Динасовые огнеупоры

Динасовые огнеупоры.

Динасом называют огнеуп. материалы с содер-ем не менее 93% SiO2. Огнеупорной основой динасовых изделий служат кремнезем в формах тридимита и кристобалита. Особенно вредными примесями в сырье явл. глинозем и щелочи (сильно снижают огнеупорность изделий).

Квартциты. Кварцитами назыв. плотные твердые мелкозернистые горные породы, состоящие в основном из зерен кварца. В качестве примесей могут содержаться мусковит (KAl2(AlSi3O10)(OH)2), хлорит ((Mg,Fe)3(Si,Al)4O10(OH)2·(Mg,Fe)3(OH)6), гематит (Fe2O3), графит, кианит и др.

В кварцитах содер-ся более 97,0 % SiO2, менее 1,6 % Al2O3 и менее 0,7 % Fe2O3, что соотв-ет огнеупорности около 1700 ºС; если содерж-е менее 8,0 % Al2O3 и менее 1,5 % СаО – огнеупорность около 1750 ºС.

Другими примесями в кварцитах могут быть щелочи, Mg, Ti и др. Менее вредными примесями являются Fe. В технологии динаса допускается до 1,5 % Fe в примесях.

При обжиге все кварциты увел-ся в объеме вследствии необратимых полиморфных превращений кварца. Истинная плот-ть их при обжиге может снизиться до 2,5 г/см3, при этом также разрыхляется материал и увеличивается пористость. Большое технологическое значение имеют скорость перерождения и степень разрыхления кварцитов в процессе обжига.

В зав-ти от скорости перерождения кварциты подразделяются на:

– быстроперерождающиеся (с истинной плотностью <2,40 г/см3);

– со средней скоростью перерождения (2,40–2,45);

– с замедленной скоростью перерождения (2,45–2,50); 

– медленноперерождающиеся (>2,50).

Быстроперерождающиеся кварциты, имеющие повышенную пористость, можно использовать в тонких фракциях.

Кремнезем существует в 2-х аморфных (гель SiO2 и кварцевое стекло) и 7-ми основных кристаллических (α- и β-кварц, α-, β- и γ-тридимит, α- и β-кристобалит) модификациях.

Схема превращения кристаллических подификаций по Феннеру.

Модификация будет стабильна у которой парциальное давление пара минимально. Все другие модификации – метастабильные.

β-кварц (диоксид кремния SiO2) в природе находится в форме кварцевого песка, кварцитов, горного хрусталя, песчаников, примеси в глинах и каолинах и в виде составной части многих изверженных пород. При 573 ºС β-кварц полностью и быстро переходит в α-кварц и выше этой температуры не существует. α-кварц в природе и в искусственных продуктах при обычных температурах не встречается; он существует в виде устойчивой модификации в интервале температур 573–870 ºС; выше этой температуры он переходит в α-тридимит или остается в неустойчивой (метастабильной) модификации и состоит в ней вплоть до 1610 ºС, при которой плавится. Чистый α-кварц при 1300-1450 ºС переходит через промежуточный метакристобалит в α-кристобалит (без минерализаторов). В присутвии минерализаторов α-кварц переходит в α-тридимит непосредственно в интервале 1200–1470 ºС; α-тридимит в природе не встречается, так как при охлаждении он быстро и полностью переходит в β-тридимит, а последний – в γ-тридимит. При температурах выше области устойчивости (выше 1470 ºС) α-тридимит сущ-ет в неустойчивом состоянии вплоть до расплавления при 1675 ºС. В интервале 1470–1675 ºС α-тридимит медленно переходит в β-тридимит, выше 1675 ºС – в расплав. β-тридимит является промежуточной модификацией, существует в интервале 117-163 ºС. γ-тридимит сущесвует при обычных условиях в течении неограниченного времени. α-кристобалит устойчив в интервале 1470–1728 ºС и при 1728 ºС плавится. Ниже 1470 ºС α-кристобалит неустойчив вплоть до 267 ºС, когда он переходит в β-кристобалит. β-кристобалит является неустойчивой модификацией и подобно                         γ-тридимиту можеь сущ-ть при обычных температурах неопределённо долго, но в природе встречается редко. При нагревании в интервале температур 180–270 ºС β-кристобалит быстро переходит в α-кристобалит.

Важное значение для технологии динаса имеет скорость перехода одной модификации в другую. Превращения высокотемпературных форм различных модификаций типа α ↔α протекают с трудом и без добавки минерализаторов остаются незаметными, так как эти модификации существенно отличаются по своим свойствам и кристаллической структуре друг от друга. Переходы различных форм одной и той же модификации протекают быстро, так как эти модификации по своим св-вам и кристаллической структуре близки друг к другу. По уменьшению кристобалитизирующему действию катионы располагаются в ряд: K+ > Na+ > Li2+;  Zn2+ > Mn2+ > Fe2+ > Ba2+ > Sr2+ > Ca2+ > Mg2+. Примесные ионы внедряются в решетку, деформируют ее и тем самым облегчают перестройку атомов. Перерождение кварца под действием минерализаторов идет как в тв.фазе так и в жидкой.

