Les six matières premières les plus utilisées pour les matériaux réfractaires.

Les matières premières réfractaires font référence aux matériaux essentiels nécessaires à la production de produits en matériaux réfractaires.Ils constituent la base de la fabrication de matériaux réfractaires.La majorité des matières premières réfractaires sont des minéraux naturels, tels que l'argile réfractaire, la bauxite à haute teneur en alumine, la silice, la chromite, la magnésite, le kaolin, l'olivine de magnésie, le zircon, l'andalousite, le carbure de silicium, le corindon, etc. Avec l'amélioration continue des performances globales les exigences des matériaux réfractaires, des matières premières industrielles et des matériaux synthétisés artificiellement, tels que l'alumine industrielle, la mullite synthétique, les fibres réfractaires artificielles et les sphères creuses réfractaires artificielles, sont de plus en plus utilisées dans la production de matériaux réfractaires.La qualité et la rentabilité des produits réfractaires dépendent en grande partie de la sélection correcte et de l'utilisation rationnelle des matières premières.

Les matières premières réfractaires peuvent être classées en fonction de leurs propriétés chimiques en matières premières réfractaires acides, matières premières réfractaires alcalines et matières premières réfractaires neutres.Ils peuvent également être classés selon leur source en matières premières minérales naturelles et matières premières synthétisées artificiellement.Généralement, dans la production de matériaux réfractaires, les matières premières sont en outre classées en matières primaires et matières auxiliaires.

Les matières premières utilisées pour fabriquer des produits réfractaires, qu'elles soient minérales naturelles ou synthétisées artificiellement, doivent, d'un point de vue minéralogique, posséder un caractère réfractaire suffisamment élevé pour répondre aux spécifications requises du produit.Du point de vue du processus, ils doivent répondre aux exigences de base du processus de fabrication.Compte tenu des performances des produits qui en dérivent, ils devraient être capables de répondre aux exigences d'utilisation des produits, notamment aux exigences de performances à haute température.

Les matières premières réfractaires sont généralement classées en matières premières réfractaires aluminium-silicium (telles que la silice, l'argile, la haute alumine, etc.), matières premières réfractaires alcalines, matières premières réfractaires d'isolation thermique et autres matières premières réfractaires.

1. Matières premières siliceuses
En raison de l'effet de volume des variantes de quartz, les briques de silice sont également produites directement à partir de roches siliceuses.Les roches siliceuses englobent divers types tels que le quartz veineux, le quartzite, le silex et le grès.Le composant principal des roches siliceuses est le SiO2, les autres composants étant considérés comme des impuretés.Les matières premières siliceuses utilisées dans les matériaux réfractaires sont largement classées en granules cristallins et roches de silice liées.

2. Matières premières argileuses
L'argile réfractaire est la principale matière première pour la production de matériaux réfractaires alumino-silicates, et ses exigences en matière de caractère réfractaire dépassent diverses argiles dures, molles (semi-molles) et des schistes argileux avec une résistance à la température supérieure à 1 580 °C, collectivement appelés argile réfractaire. .

L'argile réfractaire naturelle est généralement constituée principalement de minéraux argileux, avec la kaolinite (Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O) comme composant principal, représentant des silicates hydratés.Il est accompagné de quartz libre, de limonite, de goethite et de matière organique, formant un mélange.Ce minéral non uniforme est majoritairement composé de particules dispersées d’un diamètre inférieur à 1,2 μm.

Sur la base des différents processus de formation de l’argile, elle peut être classée en argile primaire et argile secondaire.L'argile primaire fait référence à l'argile formée par l'altération des roches mères (telles que le feldspath) qui reste en place après le processus d'altération.L'argile secondaire, également connue sous le nom d'argile sédimentaire, est de l'argile qui a été transportée vers d'autres endroits et redéposée dans des conditions dynamiques naturelles.Il a une granulométrie fine, une dispersion élevée et une plasticité élevée.

