De zes meest gebruikte grondstoffen voor vuurvaste materialen.

Vuurvaste grondstoffen verwijzen naar de essentiële materialen die nodig zijn voor de productie van vuurvaste materiaalproducten.Ze vormen de basis voor de productie van vuurvaste materialen.De meeste vuurvaste grondstoffen zijn natuurlijke mineralen, zoals vuurvaste klei, bauxiet met een hoog aluminiumoxidegehalte, silica, chromiet, magnesiet, kaolien, magnesia-olivijn, zirkoon, andalusiet, siliciumcarbide, korund, enz. Met de voortdurende verbetering van de uitgebreide prestaties vereisten van vuurvaste materialen, industriële grondstoffen en kunstmatig gesynthetiseerde materialen, zoals industrieel aluminiumoxide, synthetisch mulliet, kunstmatige vuurvaste vezels en kunstmatige vuurvaste holle bollen, worden steeds vaker gebruikt bij de productie van vuurvaste materialen.De kwaliteit en kosteneffectiviteit van vuurvaste producten hangen grotendeels af van de juiste selectie en rationeel gebruik van grondstoffen.

Vuurvaste grondstoffen kunnen op basis van hun chemische eigenschappen worden geclassificeerd in zure vuurvaste grondstoffen, alkalische vuurvaste grondstoffen en neutrale vuurvaste grondstoffen.Ze kunnen ook op basis van hun bron worden onderverdeeld in natuurlijke minerale grondstoffen en kunstmatig gesynthetiseerde grondstoffen.Over het algemeen worden grondstoffen bij de productie van vuurvaste materialen verder onderverdeeld in primaire materialen en hulpmaterialen.

De grondstoffen die worden gebruikt om vuurvaste producten te produceren, zowel natuurlijke minerale als kunstmatig gesynthetiseerde, moeten vanuit mineralogisch perspectief een voldoende hoge vuurvastheid bezitten om aan de vereiste productspecificaties te voldoen.Vanuit procesperspectief moeten ze voldoen aan de basisvereisten van het productieproces.Gezien de prestaties van de producten die daarvan zijn afgeleid, moeten ze kunnen voldoen aan de gebruikseisen van de producten, met name aan de eisen voor prestaties bij hoge temperaturen.

Vuurvaste grondstoffen worden gewoonlijk gecategoriseerd als aluminium-silicium vuurvaste grondstoffen (zoals silica, klei, hoog-aluminiumoxide, enz.), alkalische vuurvaste grondstoffen, thermisch isolerende vuurvaste grondstoffen en andere vuurvaste grondstoffen.

1. Kiezelhoudende grondstoffen
Vanwege het volume-effect van kwartsvarianten worden silicabakstenen ook rechtstreeks uit kiezelhoudende rotsen geproduceerd.Kiezelhoudende rotsen omvatten verschillende soorten, zoals aderkwarts, kwartsiet, vuursteen en zandsteen.Het hoofdbestanddeel in kiezelhoudende gesteenten is SiO2, terwijl andere componenten als onzuiverheden worden beschouwd.Kiezelhoudende grondstoffen die in vuurvaste materialen worden gebruikt, worden grofweg onderverdeeld in kristallijne korrels en gebonden silicagesteenten.

2. Kleigrondstoffen
Vuurvaste klei is de belangrijkste grondstof voor de productie van vuurvaste materialen van aluminiumsilicaat, en de vereisten voor vuurvastheid overtreffen verschillende harde, zachte (halfzachte) kleisoorten en kleischalie met een temperatuurbestendigheid van meer dan 1580 ° C, gezamenlijk vuurvaste klei genoemd .

Natuurlijke vuurvaste klei bestaat doorgaans voornamelijk uit kleimineralen, met kaoliniet (Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O) als hoofdbestanddeel, wat gehydrateerde silicaten vertegenwoordigt.Het gaat vergezeld van vrije kwarts, limoniet, goethiet en organisch materiaal, die een mengsel vormen.Dit niet-uniforme mineraal bestaat voornamelijk uit verspreide deeltjes met een diameter van minder dan 1,2 μm.

Op basis van de verschillende vormingsprocessen van klei kan het worden ingedeeld in primaire klei en secundaire klei.Primaire klei verwijst naar klei gevormd door de verwering van oudergesteenten (zoals veldspaat) die na het verweringsproces op zijn plaats blijft.Secundaire klei, ook wel sedimentaire klei genoemd, is klei die naar andere locaties is getransporteerd en onder natuurlijke dynamische omstandigheden opnieuw is afgezet.Het heeft een fijne deeltjesgrootte, hoge dispersie en hoge plasticiteit.