 

Технология динаса:

Кварциты обычно поступают на динасовые заводы в кусках размерами 50-300 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шихта:

Оптимальный зерновой состав, обеспечивающий хорошую укладку зерен кварцита и формуемость масс, содержит как крупные (до 6 мм), так и мелкие (<0,09 мм) зерна кварцитового порошка. Сильное влияние на плотность сырца и количество тридимита в изделиях оказывает содержание в тонкой фракции зерен размером <0,088 мм. Чем тоньше зерновой состав, тем большая часть кварца превращается в тридимит при обжиге. При крупном зерновом составе увеличивается содержание кристобалита.

Подготовка минерализаторов:

В производстве динаса наибольшее распространение получил известково-железистый минерализатор, состоящий из водной суспензии извести, железистых добавок (конвертерные шлаки) и сульфитно-дрожжевой бражки.

Оксид кальция на завод получают обжигом в печах природных известняков:

CaCO3 = CaO + CO2

Известь вводят в виде суспензии CaOH, получаемой путем гашения СаО водой:

CaO + H2O = Ca(OH)2

Для изготовления известково-железистого минерализатора суспензию известкового молока смешивают с железистыми компонентами в соотношении 2 : 1 по объему и измельчают дополнительно в трубной мельнице. Приготовленную смесь перекачивают в корректировочную емкость, в которую вводят в виде раствора плотностью 1,8-2,2 г/см3 сульфитно-дрожжевую бражку в кол-ве 0,5-1,0 % на сухую массу.

 

 

 

Технология алюмосиликатных огнеупоров

1. Технология шамотных, каолиновых и полукислых огнеупоров

Шамотными называются огнеупоры, содержащие Al2O3 от 28 до 45 % и изготовляемые из смеси огнеупорных глин и калинов и шамота. Шамотом называется обожженная огнеупорная глина.

Полукислыми называют огнеупорные изделия с содержанием менее 28 % Al2O3 и более 65 % SiO2, изготовленные путем обжига сырца, сформованного из огнеупорных глин или каолинов, отощщеных обычно шамотом из полукислых глин и первичных каолинов, а также кварцевым песком, молотым кварцитом и кварцевым перлитом.

В завис-ти от исх.сырья различают шамотнокаолиновые огнеупоры, которые получают с применением каолина, и обычные шамотные огнеупоры, изготавливаемые из одних огнеупорных глин. По кол-ву шамота в массе различают бесшамотные и малошамотные изделия с содер-м шамота не более 30 %, шамотные – с сод-м шамота 40–65 % и многошамотные – с сод-ем шамота более 80 %.

В зав-ти от влажности шамотных масс, исп-мых при произв-ве, различают шамотные и полукислые изделия, изгот-мые из пластичных ( сод-е влаги >15 %) и полусухих (сод-е влаги до 10 %) масс.

Огнеупорной основой шамотных, полукислых и каолиновых огнеупоров являются муллит (3Al2O3 ∙ 2SiO2) и кристобалит (SiO2) (частично корунд Al2O3).

Сырье. Огнеупорными глинами называют землистые обломочные горные породы осадочного происхождения, которые состоят в основном из высокодисперсных гидроалюмосиликатов, образуют с водой пластичное тесто, сохраняющее при высыхании форму, и приобретают после обжига прочность камня.

Главнейшие первичные породы, из которых образовались огнеупорные глины и каолины – граниты и гнейсы. При выветривании сначала происходит их распад на составляющие минералы – кварц, слюду и полвые шпаты, затем под действием водных растворов углекислоты идет разложение двух последних минералов. Полевой шпат разлагается по схеме:

K2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2 + 2H2O + CO2 = Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙2H2O + K2CO3 + 4SiO2.

 

Карбонат калия K2CO3 как растворимое соединение вымывается; остальные продукты реакции образуют горную породу, наз.каолином.

Основным слагающим каолин минералом явл. каолинит Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙2H2O. Кроме каолинита, при выветривании полевых шпатов и слюд образуются и др. гидроалюмосиликаты: галлуазит Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙4H2O, пирофиллит Al2O3 ∙ 4SiO2 ∙H2O, монтмориллонит Al2O3 ∙ 4SiO2 ∙nH2O, монотермит 0,2Ме2О ∙ Al2O3 ∙ 3SiO2 ∙1,5H2O + aq (где Ме – K, Na).

В зависимотси от преобладания того или иного глинистого минерала глины подразделяются на 7 групп:

1. Каолинитовые;
2. Гидрослюдистые;
3. Монтмориллонитовые;
4. Гидрослюдисто-каолинитовые;
5. Монтмориллонито-каолинитовые;
6. Монтмориллонито-гидрослюдистые;
7. Полиминеральные.

Огн.глины основных месторождений России подразделяются на 3 минеральных типа:

1. Каолинитовые;
2. Гидрослюдистые-монотермитовые;
3. Гидраргиллитовые.

