Le sei materie prime più comunemente utilizzate per materiali refrattari.

Le materie prime refrattarie si riferiscono ai materiali essenziali necessari per la produzione di prodotti in materiali refrattari.Costituiscono la base per la produzione di materiali refrattari.La maggior parte delle materie prime refrattarie sono minerali naturali, come argilla refrattaria, bauxite ad alto contenuto di allumina, silice, cromite, magnesite, caolino, olivina di magnesia, zircone, andalusite, carburo di silicio, corindone, ecc. Con il continuo miglioramento delle prestazioni globali i requisiti di materiali refrattari, materie prime industriali e materiali sintetizzati artificialmente, come allumina industriale, mullite sintetica, fibre refrattarie artificiali e sfere cave refrattarie artificiali, sono sempre più utilizzati nella produzione di materiali refrattari.La qualità e l'economicità dei prodotti refrattari dipendono in gran parte dalla corretta selezione e dall'utilizzo razionale delle materie prime.

Le materie prime refrattarie possono essere classificate in base alle loro proprietà chimiche in materie prime refrattarie acide, materie prime refrattarie alcaline e materie prime refrattarie neutre.Possono anche essere classificati in base alla loro fonte in materie prime minerali naturali e materie prime sintetizzate artificialmente.Generalmente, nella produzione dei materiali refrattari, le materie prime vengono ulteriormente classificate in materie prime e materie ausiliarie.

Le materie prime utilizzate per produrre prodotti refrattari, siano esse minerali naturali o sintetizzate artificialmente, devono, dal punto di vista mineralogico, possedere una refrattarietà sufficientemente elevata per soddisfare le specifiche di prodotto richieste.Dal punto di vista del processo, dovrebbero soddisfare i requisiti di base del processo di produzione.Considerando le prestazioni dei prodotti da essi derivati, dovrebbero essere in grado di soddisfare i requisiti di utilizzo dei prodotti, in particolare le richieste di prestazioni ad alta temperatura.

Le materie prime refrattarie sono comunemente classificate come materie prime refrattarie in alluminio-silicio (come silice, argilla, alto contenuto di allumina, ecc.), materie prime refrattarie alcaline, materie prime refrattarie termoisolanti e altre materie prime refrattarie.

1.Materie prime silicee
A causa dell'effetto volume delle varianti di quarzo, i mattoni di silice vengono prodotti direttamente anche utilizzando rocce silicee.Le rocce silicee comprendono vari tipi come quarzo venato, quarzite, selce e arenaria.Il componente principale delle rocce silicee è SiO2, mentre gli altri componenti sono considerati impurità.Le materie prime silicee utilizzate nei materiali refrattari sono ampiamente classificate in granuli cristallini e rocce di silice legate.

2. Materie prime argillose
L'argilla refrattaria è la materia prima primaria per la produzione di materiali refrattari all'allumino-silicato e i suoi requisiti di refrattarietà superano varie argille dure, morbide (semi-morbide) e scisti argillosi con una resistenza alla temperatura superiore a 1580°C, collettivamente denominate argilla refrattaria .

L'argilla refrattaria naturale è tipicamente costituita principalmente da minerali argillosi, con la caolinite (Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O) come componente principale, che rappresenta i silicati idrati.È accompagnato da quarzo libero, limonite, goethite e materia organica, formando una miscela.Questo minerale non uniforme è composto prevalentemente da particelle disperse con un diametro inferiore a 1,2μm.

In base ai diversi processi di formazione dell'argilla, questa può essere classificata in argilla primaria e argilla secondaria.L'argilla primaria si riferisce all'argilla formata dall'erosione delle rocce madri (come il feldspato) che rimane sul posto dopo il processo di alterazione.L'argilla secondaria, nota anche come argilla sedimentaria, è l'argilla che è stata trasportata in altri luoghi e ridepositata in condizioni dinamiche naturali.Ha granulometria fine, elevata dispersione ed elevata plasticità.

Le argille refrattarie comunemente utilizzate nell'industria dei materiali refrattari possono essere ampiamente classificate nei due tipi seguenti:

(1).Argilla dura:
L'argilla dura è caratterizzata da una struttura densa, elevata durezza, particelle estremamente fini, scarsa disperdibilità in acqua e plasticità molto bassa.Questo tipo di argilla appare spesso in grigio chiaro, grigio-bianco o grigio.Ha una superficie di frattura simile a un guscio, alcune con una sensazione liscia e scivolosa, ed è soggetta agli agenti atmosferici e alla rottura in frammenti.