Vuurvaste kleisoorten die gewoonlijk in de industrie voor vuurvaste materialen worden gebruikt, kunnen grofweg worden onderverdeeld in de volgende twee typen:

(1). Harde klei:
Harde klei wordt gekenmerkt door een dichte structuur, hoge hardheid, extreem fijne deeltjes, slechte dispergeerbaarheid in water en een zeer lage plasticiteit.Deze kleisoort komt vaak voor in lichtgrijs, grijswit of grijs.Het heeft een schaalachtig breukoppervlak, waarvan sommige glad en glad aanvoelen, en is gevoelig voor verwering en breuk in fragmenten.

(2). Zachte (halfzachte) klei:
Zachte (halfzachte) klei bestaat meestal in blokachtige vormen, met een losse en zachte structuur en een relatief goede plasticiteit.De kleur van deze kleisoort varieert aanzienlijk door verschillen in de soorten en concentraties van onzuiverheden.Het kan variëren van grijs en donkergrijs tot zwart, en in sommige gevallen kan het paarse, lichtrode of witte kleuren vertonen.

3. Hoog-aluminiumoxide materialen

(1) Bauxiet:
Bauxiet is de belangrijkste grondstof voor de productie van bruin gesmolten aluminiumoxide.Hoogaluminiumoxideklinker met een Al2O3-gehalte van 88% tot 90% dient als het belangrijkste materiaal voor halfbros korund.Voor de productie van wit gesmolten aluminiumoxide, dicht korund enz. wordt aluminiumoxide als grondstof gebruikt.Bauxiet is ook bekend als schalie met een hoog aluminiumoxidegehalte of schalie van aluminiumoxide, waarbij de belangrijkste mineralen diaspore (Al2O3 • H2O) en boehmiet (Al2O3•3H2O) zijn.

China beschikt over buitengewoon overvloedige bauxietvoorraden, met productiegebieden die zich uitstrekken van Shanxi, Hebei en Shandong ten noorden van de Gele Rivier, via Henan en Guangxi in de centrale regio, tot Guizhou en Yunnan in het zuidwesten.De belangrijkste productiegebieden voor klinker met een hoog aluminiumoxidegehalte in China bevinden zich momenteel in Shanxi, Henan en Guizhou.Er zijn ook enkele kleinere mijnen in ontwikkeling in Hunan.De belangrijkste mineralen van bauxiet met een hoog aluminiumoxidegehalte in China zijn diaspore, boehmiet, kaoliniet en pyrofylliet.Op basis van hun minerale samenstelling worden ze ingedeeld in drie typen: diaspore-kaoliniettype (DK), boehmiet-kaoliniettype (BK) en diaspore-pyrofylliettype (DP).Onder hen wordt bauxiet met een hoog aluminiumoxidegehalte van het DK-type het meest gebruikt.De klinker met een hoog aluminiumoxidegehalte van het DK-type wordt op basis van zijn Al2O3-gehalte verder geclassificeerd in de klassen S, I, IIA, IIB, III, enz.

(2) Gesinterd korund en gesmolten korund

De kunstmatige productie van korund maakt gebruik van industrieel aluminiumoxide of bauxiet met een hoog aluminiumoxidegehalte als de belangrijkste grondstoffen en wordt gesmolten in een vlamboogoven.Daarnaast kan met behulp van de sintermethode korundplaatachtig aluminiumoxide worden geproduceerd.Bij deze methode is industrieel aluminiumoxidepoeder de belangrijkste grondstof, en het proces omvat calcineren, fijnmalen, pelletiseren en sinteren.Deze productiemethode brengt technische uitdagingen met zich mee, maar de resulterende producten vertonen een hoge sterkte, sterke erosieweerstand en goede thermische schokstabiliteit.

De term "halfbros korund" verwijst in wezen naar dicht gesmolten korund op basis van bauxiet met een hoog aluminiumoxidegehalte, met een Al2O3-gehalte van meer dan 98% en een schijnbare porositeit van minder dan 4%.Het wordt geproduceerd door bauxiet met een hoog aluminiumoxidegehalte elektrisch te smelten onder reducerende atmosferen en gecontroleerde omstandigheden.De korundkristallen zijn korrelig, doorgaans variërend van 1 tot 15 mm, met als belangrijkste onzuiverheden hematiet, aluminiumtitanaat en hun vaste oplossingen.

(3) Mulliet

Mulliet is een vuurvast materiaal dat hoofdzakelijk bestaat uit de kristallijne fase 3Al2O3·2SiO2.Mulliet kan worden ingedeeld in twee categorieën: natuurlijk mulliet en synthetisch mulliet.Natuurlijk mulliet is zeldzaam en wordt over het algemeen synthetisch geproduceerd.Mulliet vertoont stabiele chemische eigenschappen en is onoplosbaar in fluorwaterstofzuur.Het beschikt over uitstekende mechanische en thermische eigenschappen bij hoge temperaturen.

