耐火材料的矿物组成
耐火材料工艺学 氧化镁-氧化钙系耐火材料
3）MF在MA中的溶解度较在方镁石中的溶解度大 得多，因此MA能从方镁石中转移MF从而消除了 MF因温度波动引起的向方镁石中溶解或自其内部 析出的作用，从而提高方镁石的塑性，消除对热 震稳定性的不良影响； 4）MA与FeO反应可生成含有氧化铁的尖晶石； 5）尖晶石的熔点为2135℃，且与方镁石形成二元 系的始熔温度较高（1995℃），因而以MA作结合 物的制品的耐火度和荷重变形温度较高。
广泛采用的稳定剂有CaO、MgO及其混合物，其中 CaO较有效，MgO次之。 CaO加入量通常为3～8%或更多 （按质量计）。
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ZrO2—MgO 系 的 立 方 固 溶 体 在 长 时 间 加 热 处 理 (1000 ～ 1400℃)后会发生分解，导致制品破坏。ZrO2—CaO系立方 固溶体虽较稳定，但长时间加热时亦会发生部分分解，而 使ZrO2失去稳定作用。ZrO2—Y2O3固溶体与其它ZrO2固溶 体相比最主要优点是在1100～1400℃长时间加热不发生分 解，但这类氧化物稀缺，价格昂贵，只能局限于某些特殊 要 求 的 地 方 使 用 。 多 种 复 合 稳 定 剂 ， 如 ZrO2—MgO 和 ZrO2—CaO固溶体中加入1～2％Y2O3即可显著提高其热震 稳定性。加入3～5％Y2O3可以使固溶体完全不分解，而且 有很高的机械强度和较低的热膨胀系数。
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锆英石是ZrO2—SiO2二 元系中唯一的化合物(图71)。它在1676℃分解并在 1687℃ 异 成 分 熔 化 ， 纯 ZrSiO4 耐 火 度 在 2000℃ 以 上，随杂质含量增加，耐 火度亦相应降低。
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第二节 氧化锆制品
一、原料的制取和稳定
氧化锆在地壳中的含量约占0.026％，分布极为分散。在自 然界中主要有两种含锆矿石。
耐火材料简介
耐火材料一、基本概念耐火材料是耐火度不低于1580℃的无机非金属材料。
根据耐火度，有阻火级(1000～158 0℃)、普通级(1580～1770℃)、高级(1770～2000℃)、特级(2000℃以上)四个等级之分。
大部分耐火材料是以多种天然矿石粉料及粒料的混合物为原料生产的，某些耐火材料各种组分的结合要借助外加的结合剂(即大多数工业部门所称的黏结剂)。
结合剂的种类很多，高性能酚醛树脂就是一种性能优良、应用广泛的新型结合剂。
耐火材料是用作高温窑、炉等热工设备的结构材料，也可用作高温容器和部件的材料。
所以在冶金、硅酸盐、化工、石油、动力、机械制造等工业部门都离不开耐火材料，其中冶金工业消耗耐火材料的比例最高，约占总消耗量的60%～70%，每吨产品消耗耐火材料量约18～25kg。
钢铁工业是冶金工业的主要部门，所以也就自然是耐火材料应用的主要领域。
在钢铁工业的各个工序的设备中都离不开耐火材料，从炼铁的高炉、炼钢的转炉到转运钢水的钢包、中间包等整体设备的内衬砖到各局部结构，如钢包、中间包的出口滑板、各种水口等都离不开耐火材料。
耐火材料的分类方法有许多，按化学矿物组成和按外观的分类概况分别参见表9-1及表9-2。
这些分类应遵从ISO1109。
