ТЕХНОЛОГИЯ ОГНЕУПОРОВ

ЗЕРНОВОЙ, ХИМИЧЕСКИЙ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВЫ ОГНЕУПОРНЫХ ГЛИН И КАОЛИНОВ

Глины и каолины относят к полидисперсным материа­лам. Они не однородны по составу и свойствам. Фракция глин 0,01—0,005 мм имеет обломочный характер; мине­ралогический (и химический) состав этой фракции опре­деляется составом пород, при выветривании которых об­разовались данные глины. В их состав входят кварц, полевые шпаты, слюды и тяжелые минералы: гранат, магнетит, пирит, марказит, циркон и др. Фракция раз­мером 0,005—0,001 мм является промежуточной, в ней содержится обломочный материал и продукты химичес­кого разложения первичных горных пород. В материалах фракции мельче 0,001 мм первичные продукты механи­ческого выветривания горных пород обычно не содержат­ся. Фракция мельче 0,001 мм состоит из продуктов хи­мического выветривания—каолинита, монотермита и дру­гих алюмосиликатов, ее называют глинистой субстан­цией.

Зерновой состав. Частицы каолина имеют форму

О

Пластинок, листочков или чешуек толщиной около 7,2 А. Эти листочки и чешуйки плотно соединяются друг с дру­гом своими широкими плоскостями, образуя призмы и червеобразные сростки, или находятся раздельно, имея размеры, одинаковые с коллоидными частицами. Этим и объясняется, что собственно глинистое вещество облада­ет свойствами коллоидов. Примерный зерновой состав некоторых огнеупорных глин приведен в табл. VI.1.

Зерновой состав глин (одного и того же типа) харак­теризуется большими отклонениями. Глины с содержани­ем фракции мельче 0,001 мм в количестве 50—60% от­носят к тонкодисперсным.

Таблица V1.1

Химический состав. В природе никогда не встречают­ся каолины и огнеупорные глины с составом, точно отве­чающим формуле каолинита А1203-2Si02-2И20 (39,5% А1203; 46,6% Si02; 13,9% Н20). Основные примеси в као­линах и огнеупорных глинах: свободные кремнезем и глинозем, коллоидный кремнезем, щелочные и щелочнозе­мельные оксиды, соединения железа, титана и других ме­таллов, органические примеси в виде углистых включе­ний, гумусовых кислот и др. Содержание Si02 в огне­упорных глинах и каолинах доходит до 70% и более. Кремнезем как примесь в глинах находится обычно в ви­де кварцевого песка, снижающего пластичность и огне­упорность глин, повышающего температуру их спекания, обусловливающего в некоторых случаях разрыхление глин при обжиге в условиях высоких температур.

По содержанию глинозема А1203 (в прокаленном со­стоянии) глины подразделяют на высокоосновные (>40%), основные (28—40%), полукислые (15—28%) и кислые (<15%). При увеличении содержания глино­зема в огнеупорных глинах повышается их огнеупорность. Глинозем в глинах содержится связанным в каолините, в других гидроалюмосиликатах и иногда в виде гидратов глинозема.

Неорганические примеси снижают огнеупорность глин и каолинов, и поэтому их называют плавнями. Ко­личество примесей в огнеупорных глинах обычно не пре­вышает 6—7%. Плавнями могут быть соединения желе­за, кальция, магния, калия, натрия, титана и др. Железо в глине содержится в виде минералов, пирита, маркази­та FeS2, сферосидерита и гидроксидов.

'Особенно вредными, подлежащими удалению приме­сями являются пирит и марказит, когда они находятся в виде образований размером до 3—5 см и выше. Мелкие зерна пирита (размером до 2 мм) образуют на изделиях при обжиге «выплавки» и «мушку». Другие примеси же­леза, как правило, тонкодисперсны, распределены более равномерно и поэтому менее вредны, чем пирит и марка­зит. Содержание железа в пересчете на Рег03 в огне­упорных глинах составляет 0,5—3,5, в каолинах оно не превышает 0,5—1,5%.

Щелочи встречаются в глинах чаще всего в виде слю­да K20-3Al203-6Si02-2H20, реже в виде полевых шпа­тов Na20-Al203-6Si02 и КгО-Al203-6Si02, а в глинах некоторых месторождений входят в состав основного ми­нерала, например монотермита — 0,2K20-Al203-3Si02- • 1,5Н20 + од. Щелочи в глинах содержатся в количест­ве 0,5—3,5%.

