Огнеупоры — сырье
Огнеупорные сырьевые материалы
Помимо огнеупорной глины, кремнезема и силлиманита важными минеральными составляющими огнеупоров являются также окись магния, окись алюминия и хромовая руда.
Окись алюминия. Минералы гидрата алюминия образованы главным образом при разложении ранее существовавших алюмосиликатных пород в месторождениях, содержавших воду. Установлено, что некоторые из таких отложений представляют собой окись алюминия и окислы железа, оставшиеся после удаления кремнезема в раствор. Другие отложения, по-видимому, образовались при разложении алюмосодержа- щих растворов. Относительная растворимость окиси алюминия и кремнезема в почвенных водах зависит от рН среды, на что уже указывалось выше при рассмотрении генезиса глин. Окись алюминия легко растворима при рН, равном 4, а кремнезем не-растворим. Однако в интервале значений рН от 5 до 9 окись алюминия практически нерастворима, а растворимость кремнезема увеличивается.
Наибольшее количество бокситов в керамической промышленности используют для производства абразивов. Кроме того, они используются для производства высокоглиноземистых огнеупоров и глиноземистых цементов. Окись алюминия, используемая для изготовления абразивов, производится из боксита по байеровскому процессу. Этот процесс заключается в избирательном выщелачивании окиси алюминия в автоклаве раствором каустической соды, в результате чего происходит осаждение А1(ОН)3, чистота которой достигает 99,5—99,8%.
Окись магния. Окись магния производится главным образом из природного магнезита MgC03 и из гидроокиси магния Mg(OH)2, получаемой из морской воды или солевых растворов. Около половины выпускаемой в Соединенных Штатах окиси магния для изготовления огнеупоров получают из последнего источника. Небольшое количество окиси магния получают из природного брусита Mg(OH)2.
В природе встречаются кристаллический и псевдокристаллический типы магнезита. Первый образуется из магнезиальносиликатных пород, а второй — в результате замещения кальция в доломите и известняке. Псевдокристаллические отложения обычно весьма невелики и менее распространены, чем месторождения кристаллической разновидности, но обычно они содержат более чистый материал. Минералы, содержащие известь, кремнезем и железо, являются главными сопутствующими минералами в природном магнезите.
Окись магния из морской воды получают при взаимодействии последней с прокаленным доломитом. При этом в готовый продукт около половины окиси магния переходит из морской воды и половина—из прокаленного доломита. Морская вода, содержащая около 1,4 кг окиси магния в 1 л3, является почти неисчерпаемым источником MgO.
Все магнийсодержащие материалы перед использованием подвергают прокаливанию. Каустическую окись магния получают из магнезита путем прокаливания при температурах ниже 1560° С до остаточного содержания С02, равного 2—10%. Намертво обожженную окись магния получают путем прокаливания природного сырья или окиси магния, полученной из морской воды, при температурах от 1560 до 1760° С до образования плотного стабильного продукта. Материал, получаемый из намертво обожженной окиси магния, полученной из морской воды, содержит более 97% MgO и является превосходным сырьем для изготовления огнеупоров.
Доломит. Горная порода, состоящая в основном из минерала доломита, представляющего собой твердый раствор карбонатов кальция и магния с формулой CaMg(C03)2, является наиболее широко распространенным основным сырьевым материалом с высокой точкой плавления. В виде кальцинированных агрегатов доломит широко используют в металлургической промышленности для горячего ремонта подин мартеновских печей. Кирпичи, изготовленные из прокаленного доломита, разрушаются из-за гидратации свободной извести, а также из-за полиморфного превращения, происходящего при охлаждении в двухкальциевом силикате, образовавшемся в материале при высоких температурах. Стабилизированный, доломитовый кирпич изготовляют, переводя свободную известь в силикаты или ферриты, обычно путем введения добавок серпентина или окиси железа, либо путем введения добавок бора, фосфатов или других стабилизаторов, предотвращающих полиморфное превращение двухкальциевого силиката. Частично стабилизированный кирпич изготовляют, покрывая кальцинированный доломит смоляными или стекловидными связками, предотвращающими его гидратацию. Тонкая фракция доломитовой шихты может быть заменена окисью магния, что также может способствовать замедлению взаимодействия свободной извести с влагой. Стабилизированный доломитовый кирпич является важнейшим огнеупором, используемым на сталеплавильных заводах. Доломитовый кирпич на смоляной связке широко используют в подинах конверторов с кислородным дутьем, предназначенных для производства стали.
Хромовая руда. Главной составной частью хромовых руд являются сложные твердые растворы шпинелей (Mg, Fe) (Al, Сг)204, содержание которых в материале колеблется от 70 до 90%. Остальная часть состоит из различных магнезиальных силикатов и других минералов: кальцита, доломита, магнезита и т. д. Хромовые руды образуются при кристаллизации основных магм, причем тип образующихся минералов весьма сильно зависит от самых незначительных изменений в составе окружающих магм. Состав и структура хромовых руд весьма разнообразны. Те из них, которые используют для изготовления огнеупоров, имеют в общем низкое содержание хрома, в то время как высокосортные руды используют ,как источник металлического хрома.
Содержание FeO в основном компоненте руды оказывает важное влияние на ее пригодность для изготовления огнеупоров. Руды с высоким содержанием FeO обнаруживают значительное расширение при обжиге, а также находясь в контакте с окислами железа при повышенных температурах. Количество и характер магнезиальных силикатов также оказывают значительное влияние на свойства руды. О количестве силикатов, присутствующих в руде, можно судить по содержанию Si02. В большинстве руд, пригодных для использования, содержание Si02 лежит в пределах от 3 до 6%; при содержании Si02 меньше 3% руда обычно слишком рыхла, в то время как кирпичи, изготовленные из руд с содержанием Si02 больше 6%, имеют пониженную шла- коустойчивость. Известь образует легкоплавкие соединения, и ее присутствие в количествах, превышающих 10%, нежелательно. Каменистые руды более предпочтительны для изготовления огнеупоров, поскольку они обеспечивают требуемое высокое содержание грубых фракций. Рыхлые руды используют главным образом в соответствующих, композициях для изготовления обмазок, применяемых для горячего ремонта печей.
При изготовлении огнеупоров, предназначенных для футеровки мартеновских печей, хромовая руда используется главным образом в смесях с намертво обоженной окисью магния.
