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耐火粘土

耐火粘土 [1] 是指耐火度大于1580℃、可做耐火材料的粘土和用作耐火材料的铝土矿。它们除具有较高的耐火度外,在高温条件下能保持体积的稳定性,并具有抗渣性、对急冷急热的抵抗性,以及一定的机械强度,因此经煅烧后异常坚定。耐火粘土主要用于冶金工业,作为生产定型耐火材料(各种规格的砖材)和不定型耐火材料的原料,用量约占全部耐火材料的70-。

耐火粘土的化学成分是影响其质量的重要因素之一。Al2O3是耐火粘土的有益组分,主要赋存于氢氧化铝矿物(一水硬铝石勃姆石三水铝石),其次赋存于铝硅酸盐矿物(高岭石、伊利石、蒙脱石等)中。一般来说,软质和半软质粘土含Al2O3为30-~45-,硬质粘土为35-~50-,高铝粘土为55-~70- [2]

SiO2主要赋存于粘土矿物中,亦有微量的原生石英残屑存在。SiO2含量变化较大,高铝粘土中一般为3-~35-,硬质粘土中为43-~66-。

Fe2O3主要赋存于赤铁矿磁铁矿针铁矿菱铁矿中,是耐火粘土的主要有害成分。Fe2O3含量无明显规律,高铝粘土中含量在0.5-~2.2-,硬质粘土中含量在0.5-~2.5-,软质粘土中一般为1.0-~2.5-。

K2O和Na2O也是耐火粘土的有害杂质,主要赋存于伊利石和云母类等矿物中,含量变化较大。

CaO和MgO等虽为有害杂质,但含量一般甚微。

耐火粘土按可塑性、矿石特征和工业用途分为软质粘土、半软质粘土、硬质粘土和高铝粘土四种。软质粘土一般呈土状,在水中易分散,与液体拌合后能形成可塑性泥团;半软质粘土的浸散性较差,其浸散部分与液体拌合后亦可形成可塑性泥团。这二种粘土在制作耐火制品时常用作结合剂。硬质粘土常呈块状或板片状,一般在水中不浸散,耐火度较高,为耐火制品的主要原料。高铝粘土Al2O3的含量较高,硬度和比重较大,耐火度高,常用以制造高级粘土制品。 [3]

耐火粘土主要用于冶金工业,作为生产定型耐火材料(各种规格的砖材)和不定型耐火材料的原料,用量约占全部耐火材料的70-。耐火粘土中的硬质粘土用于制作高炉耐火材料,炼铁炉、热风炉、盛钢桶的衬砖、塞头砖。高铝粘土用于制作电炉、高炉用的铝砖、高铝衬砖及高铝耐火泥。硬质粘土和高铝粘土常在高温(1400~1800℃)煅烧成熟料使用。 [3]

耐火粘土在建材工业上用以制作水泥窑和玻璃熔窑用的高铝砖、磷酸盐高铝耐火砖、高铝质熔铸砖。高铝粘土经过煅烧,然后与石灰石混合制成含铝水泥,这种水泥具有速凝能力及防蚀性和耐热力强的特点。

耐火粘土在研磨工业、化工工业和陶瓷工业等方面也有重要的用途。高铝粘土经过在电弧炉中熔融,制造研磨材料,其中电熔刚玉磨料是目前应用最广泛的一种磨料,占全部磨料产品的2/3。高铝粘土可以用来生产各种铝化合物,如硫酸铝、氢氧化铝、氯化铝、硫酸钾铝等化工产品。在陶瓷工业中,硬质粘土和半硬质粘土可以作为制造日用陶瓷、建筑瓷和工业瓷的原材料。

此外,高铝粘土还用于油井中,作为净化石油用的支撑剂,在农业上作为促肥剂,以及用作抗滑、抗磨的铺路材料,等等。硬质粘土还用于制新型耐火绝热材料耐火纤维,它具有耐高温、导热系数小、耐酸碱、吸音和质轻等优点,在冶金、机械、电子、玻璃、陶瓷等工业上应用广泛。

