих щелочей определяют точку размягчения полевого шпата, причем последняя понижается при увеличении содержания натрия и уменьшении содержания калия.
Главнейшим потребителем полевого шпата является стекольная промышленность, в которой он используется как дешевый источник окиси алюминия. Натриевый шпат в этом случае предпочтителен, поскольку он имеет более низкую точку плавления.
Наиболее важным требованием к полевым шпатам для стеклоделия является низкое содержание железа. Великр потребление полевых шпатов при производстве фарфора и эмалей. В этом случае предпочтителен калиевый шпат, как имеющий более длинный интервал размягчения.
На рынок полевой шпат обычно выпускается в измельченном виде. Полевой шпат для стеклоделия выпускается с дисперсностью 20 меш, в то время как другие отрасли керамической промышленности предпочитают использовать материал с дисперсностью 200 меш.
Нефелиновый сиенит представляет собой изверженную горную породу, не содержащую свободного кварца и состоящую из нефелина Na2 [gig ] Ое, альбита и микроклина. Он может быть использован как заменитель полевых шпатов в стекольной в фарфоровой промышленностях.
Волластонит. Волластонит CaSi03 получил широкое распространение как основное сырье для изготовления фаянса и плиток и все чаще используется взамен части полевого шпата, особенно в массах для изготовления плиток.
Силлиманит. Силлиманитовая группа минералов, имеющих состав Al2SiOs, играет важную роль в производстве муллитовых огнеупоров. Минералы этой группы встречаются в трех полиморфных формах — силлиманит, кианит и андалузит. Все они имеют свойство при нагревании до * соответствующих температур образовывать муллит ЗАЬОз • 2Si02 и кремнезем. В зависимости от тепловой обработки и присутствия плавней кремнезем в таких материалах появляется в виде стекла или какой-либо кристаллической формы Si02. Наибольшее использование находит кианит. При обжиге он дает значительное расширение, в связи с чем при изготовлении муллитового кирпича он обычно подвергается предварительной термообработке. Спеченный синтетический мул-лит, полученный на основе маложелезистых бокситов, нисколько не уступает по свойствам муллиту, полученному из природных минералов. Синтетический муллит высокой степени чистоты изготовляется в электрических печах путем плавки технической окиси алюминия и крёмнезем истых материалов.