Les argiles réfractaires couramment utilisées dans l’industrie des matériaux réfractaires peuvent être globalement classées dans les deux types suivants :

(1).Argile dure :
L'argile dure se caractérise par une structure dense, une dureté élevée, des particules extrêmement fines, une faible dispersibilité dans l'eau et une très faible plasticité.Ce type d'argile apparaît souvent en gris clair, gris-blanc ou gris.Il présente une surface de fracture en forme de coquille, certaines avec une sensation lisse et glissante, et est sujet aux intempéries et à la fragmentation.

(2) Argile douce (semi-douce) :
L'argile molle (semi-molle) existe généralement sous forme de blocs, avec une structure lâche et molle et une plasticité relativement bonne.La couleur de ce type d’argile varie considérablement en raison des différences dans les types et les concentrations d’impuretés.Il peut varier du gris et du gris foncé au noir et, dans certains cas, il peut présenter des couleurs violettes, rouge clair ou blanches.

3. Matériaux à haute teneur en alumine

(1)Bauxite :
La bauxite est la principale matière première pour produire de l'alumine fondue brune.Le clinker à haute teneur en alumine avec une teneur en Al2O3 de 88 à 90 % sert de matériau principal pour le corindon semi-friable.Pour la production d'alumine fondue blanche, de corindon dense, etc., l'oxyde d'aluminium est utilisé comme matière première.La bauxite est également connue sous le nom de schiste à haute teneur en alumine ou schiste alumineux, les principaux minéraux étant la diaspore (Al2O3 • H2O) et la boehmite (Al2O3•3H2O).

La Chine possède des réserves de bauxite extrêmement abondantes, avec des zones de production s'étendant du Shanxi, du Hebei et du Shandong au nord du fleuve Jaune, en passant par le Henan et le Guangxi dans la région centrale, jusqu'au Guizhou et au Yunnan au sud-ouest.Les principales zones de production de clinker à haute teneur en alumine en Chine se trouvent actuellement au Shanxi, au Henan et au Guizhou.Il existe également quelques mines plus petites en cours de développement dans le Hunan.Les principaux minéraux de la bauxite à haute teneur en alumine en Chine comprennent la diaspore, la boehmite, la kaolinite et la pyrophyllite.En fonction de leur composition minérale, ils sont classés en trois types : le type diaspore-kaolinite (DK), le type boehmite-kaolinite (BK) et le type diaspore-pyrophyllite (DP).Parmi elles, la bauxite à haute teneur en alumine de type DK est la plus largement utilisée.Le clinker à haute teneur en alumine de type DK est en outre classé en fonction de sa teneur en Al2O3 en grades S, I, IIA, IIB, III, etc.

(2) Corindon fritté et corindon fondu

La production artificielle de corindon utilise de l'alumine industrielle ou de la bauxite à haute teneur en alumine comme matière première principale et est fondue dans un four à arc électrique.De plus, de l'oxyde d'aluminium en forme de plaque de corindon peut être produit par frittage.Dans cette méthode, la poudre d'alumine industrielle est la principale matière première et le processus implique une calcination, un broyage fin, une granulation et un frittage.Cette méthode de production pose des défis techniques, mais les produits résultants présentent une résistance élevée, une forte résistance à l'érosion et une bonne stabilité aux chocs thermiques.

Le terme « corindon semi-friable » désigne essentiellement un corindon fondu dense à base de bauxite à haute teneur en alumine, avec une teneur en Al2O3 supérieure à 98 % et une porosité apparente inférieure à 4 %.Il est produit par fusion électrique de bauxite à haute teneur en alumine sous atmosphères réductrices et conditions contrôlées.Les cristaux de corindon sont granulaires, allant généralement de 1 à 15 mm, avec les principales impuretés comprenant l'hématite, le titanate d'aluminium et leurs solutions solides.

(3) Mullite

La mullite est un matériau réfractaire principalement composé de la phase cristalline 3Al2O3•2SiO2.La mullite peut être classée en deux catégories : la mullite naturelle et la mullite synthétique.La mullite naturelle est rare et elle est généralement produite de manière synthétique.La mullite présente des propriétés chimiques stables et est insoluble dans l'acide fluorhydrique.Il possède d’excellentes propriétés mécaniques et thermiques à haute température.

La mullite synthétique et ses produits se caractérisent par une densité élevée, une pureté élevée, une résistance structurelle à haute température, un faible taux de fluage à haute température, un faible coefficient de dilatation thermique, une forte résistance à l'érosion chimique et une résistance aux chocs thermiques.

