Die sechs am häufigsten verwendeten Rohstoffe für feuerfeste Materialien.

Als feuerfeste Rohstoffe werden die wesentlichen Materialien bezeichnet, die für die Herstellung feuerfester Werkstoffprodukte benötigt werden.Sie bilden die Grundlage für die Herstellung feuerfester Materialien.Der Großteil der feuerfesten Rohstoffe sind natürliche Mineralien wie feuerfester Ton, Bauxit mit hohem Aluminiumoxidgehalt, Siliziumdioxid, Chromit, Magnesit, Kaolin, Magnesia-Olivin, Zirkon, Andalusit, Siliziumkarbid, Korund usw. Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Gesamtleistung Anforderungen an feuerfeste Materialien, industrielle Rohstoffe und künstlich synthetisierte Materialien wie industrielles Aluminiumoxid, synthetischer Mullit, künstliche feuerfeste Fasern und künstliche feuerfeste Hohlkugeln werden bei der Herstellung feuerfester Materialien zunehmend verwendet.Qualität und Wirtschaftlichkeit feuerfester Produkte hängen maßgeblich von der richtigen Auswahl und rationellen Nutzung der Rohstoffe ab.

Feuerfeste Rohstoffe können anhand ihrer chemischen Eigenschaften in saure feuerfeste Rohstoffe, alkalische feuerfeste Rohstoffe und neutrale feuerfeste Rohstoffe eingeteilt werden.Sie können auch nach ihrer Herkunft in natürliche mineralische Rohstoffe und künstlich synthetisierte Rohstoffe eingeteilt werden.Im Allgemeinen werden bei der Herstellung feuerfester Materialien die Rohstoffe weiter in Primärmaterialien und Hilfsmaterialien unterteilt.

Die zur Herstellung feuerfester Produkte verwendeten Rohstoffe, ob natürliche Mineralien oder künstlich synthetisierte, müssen aus mineralogischer Sicht eine ausreichend hohe Feuerfestigkeit aufweisen, um die geforderten Produktspezifikationen zu erfüllen.Aus prozesstechnischer Sicht sollten sie die grundlegenden Anforderungen des Herstellungsprozesses erfüllen.Unter Berücksichtigung der Leistung der daraus abgeleiteten Produkte sollten sie in der Lage sein, die Nutzungsanforderungen der Produkte, insbesondere die Anforderungen an die Hochtemperaturleistung, zu erfüllen.

Feuerfeste Rohstoffe werden üblicherweise in feuerfeste Aluminium-Silizium-Rohstoffe (wie Siliciumdioxid, Ton, mit hohem Aluminiumoxidgehalt usw.), alkalische feuerfeste Rohstoffe, wärmeisolierende feuerfeste Rohstoffe und andere feuerfeste Rohstoffe eingeteilt.

1. Kieselsäurehaltige Rohstoffe
Aufgrund der Volumenwirkung von Quarzvarianten werden Quarzsteine ​​auch direkt aus silikatischen Gesteinen hergestellt.Silikathaltige Gesteine ​​umfassen verschiedene Arten wie Gangquarz, Quarzit, Feuerstein und Sandstein.Der Hauptbestandteil in silikatischen Gesteinen ist SiO2, andere Bestandteile gelten als Verunreinigungen.Kieselsäurehaltige Rohstoffe, die in feuerfesten Materialien verwendet werden, werden grob in kristallines Granulat und gebundenes Kieselsäuregestein eingeteilt.

2.Tonhaltige Rohstoffe
Feuerfester Ton ist der Hauptrohstoff für die Herstellung von feuerfesten Alumino-Silikat-Materialien und seine Anforderungen an die Feuerfestigkeit übertreffen verschiedene harte, weiche (halbweiche) Tone und Tonschiefer mit einer Temperaturbeständigkeit von über 1580 °C, die zusammen als feuerfester Ton bezeichnet werden .