表9-1 耐火材料的化学矿物组成分类不定形耐火材料是由合理级配的粒状和粉状与结合剂共同混合组成的一类混合料，它无规定的外形和状态，通常根据使用需要而分别制成浆状、泥膏状或松散状，故称作散状耐火材料，其不经成型和烧成而直接使用，主要用于构筑成无接缝的整体构筑物、耐火砖成设备内衬的填缝及修补、高温炉出口堵塞用的泥料(炮泥)等。
不定形耐火材料多根据施工工艺类别而分类，由于施工工艺的差异，他们在组成、物料特性(状态、流动性、可塑性等)、应用领域等方面有所不同。
表9-4列出不定形耐火材料按施工工艺特点的分类及主要特征。
表9-4 不定形耐火材料的类别及主要特征。
非金属矿分类
二、按化学组成分类
按化学组成分类 根据晶体化学分类 根据地球化学分类
1、卤素化合物
组成：卤素化合物的阳离子主要是属于惰性气体型的钾、钠、钙、镁、铝等元素。 还有部分是属于铜型离子的银、铜、铅、汞等元素组成的卤素化合物，它们在自 然界中则极为少见。
最 主 要 的 矿 物 ： 萤 石 、 冰 晶 石 （ Na3AlF6 ） 、 食 盐 、 钾 盐 、 光 卤 石 (KMgCl3•6H2O). 问题：冰晶石的主要用途是什么？
用途等方面有何区别？
3、硝酸盐
硝酸盐 自然界中以硝酸盐矿物成矿的很少，钾硝石 K[NO3]、钠硝石Na[NO3] 、钙硝石Ca[NO3]2·4H2O、 毛青铜矿Cu19[NO3]2(OH)32Cl ·3H2O。
问题：为什么自然界中的硝酸盐矿物很少？
4、碳酸盐
碳酸盐 碳酸盐是金属阳离子和碳酸根化合而成的盐类矿物。碳酸盐 类矿物约有95种，方解石和白云石最为常见。
（2）环状络阴离子
包括三个、四个或六个硅氧四面体所组成的封闭的环，分别称 为三方环、四方环和六方环。环内每一四面体均以两个角顶分 别与相邻的两个四面体相连，而环与环之间则依靠其他金属阳 离子来连接。可用[Si3O9]6－、[Si4O12]8－和[Si6O18]12－表示，蓝 锥石BaTi[Si3O9]、斧石(Ca,Mn,Fe)3Al2[Si4O12](BO3)(OH)和绿柱石 Be3Al2[Si6O18]中的络阴离子即分别为三方环、四方环和六方环。 整柱石Ca2AlBe2[Si12O30]晶体结构中还有一种由12个硅氧四面体 构成的环状络阴离子，是由两个六方环上下相连而成的双层六 方环。
2、氧化物与氢氧化物
物理性质：在本大类矿物的物理性质中，以硬度最为突出，一般在5.5 以上，而石英、尖晶石、刚玉则一次为7、8、9，达到了仅次于金刚石 的各级硬度。从成分类似的的氧化铝和氢氧化铝矿物来看，不难看出， OH-的参加导致晶体结构的改变，从而引起硬度的变化。
耐火矿物原料
耐火矿物原料耐火矿物原料是指能在高温下保持稳定性和不易熔化的矿物材料。
它们被广泛应用于冶金、建筑、化工等领域，起到保护和耐火的作用。
耐火矿物原料具有优异的耐高温性能，能够承受数千摄氏度的高温，不熔化、不变形，从而保护设备和结构的安全运行。
耐火矿物原料主要包括石英、膨润土、高岭土、滑石、石墨、陶瓷纤维等。
这些材料具有不同的物理和化学性质，因此在不同的应用领域中发挥着不同的作用。
石英是一种具有良好的耐火性能的矿石，它具有高熔点和化学稳定性。
石英可以用于制作耐火砖、耐火料等耐火材料，广泛应用于冶金和建筑行业。
其高硬度和耐腐蚀性使得石英具有出色的耐火性能，能够在高温环境下长时间稳定使用。
膨润土是一种具有良好吸水性和膨胀性的矿物材料，能够在高温下形成致密的陶瓷结构。
膨润土可以用于制造耐火砖、耐火泥等耐火材料，在冶金和化工行业中得到广泛应用。
膨润土的独特结构使其具有较高的耐火性能和热稳定性，能够有效地保护设备和结构。
高岭土是一种含有高岭石的矿石，具有良好的耐火性能和化学稳定性。
高岭土可以用于制造耐火砖、耐火料等耐火材料，广泛应用于冶金和陶瓷行业。
