耐火原料為什么要經(jīng)過(guò)提純與煅燒后才能發(fā)揮更好的性能

　　隨著(zhù)耐火原料工藝技術(shù)的進(jìn)步，耐火材料工業(yè)所使用的原料從最初的天然原料，到經(jīng)過(guò)精選加工的天然原料，再到按人們預定的要求而合成的耐火原料，從而使耐火材料的性能與壽命得以大幅度提高。耐火原料總的趨勢一是高純化，二是合成原料，三是發(fā)展耐火原料粉體技術(shù)。

　　(一)選礦與提純

　　高純原料是制造高質(zhì)量耐火材料的前提。天然礦物原料通常有貧礦與富礦，成分不均勻，質(zhì)量波動(dòng)較大，直接用于耐火材料會(huì )給生產(chǎn)工藝帶來(lái)麻煩并造成質(zhì)量不穩定，有時(shí)甚至無(wú)法使用，因此需要經(jīng)過(guò)選礦富集和分級。選礦的作用有：

　　將礦石中的有用礦物和脈石礦物相互分離，富集有用礦物。

　　除去礦石中的有害雜質(zhì)。

　　盡可能地回收有用的伴生礦物，綜合利用礦產(chǎn)資源。

　　對礦石或選礦產(chǎn)品進(jìn)行粉磨加工，并分級為不同規格的產(chǎn)品。

　　選礦的主要方法有浮選、磁選、重選、電選(靜電選)、光電選、手選、化學(xué)選礦、摩擦與跳汰選礦以及按粒度、形狀與硬度的選礦等。對耐火原料來(lái)說(shuō)采用何種選礦方法與各種選礦方法的組合，取決于原料中各種礦物的物理性質(zhì)，如顆粒大小與形狀、比重、滾動(dòng)摩擦與滑動(dòng)摩擦、潤濕性、電磁性質(zhì)、溶解度、加熱性狀等。目前，耐火原料的常用選礦方法列于表1中。

　　(二)耐火原料的煅燒

　　除某些原料外，大部分用作耐火材料骨料的原料都需經(jīng)過(guò)高溫煅燒(如表3-1-4所列)。原料煅燒時(shí)產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應，對改善耐火材料的成分、礦物組成和組織結構，保證耐火制品的體積穩定性及外觀(guān)尺寸的準確性都有十分重要的作用。表征物料燒結的指標有顯氣孔率、體積密度、吸水率等。

　　表2 死燒或煅燒一噸原料所需要的能量

　　原料煅燒的最終目的是希望達到燒結。燒結是在高溫中進(jìn)行的，物料開(kāi)始燒結的溫度常與質(zhì)點(diǎn)開(kāi)始遷移的溫度是一致的。燒結過(guò)程中?？苫蚨嗷蛏俪霈F液相。液相燒結與固相燒結的動(dòng)力都是表面張力(或表面能)。燒結過(guò)程大致可分為三個(gè)階段：

　　顆粒重新排列產(chǎn)生在燒結過(guò)程中的少量液相包裹在顆粒的表面，并在兩顆粒接觸處形成頸部;

　　顆粒溶解沉析原料中的固相與液相化學(xué)性質(zhì)相似，液相濕潤性好，對固相有一定的溶解能力。當燒結進(jìn)行到一定程度才開(kāi)始有溶解沉析現象發(fā)生;

　　顆粒成長(cháng)顆粒之間的膠結，液相填充孔隙，不同曲面間溶解沉析繼續進(jìn)行。

　　原料的純度與燒結是一對矛盾。原料愈純，燒結愈困難。例如高純天然白云石真正燒結需要1750以上的高溫：而經(jīng)提純的高純鎂砂，需1900~2000以上才能燒結。這顯然給原料的煅燒設備、燃料消耗等帶來(lái)一系列問(wèn)題。此外，母鹽假象也影響原料的燒結，例如我國遼東半島菱鎂礦較之山東半島的菱鎂礦難于燒結，乃前者母鹽假象明顯較多所致。因而人們研究采用多種方法來(lái)促進(jìn)耐火原料的燒結。

　　1.降低物料的粒度

　　一般來(lái)說(shuō)，原料越細，其比面積越大，表面能也越高，粉體表面及其內部出現的晶格缺陷也就越多。粉體活性高，增加了燒結推動(dòng)力，縮短了原子擴散距離，提高了顆粒在液相中的溶解度。

　　2.活化燒結與二步煅燒

　　活化燒結即通過(guò)增加原料的活性而使其容易燒結。降低原料粒度其實(shí)也是一種活化方法。但是單靠機械方法來(lái)降低原料粒度是有限的，而且能量消耗也大大增加。采用化學(xué)方法也能提高物料的活性，如在堿性耐火原料中廣泛使用的二步煅燒法，即輕燒——壓球(制坯)——死燒，就非常有效。

　　二步煅燒法中，輕燒的目的在于活化晶格。比如菱鎂礦的輕燒，在600出現等軸晶系方鎂石，650時(shí)非等軸晶系方鎂石出現，等軸晶系方鎂石逐漸消失，850時(shí)完全消失。這些方鎂石的晶格缺陷較多，活性高，在高溫下擴散作用強，促進(jìn)燒結。輕燒溫度對原料的活性影響很大，它直接關(guān)系到最終熟料的燒結溫度與體積密度。對于已確定的物料，總有一個(gè)最佳的輕燒溫度。輕燒溫度過(guò)高會(huì )使結晶度增加，晶粒變大，比表面積和活性下降;溫度過(guò)低則可能有殘留的未分解的母鹽存在而妨礙燒結。

　　二步煅燒法不但為制備高純高密度鎂砂、合成鎂白云石砂開(kāi)辟了新途徑，而且對其它難以致密化的原料燒結作用也很大。堇青石燒結范圍狹窄，約30左右，以高嶺土、滑石和氧化鋁為原料煅燒合成堇青石過(guò)程中有大量結構水排出，燒結體易形成多孔結構，要得到致密高純度的合成堇青石熟料十分困難。研究發(fā)現，在1000*4小時(shí)的條件下對配料進(jìn)行輕燒，即可產(chǎn)生約25%的結晶程度較差的堇青石。再在1390~1450下燒結即可得到性能良好的堇青石熟料，對提高堇青石窯具性能十分明顯。

　　二步煅燒與一次燒結相比，其工藝過(guò)程復雜，燃料消耗大，成本高。因而對于純度不高或者結晶水量與煅燒后產(chǎn)生氣體量不大的原料，不必強調采用二步煅燒工藝。

　　3.添加物促進(jìn)燒結

　　在目前耐火原材料的燒結研究中廣泛應用。在固相燒結中，少量添加劑可與燒結相生成固溶體，促進(jìn)缺陷增加而加速燒結;在有液相參加的燒結中，添加劑能改善液相的性質(zhì)而促進(jìn)燒結。對已確定的原料，選擇何種添加劑，關(guān)鍵看添加劑能否起到以下幾方面的作用：

　　與燒結相形成固溶體;

　　與燒結相形成化合物;

　　與燒結相形成液相;

　　阻止多晶轉變;

　　擴大燒結溫度范圍。