(2). Argilla morbida (semi-morbida):
L'argilla morbida (semi-morbida) esiste solitamente in forme simili a blocchi, con una struttura sciolta e morbida e una plasticità relativamente buona.Il colore di questo tipo di argilla varia in modo significativo a causa delle differenze nei tipi e nelle concentrazioni di impurità.Può variare dal grigio e dal grigio scuro al nero e, in alcuni casi, può presentare colori viola, rosso chiaro o bianco.

3. Materiali ad alto contenuto di allumina

(1) Bauxite:
La bauxite è la materia prima primaria per la produzione di allumina fusa marrone.Il clinker ad alto contenuto di allumina con un contenuto di Al2O3 compreso tra l'88% e il 90% funge da materiale principale per il corindone semifriabile.Per la produzione di allumina fusa bianca, corindone denso, ecc., come materia prima viene utilizzato l'ossido di alluminio.La bauxite è anche conosciuta come scisto ad alto contenuto di allumina o scisto di allumina, i cui minerali principali sono diasporo (Al2O3 • H2O) e boehmite (Al2O3•3H2O).

La Cina ha riserve estremamente abbondanti di bauxite, con aree di produzione che si estendono da Shanxi, Hebei e Shandong a nord del Fiume Giallo, attraverso Henan e Guangxi nella regione centrale, fino a Guizhou e Yunnan nel sud-ovest.Le principali aree di produzione di clinker ad alto contenuto di allumina in Cina si trovano attualmente nello Shanxi, nell'Henan e nel Guizhou.Ci sono anche alcune miniere più piccole in fase di sviluppo nello Hunan.I principali minerali della bauxite ad alto contenuto di allumina in Cina includono diasporo, boehmite, caolinite e pirofillite.In base alla loro composizione minerale, sono classificati in tre tipi: tipo diasporo-caolinite (DK), tipo boehmite-caolinite (BK) e tipo diasporo-pirofillite (DP).Tra questi, la bauxite ad alto contenuto di allumina di tipo DK è la più utilizzata.Il clinker ad alto contenuto di allumina di tipo DK è ulteriormente classificato in base al contenuto di Al2O3 nei gradi S, I, IIA, IIB, III, ecc.

(2) Corindone sinterizzato e corindone fuso

La produzione artificiale del corindone utilizza come materia prima principale l'allumina industriale o la bauxite ad alto contenuto di allumina e viene fusa in un forno elettrico ad arco.Inoltre, utilizzando il metodo di sinterizzazione è possibile produrre ossido di alluminio simile al corindone.In questo metodo, la polvere di allumina industriale è la principale materia prima e il processo prevede la calcinazione, la macinazione fine, la pellettizzazione e la sinterizzazione.Questo metodo di produzione pone sfide tecniche, ma i prodotti risultanti presentano elevata robustezza, forte resistenza all’erosione e buona stabilità allo shock termico.

Con il termine "corindone semifriabile" si intende essenzialmente corindone fuso denso a base di bauxite ad alto contenuto di allumina, con un contenuto di Al2O3 superiore al 98% e una porosità apparente inferiore al 4%.È prodotto mediante fusione elettrica di bauxite ad alto contenuto di allumina in atmosfere riducenti e condizioni controllate.I cristalli di corindone sono granulari, tipicamente compresi tra 1 e 15 mm, con le principali impurità tra cui ematite, titanato di alluminio e le loro soluzioni solide.

(3) Mullite

La mullite è un materiale refrattario composto principalmente dalla fase cristallina 3Al2O3•2SiO2.La mullite può essere classificata in due categorie: mullite naturale e mullite sintetica.La mullite naturale è rara e generalmente viene prodotta sinteticamente.La mullite presenta proprietà chimiche stabili ed è insolubile nell'acido fluoridrico.Possiede eccellenti proprietà meccaniche e termiche alle alte temperature.

La mullite sintetica e i suoi prodotti sono caratterizzati da alta densità, elevata purezza, resistenza strutturale alle alte temperature, basso tasso di scorrimento alle alte temperature, piccolo coefficiente di dilatazione termica, forte resistenza all'erosione chimica e resistenza allo shock termico.