高岭土的高熔点和低热膨胀系数使其具有优异的耐火性能，能够在高温环境下长时间使用，有效地延长设备的使用寿命。
滑石是一种具有良好耐火性能和导热性能的矿石，它可以用于制造耐火砖、耐火料等耐火材料，在冶金和建筑行业中得到广泛应用。
滑石的独特结构使其具有较高的热稳定性和导热性能，能够有效地保护设备和结构，提高工作效率。
石墨是一种具有良好导电性和耐高温性能的矿石，可以用于制造耐火材料和电极材料，在冶金和电子行业中得到广泛应用。
石墨的高熔点和导电性使其具有优异的耐火性能和导电性能，能够在高温和高电流环境下稳定工作。
陶瓷纤维是一种具有优异耐火性能和隔热性能的材料，可以用于制造耐火纤维、耐火纸等耐火材料，在冶金和建筑行业中得到广泛应用。
陶瓷纤维的独特结构使其具有较高的耐火性能和隔热性能，能够有效地保护设备和结构，降低能源消耗。
电炉(矿热炉、电弧炉)耐火材料基础知识、分类、特性与选择方法
电炉（矿热炉、电弧炉）耐火材料基础知识、分类、特性与选择方法一、分类1、耐火材料按化学矿物组成可以分为8类：硅质材料。
硅酸铝质材料。
镁质材料。
白云石质材料。
鉻质材料。
炭质材料。
锆质材料。
特种耐火材料。
2、耐火材料按化学特性可以分为3类：酸性耐火材料。
中性耐火材料。
碱性耐火材料。
3、耐火材料按耐火度可以分为3类：普通耐火材料，耐火度为1580-1770度。
高级耐火材料，耐火度为1770-2000度。
特级耐火材料，耐火度高于2000度。
4、耐火材料按成型工艺分类可以分为7类：天然岩石加工成型。
压制成型耐火材料。
浇注成型耐火材料。
可塑成型耐火材料。
捣打成型耐火材料。
喷射成型耐火材料。
挤出成型耐火材料。
5、耐火材料按热处理方式可以分为4类：烧成砖。
不烧砖。
不定型耐火材料。
熔融（铸）制品。
6、耐火材料按形状和尺寸可以分为5类：标型制品。
普型制品。
异性制品。
特型制品。
其他，如坩埚、皿、管等。
7、耐火材料按用途可以分为：钢铁行业用耐火材料。
有色金属行业用耐火材料。
石化行业耐火材料。
硅酸盐行业（玻璃窑、水泥窑、陶瓷窑等）用耐火材料。
电力行业（发电锅炉）用耐火材料。
废物焚烧熔融炉用耐火材料。
其他行业用耐火材料。
二、耐火材料理化特性1、荷重软化点是表征材料在高温和荷重共同作用下的抵抗能力，也表征材料呈现明显塑性变形的软化温度；该点是指试样在连续升温条件下承受恒定荷载而产生变形的温度。
耐火砖在常温下耐压强度很高，但在高温时再受压就会产生变形，其耐压强度显著降低。
将耐火材料制品每平方厘米的面积上加2千克静负荷，然后加热，逐渐升温，当耐火材料制品发生一定的变形时的温度成为荷重软化点。
因此，荷重软化点也是用来评价耐火材料制品高温结构强度的重要指标。
2、抗热震性，在温度急剧变化的情况下耐火材料能够不开裂、不剥落的性能称为抗热震性，又称为耐急冷急热性、或抗温度急变性、或耐热崩裂性、或耐热冲击性、或热震稳定性等。
可根据标准规定测出各种耐火材料的抗热震性能。
主要用于耐火材料的非金属矿物(下)
2.铸造型砂 天然锆砂粒度均匀，吸热性好， 散热均匀，加热时不发生晶型转化， 因此可以作为铸造型砂。锆砂磨强细 后涂于铸模内，可提高铸件成品率。
3.玻璃、陶瓷工业中的应用 锆英石可作为玻璃陶瓷的添加剂和遮光剂，可提高玻璃 纤维的抗碱性和纤维强度。含锆玻璃折光指数高，可取 代铅玻璃。加入锆的陶瓷，具有吸放射性的功能。含狂 锆陶瓷还具有耐高温、高压及特殊强度。 4.原子能的工业中的应用 锆合金是原子能工业中应用较广泛的材料，主要应 用在原子能发电站、核潜艇等原子剂和反应 堆中。 5.化学工业中的应用 锆具有优异的抗腐蚀能力，可应用于化 工设备中，如用锆材料制成的阀门、排气机 零件、以及反应槽、蒸镏釜中轧板等。
