耐火物原料とは、耐火物製品の製造に必要な必須の材料を指します。これらは耐火物を製造するための基礎を形成します。耐火物原料の大部分は、耐火粘土、高アルミナボーキサイト、シリカ、クロマイト、マグネサイト、カオリン、マグネシアかんらん石、ジルコン、紅柱石、炭化ケイ素、コランダムなどの天然鉱物です。総合的な性能が継続的に向上しています。耐火物、工業用原料、および工業用アルミナ、合成ムライト、人造耐火繊維、人造耐火中空球などの人工合成材料の要件がますます高くなっており、耐火物の製造に使用されることが増えています。耐火製品の品質と費用対効果は、原材料の正しい選択と合理的な利用に大きく依存します。
耐火物原料は、その化学的性質から酸性耐火物原料、アルカリ性耐火物原料、中性耐火物原料に分類されます。また、その原料によって、天然鉱物原料と人工合成原料に分類することができます。一般に耐火物を製造する場合、原料はさらに主原料と副原料に分類されます。
耐火物製品の製造に使用される原材料は、天然鉱物か人工合成かにかかわらず、鉱物学的観点から、要求される製品仕様を満たすのに十分な高い耐火性を備えていなければなりません。プロセスの観点から見ると、製造プロセスの基本要件を満たしている必要があります。そこから得られる製品の性能を考慮すると、製品の使用要件、特に高温性能の要求を満たすことができる必要があります。
耐火物原料は一般に、アルミニウムシリコン耐火物原料（シリカ、粘土、高アルミナなど）、アルカリ性耐火物原料、断熱性耐火物原料、およびその他の耐火物原料に分類されます。
1.珪質原料
石英の変種の体積効果により、珪石レンガも珪質岩を使用して直接製造されます。珪質岩には、脈状石英、珪岩、火打石、砂岩などのさまざまな種類が含まれます。珪質岩の主成分は SiO2 であり、その他の成分は不純物と考えられます。耐火物に使用される珪質原料は、結晶粒と結合珪岩に大別されます。
2.粘土原料
耐火粘土は、アルミノケイ酸塩耐火材料を製造するための主な原料であり、その耐火性要件は、総称して耐火粘土と呼ばれる、さまざまな硬質粘土、軟質（半軟質）粘土、および 1580°C 以上の耐熱性を持つ粘土頁岩を超えています。 。
天然耐火粘土は通常、水和ケイ酸塩を代表するカオリナイト (Al2O3 ・ 2SiO2 ・ 2H2O) を主成分とする粘土鉱物から主に構成されています。遊離石英、褐鉄鉱、針鉄鉱、有機物を伴い、混合物を形成します。この不均一な鉱物は主に直径 1.2μm 未満の分散粒子で構成されています。
粘土の形成過程の違いにより、一次粘土と二次粘土に分類されます。一次粘土とは、母岩（長石など）の風化によって形成され、風化プロセス後にその場所に残る粘土を指します。堆積粘土としても知られる二次粘土は、他の場所に運ばれ、自然の動的な条件下で再堆積した粘土です。粒子径が細かく、分散性が高く、可塑性に優れています。
耐火物業界で一般的に使用される耐火土は、大きく次の 2 種類に分類できます。
(1).ハードクレイ:
硬質粘土は、緻密な構造、高硬度、非常に細かい粒子、水への分散性が悪く、可塑性が非常に低いという特徴があります。このタイプの粘土は、多くの場合、明るい灰色、灰白色、または灰色で表示されます。貝殻のような破面を持ち、滑らかで滑りやすい感触を持つものもあり、風化して破片になりやすいです。
(2).ソフト（セミソフト）粘土：
軟質（半軟質）粘土は通常、ブロック状の形状で存在し、ゆるくて柔らかい構造と比較的良好な可塑性を備えています。この種の粘土は、不純物の種類や濃度の違いにより色が大きく異なります。灰色から濃い灰色、黒色までの範囲があり、場合によっては、紫、明るい赤色、または白色を呈することもあります。
3.ハイアルミナ材
(1) ボーキサイト:
ボーキサイトは、褐色溶融アルミナを製造するための主原料です。Al2O3含有量88%～90%のハイアルミナクリンカーは、半脆性コランダムの主原料となります。白色電融アルミナや緻密なコランダムなどの製造には、酸化アルミニウムが原料として使用されます。ボーキサイトは高アルミナ頁岩またはアルミナ頁岩としても知られ、主な鉱物はダイアスポア (Al2O3・H2O) とベーマイト (Al2O3・3H2O) です。