(4) Minerali del gruppo silimanite

I minerali del gruppo della silimanite includono cianite, andalusite e sillimanite, comunemente chiamate le "tre pietre".Questi minerali condividono la stessa composizione chimica ma hanno strutture cristalline diverse, classificandoli come polimorfi.Se riscaldati ad alte temperature, si trasformano tutti in mullite, producendo una piccola quantità di SiO2 fuso accompagnata da espansione di volume.

A causa delle variazioni nel grado di espansione termica di questi minerali, il loro utilizzo diretto differisce.Poiché l'andalusite presenta una variazione di volume minima durante il riscaldamento, viene utilizzata direttamente allo stato grezzo, sia per la produzione di mattoni che come additivo.D'altro canto sillimanite e cianite vengono spesso aggiunte all'impasto sotto forma di agenti espandenti, in particolare nella produzione di materiali refrattari non formati.Quando vengono utilizzati per la produzione di mattoni, devono essere cotti fino a ottenere il clinker, soprattutto nel caso della cianite, che deve essere sinterizzata in forma di clinker.

4. Materiali refrattari alcalini
4.1 Materiali di magnesia

(1) Minerale di magnesite

In Cina, il minerale di magnesite è principalmente classificato in due tipi: minerale di magnesite cristallina e minerale di magnesite amorfa.Le principali aree di distribuzione del minerale di magnesite si trovano nelle province di Liaoning e Shandong.La principale impurità nel minerale di magnesite è il talco e alcuni minerali di magnesite contengono anche livelli più elevati di CaO, con la dolomite che è il minerale secondario.In Cina, il minerale di magnesite è classificato in cinque livelli (S, I, II, III, IV) in base alla sua composizione chimica.Solo i gradi S e I vengono utilizzati per la calcinazione della sabbia di magnesia per produrre mattoni di magnesia.

Utilizzando un metodo di flottazione in due fasi e un metodo di calcinazione in due fasi per preparare la sabbia di magnesia ad elevata purezza, la sabbia di magnesia ad elevata purezza ottenuta attraverso questo processo può essere utilizzata come materia prima per sviluppare vari prodotti refrattari ad alte prestazioni.

(2) Altri minerali contenenti magnesio

Nei materiali refrattari alla magnesia, prodotti a base di forsterite, i principali componenti minerali sono la forsterite (2MgO·SiO2) e il periclasio (MgO).Questi prodotti sono caratterizzati da una forte resistenza all'ossidazione del ferro fuso e la loro stabilità allo shock termico è superiore ai normali mattoni di magnesia.Le materie prime primarie per la produzione di questi prodotti sono dunite e serpentinite.

4.2 Materiali dolomitici

La dolomite è un materiale refrattario composto principalmente da un sale complesso di carbonato di magnesio (MgCO3) e carbonato di calcio (CaCO3).La sua formula chimica è CaMg(CO3)2 o MgCO3 • CaCO3, con una composizione teorica di CaO 30,41%, MgO 21,87%, CO2 47,72%.Il rapporto CaO/MgO è 1,39 e la sua durezza è compresa tra 3,5 e 4.

La Cina dispone di risorse dolomitiche abbondanti e ampiamente distribuite, note per la loro relativa purezza.La regione intorno a Dashiqiao nella provincia di Liaoning ha riserve particolarmente ricche.Province come Shandong, Hubei, Shaanxi, Guangxi, Gansu, Jiangxi, Anhui, Sichuan, Yunnan e Hunan vantano tutte abbondanti giacimenti.I depositi di dolomite sono spesso associati a calcare e magnesite.

5, materie prime per prodotti a base di zirconio

(1) Zircone

Lo zirconio (ZrO2·SiO2 o ZrSiO4) è la materia prima primaria per la produzione di prodotti a base di zirconio e prodotti in zirconio.Il principale sito di produzione dello zircone in Cina è la provincia di Hainan.Si trova anche nella provincia del Guangdong, nella regione autonoma del Guangxi Zhuang, nella provincia dello Shandong, nella provincia del Fujian e nella provincia di Taiwan.