(4) Minéraux du groupe Silimanite

Les minéraux du groupe silimanite comprennent la cyanite, l'andalousite et la sillimanite, communément appelées les « trois pierres ».Ces minéraux partagent la même composition chimique mais ont des structures cristallines différentes, ce qui les classe comme polymorphes.Lorsqu'ils sont chauffés à haute température, ils se transforment tous en mullite, produisant une petite quantité de SiO2 fondu accompagné d'une expansion de volume.

En raison des variations du degré de dilatation thermique de ces minéraux, leur utilisation directe diffère.Parce que l’andalousite présente un changement de volume minime pendant le chauffage, elle est utilisée directement à l’état brut, soit pour la fabrication de briques, soit comme additif.D'autre part, la sillimanite et la cyanite sont souvent ajoutées au mélange sous forme d'agents d'expansion, en particulier dans la production de matériaux réfractaires non façonnés.Lorsqu'ils sont utilisés pour la fabrication de briques, ils doivent être cuits en clinker, en particulier dans le cas de la cyanite, qui doit être frittée sous forme de clinker.

4.Matériaux réfractaires alcalins
4.1 Matériaux de magnésie

(1) Minerai de magnésite

En Chine, le minerai de magnésite est principalement classé en deux types : le minerai de magnésite cristalline et le minerai de magnésite amorphe.Les principales zones de distribution du minerai de magnésite se trouvent dans les provinces du Liaoning et du Shandong.La principale impureté du minerai de magnésite est le talc, et certains minerais de magnésite contiennent également des niveaux plus élevés de CaO, la dolomite étant le minéral secondaire.En Chine, le minerai de magnésite est classé en cinq niveaux (S, I, II, III, IV) en fonction de sa composition chimique.Seules les qualités S et I sont utilisées pour la calcination du sable de magnésie afin de produire des briques de magnésie.

En utilisant une méthode de flottation en deux étapes et une méthode de calcination en deux étapes pour préparer du sable de magnésie de haute pureté, le sable de magnésie de haute pureté obtenu grâce à ce processus peut être utilisé comme matière première pour développer divers produits réfractaires de haute performance.

(2) Autres minéraux contenant du magnésium

Dans les matériaux réfractaires à base de magnésie, produits à base de forstérite, les principaux composants minéraux sont la forstérite (2MgO·SiO2) et la périclase (MgO).Ces produits se caractérisent par une forte résistance à l’oxydation du fer fondu et leur stabilité aux chocs thermiques est supérieure à celle des briques de magnésie ordinaires.Les principales matières premières utilisées pour fabriquer ces produits sont la dunite et la serpentinite.

4.2 Matériaux dolomitiques

La dolomite est un matériau réfractaire principalement composé d'un sel complexe de carbonate de magnésium (MgCO3) et de carbonate de calcium (CaCO3).Sa formule chimique est CaMg(CO3)2 ou MgCO3 • CaCO3, avec une composition théorique de CaO 30,41 %, MgO 21,87 %, CO2 47,72 %.Le rapport CaO/MgO est de 1,39 et sa dureté est de 3,5 à 4.

La Chine possède des ressources de dolomite abondantes et largement réparties, connues pour leur relative pureté.La région autour de Dashiqiao, dans la province du Liaoning, possède des réserves particulièrement riches.Des provinces telles que le Shandong, le Hubei, le Shaanxi, le Guangxi, le Gansu, le Jiangxi, l'Anhui, le Sichuan, le Yunnan et le Hunan disposent toutes d'abondants gisements.Les gisements de dolomie sont souvent associés au calcaire et à la magnésite.

5. Matières premières des produits à base de zirconium

(1)Zircon

Le zircon (ZrO2·SiO2 ou ZrSiO4) est la principale matière première pour la production de produits à base de zirconium et de produits en zircone.Le principal site de production de zircon en Chine est la province de Hainan.On le trouve également dans la province du Guangdong, la région autonome du Guangxi Zhuang, la province du Shandong, la province du Fujian et la province de Taiwan.