Natürlicher feuerfester Ton besteht typischerweise hauptsächlich aus Tonmineralien, mit Kaolinit (Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O) als Hauptbestandteil, der hydratisierte Silikate darstellt.Es wird von freiem Quarz, Limonit, Goethit und organischem Material begleitet und bildet eine Mischung.Dieses ungleichmäßige Mineral besteht überwiegend aus dispergierten Partikeln mit einem Durchmesser von weniger als 1,2 μm.

Aufgrund der unterschiedlichen Entstehungsprozesse von Ton kann man ihn in primären Ton und sekundären Ton einteilen.Unter Primärton versteht man Ton, der durch die Verwitterung von Ausgangsgesteinen (z. B. Feldspat) entsteht und nach dem Verwitterungsprozess an Ort und Stelle verbleibt.Sekundärton, auch Sedimentton genannt, ist Ton, der an andere Standorte transportiert und unter natürlichen dynamischen Bedingungen wieder abgelagert wurde.Es hat eine feine Partikelgröße, eine hohe Dispersion und eine hohe Plastizität.

Feuerfeste Tone, die üblicherweise in der Feuerfestmaterialindustrie verwendet werden, können grob in die folgenden zwei Typen eingeteilt werden:

(1).Harter Ton:
Harter Ton zeichnet sich durch eine dichte Struktur, hohe Härte, extrem feine Partikel, schlechte Dispergierbarkeit in Wasser und sehr geringe Plastizität aus.Diese Art von Ton erscheint oft in Hellgrau, Grauweiß oder Grau.Es hat eine schalenartige Bruchfläche, die sich zum Teil glatt und rutschig anfühlt, und ist anfällig für Witterungseinflüsse und Bruchstücke.

(2).Weicher (halbweicher) Ton:
Weicher (halbweicher) Ton liegt meist in blockartiger Form vor, mit lockerer und weicher Struktur und relativ guter Plastizität.Die Farbe dieser Tonart variiert aufgrund unterschiedlicher Arten und Konzentrationen der Verunreinigungen erheblich.Es kann von Grau und Dunkelgrau bis Schwarz reichen und in einigen Fällen auch violette, hellrote oder weiße Farben aufweisen.

3. Materialien mit hohem Aluminiumoxidgehalt

(1) Bauxit:
Bauxit ist der Hauptrohstoff für die Herstellung von braunem Edelkorund.Als Hauptmaterial für Halbkorund dient hochtonerdehaltiger Klinker mit einem Al2O3-Gehalt von 88 % bis 90 %.Für die Herstellung von weißem Edelkorund, dichtem Korund usw. wird Aluminiumoxid als Rohstoff verwendet.Bauxit ist auch als Schiefer mit hohem Aluminiumoxidgehalt oder Aluminiumoxidschiefer bekannt, wobei die Hauptmineralien Diaspor (Al2O3·H2O) und Böhmit (Al2O3·3H2O) sind.

China verfügt über äußerst reichhaltige Bauxitreserven. Die Produktionsgebiete erstrecken sich von Shanxi, Hebei und Shandong nördlich des Gelben Flusses über Henan und Guangxi in der Zentralregion bis nach Guizhou und Yunnan im Südwesten.Die Hauptproduktionsgebiete für Klinker mit hohem Aluminiumoxidgehalt in China liegen derzeit in Shanxi, Henan und Guizhou.Darüber hinaus befinden sich in Hunan einige kleinere Minen in der Entwicklung.Zu den Hauptmineralien von Bauxit mit hohem Aluminiumoxidgehalt in China gehören Diaspor, Böhmit, Kaolinit und Pyrophyllit.Basierend auf ihrer Mineralzusammensetzung werden sie in drei Typen eingeteilt: Diaspor-Kaolinit-Typ (DK), Böhmit-Kaolinit-Typ (BK) und Diaspor-Pyrophyllit-Typ (DP).Unter ihnen ist der Bauxit mit hohem Aluminiumoxidgehalt vom DK-Typ der am weitesten verbreitete.Der hochtonerdehaltige Klinker vom Typ DK wird anhand seines Al2O3-Gehalts weiter in die Klassen S, I, IIA, IIB, III usw. eingeteilt.