耐火粘土在我国分布很广,常与煤系地层密切伴生,如辽宁复州湾、吉林水曲柳、河南焦作河北古冶、山东淄博山西太原等地都是著名产地 [2]

我国的耐火粘土矿石类型及品种齐全,矿床分布广泛,根据国土资源部2013年全国矿产资源储量通报,分布于全国27个省区的耐火粘土矿区数479处,查明资源储量为25.1亿t,另外还有地方中小矿山1 000余座,其中山东、山西、河北、河南、陕西、贵州及湖北等地资源集中,探明的储量为全国的85-。其中高铝粘土主要分布于山西、河南及贵州,查明资源储量在3.2亿t左右 [4]

该矿床位于石炭系二叠系底部,水铝石和高岭石为主,矿床一般较大。沿走向延伸1 000一3 500m,倾斜延伸300一500m,厚达十几米。矿石工业类型主要以高铝粘土矿和硬质粘土矿为主,是我国重要耐火材料的原料,为主要开发利用的矿体。该类型矿床中高含量高铝粘土矿储量占全国耐火材料储量将近90- ,硬质粘土近60-。矿床实例:浙江方蒙山、山西阳泉、孝义、河北赵各庄、河南巩义、焦作等 [4]

此类矿床位于石炭系、二叠系、侏罗系、第三系、第四系岩层中,以高岭石类矿物为主,含少量石英,矿床一般厚为lm,沿走向、倾斜延展几十到几千米,产状平缓。矿石工业类型主要为硬质粘土和软质粘土矿。矿床实例:山西朔州、太原东山、山东王村、河北白马山等。

矿床位于石炭系、二叠系,产于煤系地层中的高岭石泥岩或高岭石耐火粘土矿床。矿物成分几乎由高岭石组成,少量一水软铝石,是一种优质高岭石耐火材料,含Al2O3 32-一38-, Si0241-一51-,灼减量12-一17-,杂质较低。矿床实例:山西大同、山东新坟等。

矿物以高岭石为主,主要产在酸性和中性的铝酸盐岩石风化壳中的中型或小型矿床。矿床实例:江西高岭十矿床

中国在殷商时代就已大量冶炼青铜器。在湖北大冶铜绿山发现了春秋战国时代炼铜用的三座竖炉,竖炉残高1.8m,炉子内径0.6m,估计每天能处理1~1.5t矿石。在春秋战国之际(即公元前五六世纪之间)冶铸生铁也已用于生产。到西晋南北朝时期(约公元前四五世纪)炼钢方法已发展到了基本成熟的阶段。毋庸置疑,铜、铁冶炼的历史,就是耐火材料应用的历史,在、铁冶炼业的发展中,耐火材料起了积极的作用 [5]

耐火材料大规模地开采和应用得业于近代工业,特别是钢铁工业的发展。我国在清朝末期,随着湖北汉阳铁厂等中国近代钢铁工业的兴起也带动了耐火材料的发展,但是由于经济落后,钢铁工业薄弱,耐火材料工业发展并不快。中华人民共和国成立以后,因经济建设和钢铁工业发展的需要,地质部门投入了很大力量,先后勘探和开发了山东淄博万山和小口山耐火粘土矿,以及山西太原东山、河北唐山半壁店、河南巩县涉村、内蒙古包头杂怀沟、吉林舒兰水曲柳等一大批耐火粘土矿。耐火粘土的产量也由1949年的2.2万t猛增到1954年的364.4万t。60年代以后,我国相继在山东河北山西、河南等省进行了勘探,先后探明了山西阳泉太湖石;山东章丘明水淄博罗村洪山河南新安张窑院、焦作大洼四川米易二滩等许多大、中型耐火粘土矿床,从而使我国进入了世界上的耐火粘土储量和产量都比较大的国家行列。

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