Довольно распространенной примесью в огнеупорных глинах является ТЮ2, чаще всего присутствующая в ви­де минерала рутила. Содержание ТЮ2 составляет 0,5— 2,0%. Обычными примесями в глинах служат СаО и MgO. Их суммарное содержание составляет 0,1—1,50%- Из ор­ганических примесей в глинах присутствуют каменный уголь, торф и др.; при содержании их до 10—15% глины называют углистыми.

Потери при прокаливании (п. п. п.). При прокалива­нии глин до 900° С из них удаляются химически связан­ная вода, углекислота карбонатов, выгорают органиче­ские примеси и сера. В глинах с незначительным содер­жанием органических веществ и обычным количеством

Примесей п. п. п. зависят в основном от присутствия в них глинистого вещества. В связи с этим по потере при про­каливании, которая определяется быстро и легко, можно косвенно судить о количестве каолинита, а следователь­но, и глинозема (табл. VI.2).

Минералогический состав. Огнеупорные глины основ­ных месторождений СССР подразделяют на три мине­ралогических типа: 1) каолинитовые; 2) гидрослюдис­тые-монотермитовые; 3) гидраргиллитовые. Встречаются глины промежуточных типов, состоящие из смеси этих минералов; наиболее распространены каолинитовые гли - ■ ны. Каолинитовые и гидрослюдистые глины могут иметь близкий химический состав, но, как правило, глины с вы­соким содержанием глинозема являются каолинитовыми и высокоспекающимися, а глины гидрослюдистые с вы­соким содержанием щелочей—монотермитовыми и низ - коспекающимися.

Каолинит Al203-2Si02-2H20 имеет плотность 2,58— 2,59, твердость около 1; цвет белый или окрашенный ор­ганическими либо железистыми примесями в светло-жел­тые тона. Под микроскопом каолинит наблюдается толь­ко при больших увеличениях в виде отдельных пласти­нок. В глинах некоторых месторождений (Трошковского) пластинки каолинита цементируются коллоидной крем - некислотой в призматические скопления. При обжиге такие скопления расширяются подобно гармошке; от­дельные же пластинки каолинита спекаются, уменьшаясь в объеме. НС1 и HN03 на каолинит почти не действуют. H2S04, особенно при нагревании, разлагает каолинит

Сравнительно легко. VT Монотермит 0,2Ме20-

-АЬОз-ЗЗЮа-І. б Н20 + aq имеет кристаллы пластин - чатой формы, но не образу - всего ет скоплений: он отличается

____ от каолинита оптическими и

Физическими свойствами. 100,17 Открыт академиками Бе - 100,50 лянкиным и Куманиным. 99,91 Содержание монотермита в 100 66 глинах обусловливает их по­ниженную температуру спе - 100,02 кания и высокую пластич - ____ ность.

193

Гидраргиллит А1(0Н)3 (65,4% Al203) 34,6% Н20) имеет плотность 2,35, твердость 2,5—2,5, цвет—белый, кристаллы тонкочешуйчатого сложения. Гидраргиллит часто встречается вместе с другими гидратами глинозе­ма—бемитом и диаспором.

Р-кварц Si02 содержится в глинах как в крупных фракциях, так и в тонких. В зависимости от этого кварц по-разному влияет на технические свойства глин. По сте­пени окатанности крупных зерен кварца можно сделать некоторые заключения о происхождении огнеупорных "глин. Кварц, содержащийся в огнеупорных глинах неко­торых месторождений, растрескивается при обжиге, уве­личивая пористость массы. С кислотами, за исключени­ем HF, не реагирует, при взаимодействии с последней об­разует летучее соединение SiF4.

Пирит FeS2, имеющий твердость 6—6,5, легко опреде­ляется по светлому латунно-желтому цвету и штрихова - тости граней. В глинах встречается обычно в виде мелких зерен, а иногда в виде крупных агрегатов разме­ром >5 см.

Марказит FeS2 отличается от пирита копьевидными или таблитчатыми формами. В глинах Богдановичского месторождения встречается в виде крупных сростков шаровидной формы.

Кальцит СаС03 встречается чаще в виде единичных зерен. С разбавленной соляной кислотой легко реагиру­ет с шипением, выделяя С02.

Рутил ТЮ2 встречается в тонкораспыленном состоя­нии.

В качестве других примесей в огнеупорных глинах встречаются сидерит FeC03, гипс CaS04-2H20, турма­лин (Na, Са) • (Mg, Al)6[B3Al3Si6(0, ОН)30], цир­кон ZrSi04, дистен Al203-Si02 и др.

В производстве глиноземокремнеземистых изделий могут применяться в виде добавки в связку в качестве пластификатора монтмориллонитовые глины и взамен шамота пирофиллит Al203-4Si02-H20.