Synthetische mulliet en zijn producten worden gekenmerkt door een hoge dichtheid, hoge zuiverheid, structurele sterkte bij hoge temperaturen, lage kruipsnelheid bij hoge temperaturen, kleine thermische uitzettingscoëfficiënt, sterke weerstand tegen chemische erosie en weerstand tegen thermische schokken.

(4) Mineralen uit de Silimanite-groep

De mineralen uit de silimanietgroep omvatten kyaniet, andalusiet en sillimaniet, gewoonlijk de 'drie stenen' genoemd.Deze mineralen delen dezelfde chemische samenstelling, maar hebben verschillende kristalstructuren, waardoor ze worden geclassificeerd als polymorfen.Bij verhitting tot hoge temperaturen veranderen ze allemaal in mulliet, waarbij een kleine hoeveelheid gesmolten SiO2 ontstaat, vergezeld van volume-expansie.

Als gevolg van variaties in de mate van thermische uitzetting tussen deze mineralen, verschilt hun directe gebruik.Omdat andalusiet bij verhitting een minimale volumeverandering vertoont, wordt het in ruwe staat direct gebruikt, hetzij voor het maken van stenen, hetzij als additief.Aan de andere kant worden sillimaniet en kyaniet vaak in de vorm van expansiemiddelen aan het mengsel toegevoegd, vooral bij de productie van ongevormde vuurvaste materialen.Wanneer ze worden gebruikt voor het maken van stenen, moeten ze tot klinker worden gebakken, vooral in het geval van kyaniet, dat in klinkervorm moet worden gesinterd.

4. Alkalische vuurvaste materialen
4.1 Magnesia-materialen

(1) Magnesieterts

In China wordt magnesieterts voornamelijk ingedeeld in twee soorten: kristallijn magnesieterts en amorf magnesieterts.De belangrijkste distributiegebieden voor magnesieterts liggen in de provincies Liaoning en Shandong.De belangrijkste onzuiverheid in magnesieterts is talk, en sommige magnesietertsen bevatten ook hogere CaO-gehalten, waarbij dolomiet het secundaire mineraal is.In China wordt magnesieterts ingedeeld in vijf niveaus (S, I, II, III, IV) op basis van de chemische samenstelling.Alleen de kwaliteiten S en I worden gebruikt voor het calcineren van magnesiumoxidezand om magnesiabakstenen te produceren.

Met behulp van een tweestaps flotatiemethode en een tweestaps calcineringsmethode om hoogzuiver magnesiumoxidezand te bereiden, kan het hoogzuivere magnesiumoxidezand dat via dit proces wordt verkregen, worden gebruikt als grondstof voor de ontwikkeling van verschillende hoogwaardige vuurvaste producten.

(2) Andere magnesiumhoudende mineralen

In magnesia vuurvaste materialen, producten gemaakt van forsteriet, zijn de belangrijkste minerale componenten forsteriet (2MgO·SiO2) en periklaas (MgO).Deze producten worden gekenmerkt door een sterke weerstand tegen oxidatie van gesmolten ijzer en hun thermische schokstabiliteit is superieur aan die van gewone magnesiabriketten.De primaire grondstoffen voor de productie van deze producten zijn duniet en serpentiniet.

4.2 Dolomietmaterialen

Dolomiet is een vuurvast materiaal dat voornamelijk bestaat uit een complex zout van magnesiumcarbonaat (MgCO3) en calciumcarbonaat (CaCO3).De chemische formule is CaMg(CO3)2 of MgCO3 • CaCO3, met een theoretische samenstelling van CaO 30,41%, MgO 21,87%, CO2 47,72%.De CaO/MgO-verhouding is 1,39 en de hardheid is 3,5 tot 4.

China beschikt over overvloedige en wijdverspreide dolomietbronnen, die bekend staan ​​om hun relatieve zuiverheid.De regio rond Dashiqiao in de provincie Liaoning beschikt over bijzonder rijke reserves.Provincies als Shandong, Hubei, Shaanxi, Guangxi, Gansu, Jiangxi, Anhui, Sichuan, Yunnan en Hunan beschikken allemaal over overvloedige afzettingen.Dolomietafzettingen worden vaak geassocieerd met kalksteen en magnesiet.

5. Op zirkonium gebaseerde productgrondstoffen

(1) Zirkoon

Zirkoon (ZrO2·SiO2 of ZrSiO4) is de belangrijkste grondstof voor de productie van producten op basis van zirkonium en zirkoniumoxideproducten.De belangrijkste productielocatie voor zirkoon in China is de provincie Hainan.Het wordt ook gevonden in de provincie Guangdong, de autonome regio Guangxi Zhuang, de provincie Shandong, de provincie Fujian en de provincie Taiwan.