中国にはボーキサイトの埋蔵量が極めて豊富で、その生産地域は黄河以北の山西省、河北省、山東省から、中部の河南省、広西チワン族自治区を経て、南西部の貴州省、雲南省にまで広がっています。現在、中国における高アルミナクリンカーの主な生産地は山西省、河南省、貴州省です。湖南省では開発中の小規模な鉱山もいくつかあります。中国の高アルミナボーキサイトの主な鉱物には、ダイアスポア、ベーマイト、カオリナイト、パイロフィライトなどがあります。鉱物組成により、ダイアスポア・カオリナイト型（DK）、ベーマイト・カオリナイト型（BK）、ダイアスポア・パイロフィライト型（DP）の3種類に分類されます。中でもDK型高アルミナボーキサイトが最も広く使用されています。DK タイプのハイアルミナ クリンカーは、Al2O3 含有量に基づいて、グレード S、I、IIA、IIB、III などにさらに分類されます。
(2) 焼結コランダムと溶融コランダム
コランダムの人工製造では、工業用アルミナまたは高アルミナボーキサイトを主原料として使用し、電気炉で溶解します。この他、焼結法を用いてコランダム板状の酸化アルミニウムを製造することもできる。この方法では、工業用アルミナ粉末を主原料とし、焼成、微粉砕、ペレット化、焼結という工程を経ます。この製造方法には技術的な課題がありますが、得られる製品は高強度、強力な耐浸食性、優れた熱衝撃安定性を示します。
「半砕けやすいコランダム」という用語は、本質的に、Al2O3 含有量が 98% を超え、見かけの気孔率が 4% 未満である、高アルミナ ボーキサイトをベースとした緻密な溶融コランダムを指します。還元雰囲気と制御された条件下で高アルミナボーキサイトを電気溶解することによって製造されます。コランダム結晶は通常 1 ～ 15 mm の粒状で、主な不純物にはヘマタイト、チタン酸アルミニウム、およびそれらの固溶体が含まれます。
(3)ムライト
ムライトは、主に結晶相 3Al2O3・2SiO2 から構成される耐火材料です。ムライトは、天然ムライトと合成ムライトの 2 つのカテゴリーに分類できます。天然ムライトは希少で、一般的には合成で製造されます。ムライトは安定した化学的性質を示し、フッ化水素酸に不溶です。優れた高温機械的特性と熱的特性を備えています。
合成ムライトとその製品は、高密度、高純度、高温構造強度、高温での低いクリープ速度、小さな熱膨張係数、化学浸食に対する強い耐性、および熱衝撃に対する耐性を特徴としています。
(4) シリマナイト族鉱物
シリマナイトグループの鉱物には、カイヤナイト、アンダルサイト、シリマナイトが含まれ、一般に「スリー ストーン」と呼ばれます。これらの鉱物は同じ化学組成を共有しますが、結晶構造が異なるため、多形として分類されます。高温に加熱すると、それらはすべてムライトに変化し、体積膨張を伴う少量の溶融 SiO2 が生成されます。
これらの鉱物は熱膨張の程度が異なるため、直接の利用方法が異なります。アンダルサイトは加熱中の体積変化が最小限であるため、レンガ製造または添加剤として、そのままの状態で直接使用されます。一方、シリマナイトとカイヤナイトは、特に不定形耐火材料の製造において、膨張剤の形で混合物に添加されることがよくあります。レンガの製造に使用する場合、レンガを焼成してクリンカーにする必要があり、特にカイヤナイトの場合はクリンカーの形に焼結する必要があります。
4.アルカリ性耐火物
4.1 マグネシア材料
(1)マグネサイト鉱石
中国では、マグネサイト鉱石は主に結晶質マグネサイト鉱石と非晶質マグネサイト鉱石の 2 種類に分類されます。マグネサイト鉱石の主な流通地域は遼寧省と山東省です。マグネサイト鉱石の主な不純物はタルクですが、一部のマグネサイト鉱石には高レベルの CaO も含まれており、ドロマイトが二次鉱物です。中国では、マグネサイト鉱石は化学組成に基づいて 5 つのレベル (S、I、II、III、IV) に分類されます。マグネシアレンガを製造するためのマグネシア砂の焼成には、S グレードと I グレードのみが使用されます。
二段階浮遊選鉱法と二段階焼成法により高純度マグネシア砂を調製し、得られた高純度マグネシア砂を原料として各種高機能耐火物製品の開発が可能です。
(2) その他のマグネシウム含有ミネラル
フォルステライトを原料としたマグネシア系耐火物は、主な鉱物成分がフォルステライト（2MgO・SiO2）とペリクレース（MgO）です。これらの製品は、溶鉄の酸化に強く、熱衝撃安定性が通常のマグネシアれんがに比べて優れているのが特徴です。これらの製品を製造するための主な原料はダナイトと蛇紋石です。
4.2 ドロマイト材料