(2) Sinterkorund und Schmelzkorund

Bei der künstlichen Herstellung von Korund werden als Hauptrohstoffe Industrietonerde oder hochtonerdehaltiges Bauxit verwendet und in einem Elektrolichtbogenofen geschmolzen.Darüber hinaus kann im Sinterverfahren korundplättchenförmiges Aluminiumoxid hergestellt werden.Bei dieser Methode ist industrielles Aluminiumoxidpulver der Hauptrohstoff, und der Prozess umfasst Kalzinieren, Feinmahlen, Pelletieren und Sintern.Diese Produktionsmethode stellt technische Herausforderungen dar, aber die resultierenden Produkte weisen eine hohe Festigkeit, eine starke Erosionsbeständigkeit und eine gute Thermoschockstabilität auf.

Der Begriff „Halbkorund“ bezieht sich im Wesentlichen auf dichten Schmelzkorund auf Basis von Bauxit mit hohem Aluminiumoxidgehalt, einem Al2O3-Gehalt von mehr als 98 % und einer scheinbaren Porosität von weniger als 4 %.Es wird durch elektrisches Schmelzen von Bauxit mit hohem Aluminiumoxidgehalt unter reduzierenden Atmosphären und kontrollierten Bedingungen hergestellt.Die Korundkristalle sind körnig und haben typischerweise eine Größe von 1 bis 15 mm. Zu den Hauptverunreinigungen gehören Hämatit, Aluminiumtitanat und deren feste Lösungen.

(3) Mullit

Mullit ist ein feuerfestes Material, das hauptsächlich aus der kristallinen Phase 3Al2O3·2SiO2 besteht.Mullit kann in zwei Kategorien eingeteilt werden: natürlicher Mullit und synthetischer Mullit.Natürlicher Mullit ist selten und wird im Allgemeinen synthetisch hergestellt.Mullit weist stabile chemische Eigenschaften auf und ist in Flusssäure unlöslich.Es verfügt über hervorragende mechanische und thermische Eigenschaften bei hohen Temperaturen.

Synthetischer Mullit und seine Produkte zeichnen sich durch hohe Dichte, hohe Reinheit, strukturelle Festigkeit bei hohen Temperaturen, geringe Kriechgeschwindigkeit bei hohen Temperaturen, kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten, starke Beständigkeit gegen chemische Erosion und Beständigkeit gegen Thermoschock aus.

(4) Mineralien der Silimanit-Gruppe

Zu den Mineralien der Silimanit-Gruppe gehören Kyanit, Andalusit und Sillimanit, die allgemein als die „drei Steine“ bezeichnet werden.Diese Mineralien haben die gleiche chemische Zusammensetzung, weisen jedoch unterschiedliche Kristallstrukturen auf, weshalb sie als polymorphe Mineralien klassifiziert werden.Wenn sie auf hohe Temperaturen erhitzt werden, verwandeln sie sich alle in Mullit, wobei eine kleine Menge geschmolzenes SiO2 entsteht, begleitet von einer Volumenausdehnung.

Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung dieser Mineralien unterscheidet sich ihre direkte Nutzung.Da Andalusit beim Erhitzen nur eine minimale Volumenänderung aufweist, wird es direkt im Rohzustand verwendet, entweder für die Ziegelherstellung oder als Zusatzstoff.Andererseits werden Sillimanit und Kyanit der Mischung häufig in Form von Treibmitteln zugesetzt, insbesondere bei der Herstellung ungeformter feuerfester Materialien.Wenn sie zur Ziegelherstellung verwendet werden, müssen sie zu Klinker gebrannt werden, insbesondere im Fall von Kyanit, das zu Klinkerform gesintert werden muss.

