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耐火材料化学矿物组成

耐火材料是高温工业窑炉的衬材.为此耐火材料必须要与使用的窑炉工作环 境相适应。一般而言，优质的耐火材料应具备高的力学性能（如荷重软化温 度、抗蠕变性、高强度等）、抗热震性、抗侵蚀性等。而耐火材料的特定性质又 取决于其化学矿物组成和组织结构，即取决于所用的原料和制造方法。显然合理 选择与控制原料是十分重要的。

本章仅对耐火材料化学矿物组成进行阐述。

1耐火材料化学组成

耐火材料的化学组成是其基本特征，要了解、掌握或改善（改变）耐火材 料的特性，需要对其化学组成有全面的认识。化学组成即耐火材料的化学成分, 它是耐火材料最基本的特征之一，通常按各种化学成分含量和其作用分为主成分 和次成分。主成分为含量多的成分，次成分为含量少的成分。

1.1 耐火材料主成分

主成分是耐火材料制品中基本的成分，是耐火材料的特性基础，它的性质与 含量决定耐火材料制品的性质。耐火材料的特性之一是耐高温，为此主成分的原 料应是高熔点的化合物，对原料的检测有一个指标要求，即耐火度（℃），要求 耐火度不低于1580℃

高熔点的化合物应用较多的主要是周期表中第二周期HA〜IVA族元素，即硼、 碳、氮、氧的化合物，其中量最大的是氧化物，所以又分为氧化物及非氧化物两大 类，也可以是复合氧化物（如莫来石3A1₂O₃ ·2SiO₂）或单质（如石墨C）。

常用耐火氧化物与非氧化物的熔点分别下面的表格（表1和表2）；常见的耐火氧 化物及复合成的主要耐火矿物见表3及图1。常见的非氧化物耐火材料组 成如图2所示

表1常用耐火氧化物的熔点

表 2 常用非氧化物的熔点

 表3  主要耐火复合物的熔点

图1 常见耐火氧化物及其复合成的主要耐火矿物示意图

图2 常见非氧化物耐火材料组成示意图

1.2 次成分

次成分包含杂质成分和添加成分。

（1）杂质成分

杂质成分是指对耐火制品性能具有不良影响的部分，来自原料中带入或生产 过程中混入，一般而言，R₂O（K₂O. Na₂O）、 Fe₂O₃、TiO₂ 都是耐火材料中的有害杂质成分。另外，酸性耐火材料中的碱性氧化物以及碱性耐火材料（以RO为 主成分）中的酸性氧化物（RO₂都被视为有害物质。因其在高温下具有强烈的 溶剂作用，这种作用使得共溶液相生成温度降低，生产的液相量增加，而且随温 度的升高，液相量增长的速度加快，从而严重影响耐火制品的高温性能，因此了解杂质成分对耐火制品的危害，在选择原料时要注意控制杂质。

（2）添加成分

为了弥补主要成分在使用性能、生产性能或作业性能中的某方面的不足而使 用。它能明显改变耐火制品某种功能或特性，用量很少。例如，煤层顶底板围岩煤肝石，若将其锻烧成低铝莫来石（M45）,为避免产品中的物相生成方石英, 添加某种成分是可行的选择。又例如，不定形耐火材料（如浇注料），为了抵消 或减少它在高温下的收缩，防止产生结构剥落，加入某种物料作为膨胀剂（如蓝 晶石），已成为耐火材料同行的共识。

2 矿物组成

耐火制品的矿物组成取决于它的化学组成和工艺条件。化学组成相同的制 品，由于工艺条件的不同，所形成矿物相的种类、数量、结晶程度、晶粒大小、 形状、分布和物相的相互结合情况会有差异，致使制品性能迥然不同。例如，蓝晶石、红柱石、硅线石（简称“三石”），虽然它们化学成分相同，都是Al₂O₃・SO₂其中A1₂O₃ 62. 93%, SiO₂ 37. 07%，但生成时由于温度、压力不同，地质环境不一，其结构、性质（如密度、高温物相变化、高温膨胀性等）则完全不 同。即使是矿物的组成相同或相近，其矿物相的结晶程度大小、形状分布及物相 之间相互关系不同，也会对耐火制品的性质产生显著的影响。

因此，我们要十分重视对耐火材料显微结构的研究。所谓耐火材料显微结 构是指耐火制品（含不定形耐火材料）中物相的种类、含量，主晶相的结晶程度、形状、大小、分布，物相之间相互关系等要素。其中主晶相是耐火制品结构的主体，是熔点较高的晶相、填充在主晶相之间的结晶矿物或玻璃称为基质。基 质数量不多，但成分结构复杂，作用明显，对制品的性能也有重要影响。

对耐火制品显微结构的研究，从中了解制品中有几种晶相，主晶相的含量， 主晶相本身性质、特点（如晶体发育程度），有无相互交错，与次晶相或与基质 相互结合的状态等，从而可判断制品的性质，预测制品使用中的问题。因此，对 耐火制品使用过程或使用后进行显微结构分析，可提供今后改进质量的方向。

耐火材料显微结构分析，请参考文章：耐火材料矿相分析-耐火材料-国家磨料磨具质量检验检测中心 (cagtic.cn)

常见耐火制品的 主要化学及矿物组成见下表

常见耐火制品的主要化学及矿物组成