上用作柳化工程的促进剂（轻烧菱镁矿）。 轻烧菱镁矿可作人造纤维、塑料、化妆品和 特殊玻璃原料。还可作饲料和农肥原料。除 此之外，菱镁矿是提炼金属镁的最主要原料。
五、橄榄石
橄榄石是带橄榄绿色的岩石，有脂肪关 泽，由橄榄岩组成，化学式为2（Mg，Fe） O﹒SiO2.包括镁橄榄石（2 MgO﹒SiO2）和 铁橄榄石（2 Fe O﹒SiO2）。镁橄榄石又称 为纯橄榄石，熔点高达1910℃，具有良好导 热性能、膨胀系数低。色泽美丽、结晶完好 的橄榄石单晶，一直是制作宝石的珍贵材料。
四、菱镁矿
菱镁矿又称菱苦土或菱镁石，化学式为MgCO3.其氧 化镁含量为白云石的二倍以上（MgO 40～50%）。菱镁矿 的工业价值主要是其中氧化镁具有很高的耐火性和粘结 性，以及可以提炼金属镁，因此广泛应用于冶金、建材、 化工、轻工、农牧业得领域。并且至今仍为提炼金属镁 的主要材料。 1、冶金工业中的应用 菱镁矿的首要用途是作为耐火材 料，约占其总用量的90%。可用于制造 镁砖、铬镁砖、碳镁砖以及各种冶金 炉的炉衬、炉壁等。
耐火材料铝镁砖标准
耐火材料铝镁砖标准参考如下：
•化学成分。
一般MgO＞81%，Al2O3 8.7%，SiO2＜6.0%，CaO＜1.5%，Fe2O3＜1.0%。
•矿物组成。
主晶体以方镁石为主，基质由铁酸镁、镁橄榄石、钙镁橄榄石和镁铝尖晶石等组成。
•耐火度与荷重软化温度。
在镁铝砖中方镁石晶体与镁铝尖晶石形成网络骨架，虽有少量的低熔点杂质充填在网络骨架的空隙间，但网络骨架仍具有抵抗高温和荷重的能力，故镁铝砖的耐火度和荷重软化温度都比较高，耐火度可达2100℃，荷重软化温度为1570℃。
•热膨胀性和热稳定性。
因镁铝尖晶石的线膨胀系数小，所以镁铝砖的线膨胀系数很小。
在20~1000℃范围内，镁铝砖的线膨胀系数仅为10.6×10-6℃-1。
因镁铝尖晶石在砖内起到增强抗热震性的作用，所以镁铝砖的抗
热震性较好，水冷次数在20次以上。
•抗渣性。
由于镁铝砖致密度高、气孔率低，而方镁石又被镁铝尖晶石所包围，同时Al2O3是典型的中性氧化物，故镁铝砖抵抗酸性和碱性炉渣侵蚀的能力都比较强。
耐火材料的矿物组成
耐火材料的矿物组成耐火材料是一种能够承受高温和侵蚀的矿物材料，广泛应用于钢铁、有色金属、能源等工业领域。
耐火材料的性能和稳定性与其矿物组成密切相关。
下面将介绍几种主要的耐火材料矿物组成及其特点。
1.硅酸盐矿物硅酸盐矿物是耐火材料中的重要组成部分，主要包括长石、粘土、滑石等。
这些矿物具有较高的熔点、耐火性和稳定性，因此在高温环境下能够保持较好的性能。
硅酸盐矿物在耐火材料中起到骨架和高温结构的作用，提高了材料的抗压强度和抗折强度。
2.铝酸盐矿物铝酸盐矿物主要包括莫来石、刚玉等，具有较高的熔点、耐火性和化学稳定性。
它们在高温下能够保持较好的性能，并且具有较好的抗侵蚀能力。
铝酸盐矿物在耐火材料中起到高温结构的作用，提高了材料的强度和高温稳定性。
3.镁质矿物镁质矿物包括滑石、菱镁矿等，具有良好的抗侵蚀性和高温稳定性。
它们在耐火材料中起到高温结构的作用，提高了材料的强度和高温稳定性。
镁质矿物还能够吸收材料中的水分，降低材料的导热系数，提高材料的隔热性能。
4.钙质矿物钙质矿物包括方解石、石灰石等，具有良好的抗侵蚀性和高温稳定性。
它们在耐火材料中起到高温结构的作用，提高了材料的强度和高温稳定性。
钙质矿物还能够吸收材料中的杂质和水分，提高材料的纯度和性能。
5.碳质耐火材料碳质耐火材料主要由碳素组成，包括石墨、碳砖等。