4.Alkalische feuerfeste Materialien
4.1 Magnesia-Materialien

(1) Magnesit-Erz

In China wird Magnesit-Erz hauptsächlich in zwei Arten eingeteilt: kristallines Magnesit-Erz und amorphes Magnesit-Erz.Die Hauptverbreitungsgebiete für Magnesit-Erz liegen in den Provinzen Liaoning und Shandong.Die Hauptverunreinigung im Magnesit-Erz ist Talk, und einige Magnesit-Erze enthalten auch höhere Mengen an CaO, wobei Dolomit das sekundäre Mineral ist.In China wird Magnesiterz aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung in fünf Stufen (S, I, II, III, IV) eingeteilt.Für die Kalzinierung von Magnesiasand zur Herstellung von Magnesiasteinen werden ausschließlich die Sorten S und I verwendet.

Mithilfe eines zweistufigen Flotationsverfahrens und eines zweistufigen Kalzinierungsverfahrens zur Herstellung von hochreinem Magnesiasand kann der durch dieses Verfahren gewonnene hochreine Magnesiasand als Rohstoff für die Entwicklung verschiedener hochleistungsfähiger feuerfester Produkte verwendet werden.

(2) Andere Magnesium enthaltende Mineralien

In feuerfesten Magnesia-Materialien, Produkten aus Forsterit, sind die Hauptmineralbestandteile Forsterit (2MgO·SiO2) und Periklas (MgO).Diese Produkte zeichnen sich durch eine starke Beständigkeit gegen die Oxidation von geschmolzenem Eisen aus und ihre Thermoschockstabilität ist der von gewöhnlichen Magnesiasteinen überlegen.Die Hauptrohstoffe für die Herstellung dieser Produkte sind Dunit und Serpentinit.

4.2 Dolomitmaterialien

Dolomit ist ein feuerfestes Material, das hauptsächlich aus einem komplexen Salz aus Magnesiumcarbonat (MgCO3) und Calciumcarbonat (CaCO3) besteht.Seine chemische Formel lautet CaMg(CO3)2 oder MgCO3 · CaCO3, mit einer theoretischen Zusammensetzung von CaO 30,41 %, MgO 21,87 %, CO2 47,72 %.Das CaO/MgO-Verhältnis beträgt 1,39 und die Härte beträgt 3,5 bis 4.

China verfügt über reichlich vorhandene und weit verbreitete Dolomitressourcen, die für ihre relative Reinheit bekannt sind.Die Region um Dashiqiao in der Provinz Liaoning verfügt über besonders reiche Vorkommen.Provinzen wie Shandong, Hubei, Shaanxi, Guangxi, Gansu, Jiangxi, Anhui, Sichuan, Yunnan und Hunan verfügen allesamt über reichlich Vorkommen.Dolomitvorkommen werden häufig mit Kalkstein und Magnesit in Verbindung gebracht.

5、Produktrohstoffe auf Zirkoniumbasis

(1) Zirkon

Zirkon (ZrO2·SiO2 oder ZrSiO4) ist der Hauptrohstoff für die Herstellung von Produkten auf Zirkoniumbasis und Zirkonoxidprodukten.Der wichtigste Produktionsstandort für Zirkon in China ist die Provinz Hainan.Es kommt auch in der Provinz Guangdong, der Autonomen Region Guangxi der Zhuang, der Provinz Shandong, der Provinz Fujian und der Provinz Taiwan vor.

Die theoretische Zusammensetzung von Zirkon beträgt 67,01 % ZrO2, 32,99 % SiO2.Es enthält häufig Spurenelemente wie Ti, Fe und andere Seltenerdoxide, die unterschiedlich starke Radioaktivität verleihen.Daher sollten bei der Verwendung dieses Rohstoffs zur Produktherstellung die notwendigen Schutzmaßnahmen getroffen werden.

Zirkon hat eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit und beträgt 3,72 W/(m·K) zwischen 20 und 1000℃.Auch sein Ausdehnungskoeffizient ist vergleichsweise niedrig und erreicht 4,6 × 10-6/℃ bei 1000℃.Die Ausdehnungskoeffizienten in zwei Richtungen, senkrecht und parallel zur Hauptachse (C-Achse), weisen bei Einkristallen erhebliche Unterschiede auf.Zirkon weist eine hohe chemische Inertheit auf und widersteht Reaktionen mit Säuren.Es reagiert in geringerem Maße mit Glasschmelzen und wird häufig in feuerfesten Materialien für die Metallurgie- und Glasindustrie verwendet.