La composizione teorica dello zircone è ZrO2 67,01%, SiO2 32,99%.Spesso contiene oligoelementi come Ti, Fe e altri ossidi di terre rare, che conferiscono vari gradi di radioattività.Pertanto, è necessario adottare le misure protettive necessarie quando si utilizza questa materia prima per la fabbricazione del prodotto.

Lo zirconio ha una conduttività termica relativamente bassa, misurando 3,72 W/(m·K) tra 20 e 1000 ℃.Anche il suo coefficiente di espansione è relativamente basso, raggiungendo 4,6 × 10-6/℃ a 1000℃.I coefficienti di espansione in due direzioni, perpendicolare e parallela all'asse principale (asse C), mostrano differenze significative nei singoli cristalli.Lo zirconio dimostra un'elevata inerzia chimica, resistendo alle reazioni con gli acidi.Reagisce in misura minore con il vetro fuso ed è comunemente utilizzato nei materiali refrattari per l'industria metallurgica e del vetro.

(2) Zirconia monoclina

La zirconia monoclina naturale (ZrO2) appare spesso come blocchi irregolari in forme nere, marroni, gialle o incolori.I depositi naturali di zirconia monoclina sono rari in Cina.Lo ZrO2 di qualità industriale, una materia prima chimica, viene ottenuto mediante metodi chimici dallo zircone (ZrO2·SiO2) e si presenta come una polvere bianca o leggermente gialla.

Lo ZrO2 puro ha tre fasi cristalline a pressione atmosferica: monoclina, tetragonale e cubica, in ordine crescente di temperatura.

Lo ZrO2 stabile può essere ulteriormente classificato in ZrO2 parzialmente stabilizzato e ZrO2 completamente stabilizzato, con quest'ultimo che mostra un coefficiente di dilatazione termica maggiore e una stabilità allo shock termico inferiore rispetto al primo.Pertanto, lo ZrO2 parzialmente stabilizzato viene spesso utilizzato come agente indurente nelle ceramiche e nei materiali refrattari.

(3) Zirconia essiccata

Nella produzione all'estero di materiali refrattari a base di corindone di zirconio fuso (AZS), oltre all'utilizzo del concentrato di silicato di zirconio, viene per lo più aggiunta una certa quantità di materia prima "zirconia disilicata".Lo scopo è duplice: aggiustare e stabilizzare la formula e migliorare e ottimizzare le prestazioni del prodotto.

(4) Mullite di corindone e zirconio

I materiali originali per questo prodotto sono allumina industriale, caolino e zircone.Vengono macinati finemente, miscelati in modo uniforme, pressati semisecchi in palline e sinterizzati a una temperatura compresa tra 300 e 1700°C.Gli studi dimostrano che l’aumento del contenuto di zircone porta a una temperatura di sinterizzazione più elevata, a una riduzione della contrazione totale e a un aumento dei pori chiusi.Queste reazioni contribuiscono a far sì che la mullite di corindone di zirconio sinterizzato abbia densità e resistenza più elevate, nonché una migliore resistenza alla stabilità allo shock termico.

6. Materie prime di prodotti a base di cromo

Una delle materie prime primarie per la produzione di materiali refrattari a base di cromo come mattoni cromati, mattoni cromo-magnesia e mattoni cromo-magnesia è il minerale di cromo o cromite.La cromite è una miscela di vari minerali e la sua composizione fluttua in modo significativo, portando a variazioni nelle proprietà chimiche e fisiche.È tipicamente costituito da minerali a grani cromici, questi minerali sono spesso silicati di magnesio, come serpentino, forsterite e olivina.Oltre a Cr2O3, il minerale di ferro e cromo contiene anche Al2O3, Fe2O3, MgO, ecc. La rappresentazione generale della cromite, a causa della presenza di magnesio e ferro, è spesso espressa come (Mg, Fe) Cr2O3.

I materiali menzionati sono materie prime refrattarie comunemente utilizzate.Con il continuo progresso della tecnologia refrattaria, la varietà delle materie prime è diventata più ampia.Negli ultimi anni, ci si è concentrati sullo sviluppo di materiali sintetici artificiali con migliori prestazioni e di materie prime riciclate dalle risorse più rispettose dell’ambiente (come il nitruro di silicio, il ferro e il seelon), spinti da preoccupazioni ambientali e dall’esaurimento delle risorse naturali.