De theoretische samenstelling van zirkoon is ZrO2 67,01%, SiO2 32,99%.Het bevat vaak sporenelementen zoals Ti, Fe en andere oxiden van zeldzame aardmetalen, die een verschillende mate van radioactiviteit veroorzaken.Daarom moeten de nodige beschermende maatregelen worden genomen bij het gebruik van deze grondstof voor de productie van producten.

Zirkoon heeft een relatief lage thermische geleidbaarheid, namelijk 3,72 W/(m·K) tussen 20 en 1000℃.De uitzettingscoëfficiënt is ook relatief laag en bereikt 4,6 × 10-6/℃ bij 1000℃.De uitzettingscoëfficiënten in twee richtingen, loodrecht en evenwijdig aan de hoofdas (C-as), vertonen significante verschillen in enkele kristallen.Zirkoon vertoont een hoge chemische inertheid en is bestand tegen reacties met zuren.Het reageert in mindere mate met glassmelten en wordt vaak gebruikt in vuurvaste materialen voor de metallurgische en glasindustrie.

(2) Monokliene zirkonia

Natuurlijk monoklieen zirkonia (ZrO2) verschijnt vaak als onregelmatige blokken in zwarte, bruine, gele of kleurloze vormen.Natuurlijke afzettingen van monokliene zirkoniumoxide zijn zeldzaam in China.De industriële kwaliteit ZrO2, een chemische grondstof, wordt via chemische methoden verkregen uit zirkoon (ZrO2·SiO2) en ziet eruit als een wit of lichtgeel poeder.

Zuiver ZrO2 heeft bij atmosferische druk drie kristalfasen: monoklien, tetragonaal en kubisch, in oplopende volgorde van temperatuur.

Stabiel ZrO2 kan verder worden geclassificeerd in gedeeltelijk gestabiliseerd ZrO2 en volledig gestabiliseerd ZrO2, waarbij de laatste een grotere thermische uitzettingscoëfficiënt en een lagere thermische schokstabiliteit vertoont dan de eerste.Daarom wordt gedeeltelijk gestabiliseerd ZrO2 vaak gebruikt als hardingsmiddel in keramiek en vuurvaste materialen.

(3) Gedesiliceerde zirkoniumoxide

Bij de productie van vuurvaste materialen van gesmolten gegoten zirkoniumoxide (AZS) in het buitenland wordt, naast het gebruik van zirkoniumsilicaatconcentraat, meestal een bepaalde hoeveelheid "gedesiliceerde zirkoniumoxide" grondstof toegevoegd.Het doel is tweeledig: het aanpassen en stabiliseren van de formule, en het verbeteren en optimaliseren van de productprestaties.

(4) Zirkonia-korundmulliet

De originele materialen voor dit product zijn industrieel aluminiumoxide, kaolien en zirkoon.Ze worden fijngemalen, gelijkmatig gemengd, halfdroog tot balletjes geperst en bij 300 tot 1700°C gesinterd.Studies tonen aan dat het verhogen van het zirkoongehalte leidt tot een hogere sintertemperatuur, verminderde totale krimp en grotere gesloten poriën.Deze reacties dragen ertoe bij dat het gesinterde zirkoniumoxidekorundmulliet een hogere dichtheid en sterkte heeft, evenals een betere weerstand tegen thermische schokstabiliteit.

6. Op chroom gebaseerde productgrondstoffen

Een van de belangrijkste grondstoffen voor de productie van vuurvaste materialen op chroombasis, zoals chroombakstenen, chroom-magnesiabriketten en magnesia-chroombakstenen, is chroomerts of chromiet.Chromiet is een mengsel van verschillende mineralen en de samenstelling ervan fluctueert aanzienlijk, wat leidt tot variaties in zowel chemische als fysische eigenschappen.Het bestaat doorgaans uit chroomhoudende graanmineralen, waarbij deze mineralen vaak magnesiumsilicaten zijn, zoals serpentijn, forsteriet en olivijn.Chroomijzererts bevat naast Cr2O3 ook Al2O3, Fe2O3, MgO etc. De algemene weergave voor chromiet wordt, vanwege de aanwezigheid van magnesium en ijzer, vaak uitgedrukt als (Mg, Fe) Cr2O3.

De genoemde materialen zijn algemeen gebruikte vuurvaste grondstoffen.Met de voortdurende vooruitgang van de vuurvaste technologie is de verscheidenheid aan grondstoffen uitgebreider geworden.De afgelopen jaren is er veel aandacht geweest voor de ontwikkeling van beter presterende kunstmatige synthetische materialen en milieuvriendelijkere, uit grondstoffen gerecycleerde grondstoffen (zoals siliciumnitride, ijzer en seelon), gedreven door zorgen over het milieu en de uitputting van natuurlijke hulpbronnen.