(2) Monoklines Zirkonoxid

Natürliches monoklines Zirkonoxid (ZrO2) erscheint oft als unregelmäßige Blöcke in schwarzer, brauner, gelber oder farbloser Form.Natürliche Vorkommen von monoklinem Zirkonoxid sind in China selten.Das industrietaugliche ZrO2, ein chemischer Rohstoff, wird durch chemische Verfahren aus Zirkon (ZrO2·SiO2) gewonnen und liegt als weißes oder leicht gelbes Pulver vor.

Reines ZrO2 hat bei Atmosphärendruck drei Kristallphasen: monoklin, tetragonal und kubisch, in aufsteigender Reihenfolge der Temperatur.

Stabiles ZrO2 kann weiter in teilweise stabilisiertes ZrO2 und vollständig stabilisiertes ZrO2 eingeteilt werden, wobei letzteres einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine geringere Thermoschockstabilität aufweist als ersteres.Daher wird teilweise stabilisiertes ZrO2 häufig als Zähigkeitsmittel in Keramik und feuerfesten Materialien verwendet.

(3) Desilikatiertes Zirkonoxid

Bei der Herstellung von schmelzgegossenen feuerfesten Materialien aus Zirkonkorund (AZS) im Ausland wird neben der Verwendung von Zirkonsilikatkonzentrat meist eine gewisse Menge an „desilikatisiertem Zirkonoxid“-Rohstoff zugesetzt.Der Zweck besteht aus zwei Gründen: der Anpassung und Stabilisierung der Formel sowie der Verbesserung und Optimierung der Produktleistung.

(4) Zirkonoxid-Korund-Mullit

Die Originalmaterialien für dieses Produkt sind Industrietonerde, Kaolin und Zirkon.Sie werden fein gemahlen, gleichmäßig gemischt, halbtrocken zu Kugeln gepresst und bei 300 bis 1700 °C gesintert.Studien zeigen, dass eine Erhöhung des Zirkongehalts zu einer höheren Sintertemperatur, einer geringeren Gesamtschrumpfung und einer Zunahme geschlossener Poren führt.Diese Reaktionen tragen dazu bei, dass der gesinterte Zirkonkorundmullit eine höhere Dichte und Festigkeit sowie eine bessere Beständigkeit gegenüber Thermoschocks aufweist.

6. Produktrohstoffe auf Chrombasis

Einer der Hauptrohstoffe für die Herstellung von feuerfesten Materialien auf Chrombasis wie Chromsteinen, Chrom-Magnesia-Steinen und Magnesia-Chrom-Steinen ist Chromerz oder Chromit.Chromit ist eine Mischung aus verschiedenen Mineralien und seine Zusammensetzung schwankt erheblich, was zu Schwankungen sowohl der chemischen als auch der physikalischen Eigenschaften führt.Es besteht typischerweise aus chromhaltigen Kornmineralien, wobei es sich bei diesen Mineralien häufig um Magnesiumsilikate wie Serpentin, Forsterit und Olivin handelt.Neben Cr2O3 enthält Chromeisenerz auch Al2O3, Fe2O3, MgO usw. Die allgemeine Darstellung für Chromit wird aufgrund des Vorhandenseins von Magnesium und Eisen oft als (Mg, Fe) Cr2O3 ausgedrückt.

Bei den genannten Materialien handelt es sich um häufig verwendete feuerfeste Rohstoffe.Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Feuerfesttechnologie ist die Vielfalt der Rohstoffe immer umfangreicher geworden.In den letzten Jahren lag der Schwerpunkt auf der Entwicklung leistungsstärkerer künstlicher synthetischer Materialien und umweltfreundlicherer recycelter Rohstoffe (wie Siliziumnitrideisen und Seelon), getrieben von Umweltbedenken und der Erschöpfung natürlicher Ressourcen.