La composition théorique du zircon est ZrO2 67,01 %, SiO2 32,99 %.Il contient souvent des oligo-éléments tels que Ti, Fe et d'autres oxydes de terres rares, conférant divers degrés de radioactivité.Par conséquent, les mesures de protection nécessaires doivent être prises lors de l’utilisation de cette matière première pour la fabrication de produits.

Le zircon a une conductivité thermique relativement faible, mesurant 3,72 W/(m·K) entre 20 et 1 000 ℃.Son coefficient de dilatation est également relativement faible, atteignant 4,6 × 10-6/℃ à 1 000 ℃.Les coefficients de dilatation dans deux directions, perpendiculaire et parallèle à l'axe principal (axe C), présentent des différences significatives dans les monocristaux.Le zircon présente une grande inertie chimique et résiste aux réactions avec les acides.Il réagit dans une moindre mesure avec le verre fondu et est couramment utilisé dans les matériaux réfractaires pour les industries métallurgiques et verrières.

(2) Zircone monoclinique

La zircone monoclinique naturelle (ZrO2) apparaît souvent sous forme de blocs irréguliers de forme noire, brune, jaune ou incolore.Les gisements naturels de zircone monoclinique sont rares en Chine.Le ZrO2 de qualité industrielle, une matière première chimique, est obtenu par des méthodes chimiques à partir du zircon (ZrO2·SiO2) et se présente sous la forme d'une poudre blanche ou légèrement jaune.

Le ZrO2 pur possède trois phases cristallines à pression atmosphérique : monoclinique, tétragonale et cubique, par ordre croissant de température.

Le ZrO2 stable peut en outre être classé en ZrO2 partiellement stabilisé et ZrO2 entièrement stabilisé, ce dernier présentant un coefficient de dilatation thermique plus élevé et une stabilité aux chocs thermiques plus faible que le premier.Par conséquent, le ZrO2 partiellement stabilisé est souvent utilisé comme agent de durcissement dans les céramiques et les matériaux réfractaires.

(3) Zircone désilicatée

Dans la production de matériaux réfractaires en corindon de zircone fondu (AZS) à l'étranger, en plus de l'utilisation de concentré de silicate de zirconium, une certaine quantité de matière première de « zircone désilicatée » est principalement ajoutée.L’objectif est double : ajuster et stabiliser la formule, et améliorer et optimiser les performances du produit.

(4) Corindon de zircone Mullite

Les matériaux d'origine de ce produit sont l'alumine industrielle, le kaolin et le zircon.Ils sont finement broyés, mélangés uniformément, pressés à moitié secs en boules et frittés entre 300 et 1 700 °C.Des études montrent que l’augmentation de la teneur en zircon entraîne une température de frittage plus élevée, un retrait total réduit et une augmentation des pores fermés.Ces réactions contribuent à ce que la mullite de corindon de zircone frittée ait une densité et une résistance plus élevées, ainsi qu'une meilleure résistance à la stabilité aux chocs thermiques.

6. Matières premières des produits à base de chrome

L’une des principales matières premières pour la production de matériaux réfractaires à base de chrome tels que les briques chromées, les briques chrome-magnésie et les briques magnésie-chrome est le minerai de chrome ou la chromite.La chromite est un mélange de divers minéraux et sa composition fluctue considérablement, entraînant des variations dans ses propriétés chimiques et physiques.Il se compose généralement de minéraux à grains chromiques, ces minéraux étant souvent des silicates de magnésium, tels que la serpentine, la forstérite et l'olivine.En plus du Cr2O3, le minerai de fer chromé contient également Al2O3, Fe2O3, MgO, etc. La représentation générale de la chromite, en raison de la présence de magnésium et de fer, est souvent exprimée par (Mg, Fe) Cr2O3.

Les matériaux mentionnés sont des matières premières réfractaires couramment utilisées.Avec les progrès continus de la technologie réfractaire, la variété des matières premières est devenue plus étendue.Ces dernières années, l'accent a été mis sur le développement de matériaux synthétiques artificiels plus performants et de matières premières recyclées plus respectueuses de l'environnement (telles que le nitrure de silicium, le fer et le seelon), motivées par les préoccupations environnementales et l'épuisement des ressources naturelles.