ドロマイトは、炭酸マグネシウム (MgCO3) と炭酸カルシウム (CaCO3) の錯塩を主成分とする耐火物です。化学式は CaMg(CO3)2 または MgCO3 ・CaCO3 で、理論組成は CaO 30.41%、MgO 21.87%、CO2 47.72% です。CaO/MgO比は1.39、硬度は3.5～4です。
中国には、比較的純度が高いことで知られるドロマイト資源が豊富で広く分布しています。遼寧省の大石橋周辺地域には特に豊富な埋蔵量がある。山東省、湖北省、陝西省、広西省、甘粛省、江西省、安徽省、四川省、雲南省、湖南省などの省はいずれも豊富な埋蔵量を誇っている。ドロマイト鉱床は、多くの場合、石灰岩やマグネサイトと関連付けられています。
5、ジルコニウム系製品原料
(1) ジルコン
ジルコン (ZrO2・SiO2 または ZrSiO4) は、ジルコニウムベースの製品およびジルコニア製品を製造するための主原料です。中国のジルコンの主な生産地は海南省です。広東省、広西チワン族自治区、山東省、福建省、台湾省でも見られます。
ジルコンの理論組成は、ZrO2 67.01%、SiO2 32.99%です。多くの場合、Ti、Fe、その他の希土類酸化物などの微量元素が含まれており、さまざまな程度の放射能を与えます。したがって、この原材料を製品製造に使用する場合には、必要な保護措置を講じる必要があります。
ジルコンの熱伝導率は比較的低く、20℃から1000℃の間で3.72W/(m・K)となります。膨張係数も比較的低く、1000℃で4.6×10-6/℃に達します。単結晶では、主軸 (C 軸) に垂直と平行の 2 方向の膨張係数に大きな違いが見られます。ジルコンは高い化学的不活性性を示し、酸との反応に耐性があります。ガラス溶融物との反応性は低いため、冶金およびガラス産業の耐火材料に一般的に使用されます。
(2) 単斜晶ジルコニア
天然の単斜晶ジルコニア (ZrO2) は、黒、茶色、黄色、または無色の不規則なブロックとして現れることがよくあります。単斜晶系ジルコニアの天然鉱床は中国ではまれです。工業グレードの化学原料である ZrO2 は、ジルコン (ZrO2・SiO2) から化学的方法で得られ、白色またはわずかに黄色の粉末として現れます。
純粋な ZrO2 は、大気圧で、温度が低い順に、単斜晶系、正方晶系、立方晶系の 3 つの結晶相を持ちます。
安定な ZrO2 はさらに部分安定化 ZrO2 と完全安定化 ZrO2 に分類され、後者は前者に比べて熱膨張係数が大きく、熱衝撃安定性が低くなります。したがって、部分的に安定化された ZrO2 は、セラミックスや耐火材料の強化剤としてよく使用されます。
(3) 脱珪ジルコニア
海外における溶融鋳造ジルコニアコランダム（AZS）耐火物の製造では、ケイ酸ジルコニウム精鉱の使用に加えて、一定量の「脱ケイ酸ジルコニア」原料が添加されることがほとんどです。目的は 2 つあります。配合を調整して安定させることと、製品の性能を改善して最適化することです。
(4) ジルコニア コランダム ムライト
この製品のオリジナル素材は工業用アルミナ、カオリン、ジルコンです。これらを細かく粉砕し、均一に混合し、セミドライプレスしてボールにし、300 ～ 1700℃で焼結します。研究によると、ジルコンの含有量が増加すると、焼結温度が上昇し、全体の収縮が減少し、閉気孔が増加します。これらの反応により、焼結ジルコニア コランダム ムライトの密度と強度が向上し、熱衝撃に対する耐性が向上します。
6.クロム系製品の原材料
クロムレンガ、クロムマグネシアレンガ、マグネシアクロムレンガなどのクロム系耐火物を製造するための主原料の一つは、クロム鉱石またはクロム鉱です。クロムマイトはさまざまな鉱物の混合物であり、その組成は大きく変動し、化学的および物理的特性の両方にばらつきが生じます。通常、クロム粒子鉱物で構成されており、これらの鉱物は多くの場合、蛇紋石、フォルステライト、カンラン石などのケイ酸マグネシウムです。クロム鉄鉱石には、Cr2O3 の他に、Al2O3、Fe2O3、MgO などが含まれています。クロマイトの一般的な表記は、マグネシウムと鉄が存在するため、(Mg, Fe) Cr2O3 と表現されることが多いです。
言及された材料は、一般的に使用される耐火原料です。耐火物技術の絶え間ない進歩により、原材料の種類はさらに豊富になってきました。近年、環境への懸念や天然資源の枯渇を背景に、より性能の高い人工合成材料や、より環境に優しい資源リサイクル原料（窒化ケイ素鉄やシーロンなど）の開発に焦点が当てられています。