碳是一种优良的耐火材料，具有高熔点、高导热系数和良好的抗侵蚀性。
碳质耐火材料在高温下能够保持较好的性能，并且具有较好的抗磨损性和抗腐蚀性。
总之，耐火材料的矿物组成对其性能和稳定性具有重要影响。
不同的矿物具有不同的熔点、耐火性、化学稳定性和机械性能等特点，因此在选择和使用耐火材料时需要根据其特点进行合理选择和应用。
同时，针对不同工业领域的需求，还需要对耐火材料进行不断的研发和改进，以提高其性能和使用寿命。
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耐火材料的矿物组成
一）耐火材料中矿物的种类矿物是指由相对固定的化学组分构成的有确定的内部结构和一定物理性质的单质或化合物。
它们在一定物理化学条件下稳定。
耐火材料是矿物的组成体。
这些矿物皆为固态晶体，且多为由氧化物或其复合盐类构成。
其中，除部分矿物是前述高熔点单一氧化物或其他化合物呈稳定结晶体构成的以外，还有由复合氧化物构成的高熔点矿物。
其中最主要有由铝酸盐、铬酸盐、磷酸盐、硅酸盐、钛酸盐和锆酸盐构成的矿物。
另外，许多耐火材料中还有少量非晶质的玻璃相。
仅有极少数耐火材料是完全由非晶质的玻璃构成的。
（二）耐火材料中矿物的聚集状态耐火材料在常温下除极少数外，都是由单相或多相多晶体，或多晶体同玻璃相共同构成的集合体。
许多耐火材料中还含有气孔。
若耐火材料的化学组成相同，而其中存在的晶体和玻璃相等物相种类、性质、数量、晶粒形状和大小、分布和结合状态等不同，则这些耐火材料性质的优劣可能差别很大。
根据耐火材料中构成相的性质、所占比重和对材料技术性质的影响，分为主晶相、次晶相和基质。
（1）主晶相。
主晶相是指构成材料结构的主体，熔点较高，对材料的性质起支配作用的一种晶相。
耐火材料主晶相的性质、数量、其分布和结合状态直接决定制品的性质。
许多耐火制品，如莫来石砖、刚玉砖、方镁石砖、尖晶石砖、碳化硅耐火制品，等等，皆以其主晶相命名。
（2）次晶相。
次晶相又称第二晶相或第二固相，是指耐火材料中在高温下与主晶相和液相并存的，一般其数量较少和对材料高温性能的影响
较主晶相为小的第二种晶相。
如以方镁石为主晶相的镁铬砖、镁铝砖、镁硅砖和镁钙砖等分别含有的铬尖晶石、镁铝尖晶石、镁橄榄石和硅酸二钙等皆为次晶相。
耐火材料中次晶相的存在对耐火材料的结构，特别是对高熔点晶相间的直接结合，从而对其抵抗高温作用也往往有所裨益。
与普通镁砖相比，上述耐火制品中这些次晶相的存在，使制品的荷重软化温度都有所提高。
许多依矿物组成命名的耐火材料，如莫来石刚玉砖、刚玉莫来石砖，就是以其主晶相和次晶相复合命名的。
前者为主晶相，后者为次晶相。
（3）基质。
基质是指在耐火材料大晶体间隙中存在的，或由大晶体嵌入其中的那部分物质，也可认为是大晶体之间的填充物或胶结物。
对由一些骨料组成的耐火材料而言，其间的填充物也称为基质。
基质既可由细微结晶体构成，也可由玻璃相构成，或由两者的复合物构成。
如镁砖、镁铬砖、镁铝砖等碱性耐火材料中的基质是由结晶体构成；硅砖、硅酸铝质耐火材料中的基质多是由玻璃相构成。
基质是主晶相或主晶相和次晶相以外的物相，往往含有主成分以外的全部或大部分杂质在内。
因此，这些物相在高温下易形成液相，从而使制品易于烧结，但有损于主晶相间的结合，危害耐火材料的高温性质。
当基质在高温下形成液相的温度低、液相的粘度低和数量较多时，耐火制品的生产和其性质，实质上受基质所控制。
欲提高耐火材料的质量，必须提高耐火材料基质的质量，减少基质的数量，改善基质的分布，使其在耐火材料中由连续相孤立为非连续相。
摘自《耐火材料杂志网》。