Встречаются глины промежуточных типов, состоящие из смеси этих минералов. Наиболее распространенные – каолинитовые глины. Каолинитовые и гидрослюдистые глины  могут иметь близкий химический состав, но глины с высоким содержанием глинозема явл. каолинитовыми и высокоспекающимися, а глины гидрослюдистые с высоким содер-ем щелочей – монотермитовыми и низкоспекающимися.

Зерновой, химический и минеральный составы огнеупорных глин и каолинов.

 Глины и каолины относят к полидисперсным минералам. Они не однородны по составу и св-вам.

Фракция глин 0,01…0,005 мм имеет обломочный хар-р; минеральный (и химический) состав этой фракции определяется составом пород, при выветривании которых образовались данные глины. В их состав входят кварц, полевые шпаты, слюды и тяжелые минералы: гранат, магнетит, пирит, марказит, циркон и др.

Фракция размером 0,005…0,001 мм является промежуточной, в ней содержится обломочный минерал и продукты химического разложения первичных горных пород. В материалах фракции мельче 0,001 мм первичные горные породы механического выветривания горных пород обычно не сод-ся.

Фракция мельче 0,001 мм состоит из продуктов химического выветривания – каолинита, монотемита и других алюмосиликатов, ее называют глинистой субстанцией.

По содержанию глинистой субстанции определяют пластичность глин. Чем больше частиц менее 0,001 мкм содержится в глине, тем она пластичнее, обладает большим водозатворением, связанностью и лучше спекается.

 Частицы каолина могут иметь форму пластинок, листочков или чешуек толщиной около 0,72 нм. Эти листочки и чешуйки плотно соединяются друг с другом своими широкими плоскостями, образуя призмы и червеобразные сростки, или находятся раздельно, имея размеры одинаковые с коллоидными частицами. Этим и объясняется, что глинистое вещ-во обладает св-вами коллоидов.

Глины по сод-ю тонкодисперсной фракции делятся на группы:

1. Высокодисперсные глины – содержат более 85 % частиц менее 10 мкм, в том числе частицы менее 1 мкм свыше 60 %.
2. Грубодисперсные глины – содержат менее 30 % частиц менее 10 мкм, в том числе частицы менее 1 мкм свыше 60 %.
3. Тонкодисперсные глины – содержат 50–60 % частиц менее 0,001 мм.

Химический состав. Основными примесями в каолинах и огнеупорных глинах явл. свободные кремнезем и глинозем, коллоидный кремнезем, щелочные и щелочноземельные оксиды, соединения железа, титана и др.металлов, орг.примеси в виде углистых включений. Содержание SiO2 в огнеупорных глинах и каолинах доходит до 70 % и более. Кремнезем как примесь в глинах находится обычно в виде кварцевого песка, снижающего пластичность и огнеупорность глин, повышающего температуру спекания, обуславливающего в некоторых случаях разрыхление глин при обжиге в условиях высоких темп-р.

По сод-ю глинозема Al2O3 глины подразделяются на:

1. Высокодисперсные (>40 %);
2. Основные (28–40%);
3. Полукислые (15–28 %);
4. Килсые (<15 %).

При увел-и содержания глинозема в огнеупорных глинах повышается из огнеупорность.

Неорганические примеси снижают огнеупорность глин и каолинов, и поэтому их называют плавнями. Кол-во примесей обычно не превышает 6–7 %. Плавнями могут быть соединения железа, кальция, магния, калия, натрия, титана и др.

Щелочи в глинах встречаются в виде слюды K2O ∙ 3Al2O3 ∙ 6SiO2 ∙ 2H2O, реже в виде полевых шпатов Na2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2 и основного минерала K2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2, а в глинах некоторых месторождений входят в состав основго минерала, например, монотермита – 0,2K2O ∙ Al2O3 ∙ 3SiO2 ∙ 1,5H2O+aq. Щелочи в глинах содер-ся в кол-ве 0,5–3,5 %.

Распространенной примесью в огн.глинах явл. TiO2, чаще всего присутсивующего в виде минерала рутила. Содержание TiO2 составляет 0,5–2,0 %. Обычными прмесями в глинах служат CaO и MgO. Их суммарное сод-е составляет 0,1–1,5 %. Из органических примесей – каменный уголь, торф и др, при содержании их до 10–15 % глины называются углистыми.

Св-ва огнеупорных глин и каолинов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Химико-технологическая  классификация глин; физико-химические  процессы при нагревании.

Глинистое сырье классифицируют:

1. по огнеупорности;

а) огнеупорное глинистое сырье – 1580 ºС и выше;

б) тугоплавое – 1350–1580 ºС;

в) легкоплавкое – менее 1350 ºС.

2) по содержанию Al2O3:

а) высокоглиноземистые – >45 % Al2O3;

б) высокоосновные – 38–45 %;

в) основные – 28–38 %;

г) полукислые – 14–28 %;

д) килсые – <14 %.