วัตถุดิบทนไฟที่ใช้กันมากที่สุดหกชนิดคืออะไร?

วัตถุดิบทนไฟหมายถึงวัสดุที่จำเป็นสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ทนไฟ เป็นพื้นฐานสำหรับการผลิตวัสดุทนไฟ วัตถุดิบทนไฟส่วนใหญ่เป็นแร่ธาตุจากธรรมชาติ (เช่น ดินเหนียวทนไฟ, บอกไซต์สูง, ซิลิกา, แร่โครเมียม, แมกนีไซต์, โดโลไมต์, แมกนีเซียมโอลิวีน, เซอร์โคไนต์, ไคยาไนต์, ซิลลิมาไนต์, อันดาลูไซต์ ฯลฯ ) ด้วยการปรับปรุงข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่ครอบคลุมของวัสดุทนไฟอย่างต่อเนื่อง ในการผลิตวัสดุทนไฟ วัตถุดิบอุตสาหกรรมและวัตถุดิบสังเคราะห์ก็ถูกนำมาใช้มากขึ้นเช่นกัน (เช่นอลูมินาอุตสาหกรรม มัลไลท์สังเคราะห์ เส้นใยทนไฟเทียม ลูกกลวงทนไฟเทียม ฯลฯ .) คุณภาพและต้นทุนของผลิตภัณฑ์วัสดุทนไฟขึ้นอยู่กับการเลือกที่ถูกต้องและการใช้วัตถุดิบอย่างสมเหตุสมผลเป็นส่วนใหญ่
วัตถุดิบทนไฟตามคุณสมบัติทางเคมีสามารถแบ่งออกเป็นวัตถุดิบทนไฟกรด วัตถุดิบทนไฟอัลคาไลน์ และวัตถุดิบทนไฟเป็นกลาง ตามแหล่งที่มาสามารถแบ่งออกเป็นวัตถุดิบแร่ธรรมชาติและวัตถุดิบสังเคราะห์ ภายใต้สถานการณ์ปกติ วัตถุดิบสำหรับการผลิตวัสดุทนไฟแบ่งออกเป็นวัตถุดิบหลักและวัตถุดิบเสริม
วัตถุดิบสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์วัสดุทนไฟ ไม่ว่าจะเป็นวัตถุดิบแร่ธรรมชาติหรือวัตถุดิบสังเคราะห์ จะต้องมีค่าการทนไฟสูงเพียงพอจากมุมมองของแร่วิทยาสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ จากมุมมองของเทคโนโลยี ควรจะสามารถตอบสนองความต้องการพื้นฐานของเทคโนโลยีได้ จากมุมมองของประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ที่ทำด้วย มันควรจะสามารถตอบสนองประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งข้อกำหนดของประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูง
วัตถุดิบทนไฟมักจะแบ่งออกเป็นวัตถุดิบทนไฟอลูมิเนียมซิลิกอน (ซิลิกา ดินเหนียว อลูมิเนียมสูง ฯลฯ ) วัตถุดิบทนไฟอัลคาไลน์ วัตถุดิบทนไฟฉนวนกันความร้อน และวัตถุดิบทนไฟอื่น ๆ
ขั้นแรก วัตถุดิบที่เป็นทราย
เนื่องจากอิทธิพลของปริมาตรของควอตซ์ อิฐซิลิกาจึงผลิตจากซิลิกาโดยตรง ซึ่งเป็นคำทั่วไปสำหรับ gangue quartz, quartzite, หินเหล็กไฟ และหินทราย ส่วนประกอบหลักของซิลิกาคือ SiO2 และส่วนประกอบอื่นๆ คือสิ่งเจือปน วัตถุดิบที่เป็นทรายที่ใช้ในวัสดุทนไฟคือเศษหินผลึกและซิลิกาซีเมนต์

ประการที่สอง วัตถุดิบดินเหนียว
ไฟร์เคลย์เป็นวัตถุดิบหลักสำหรับการผลิตวัสดุทนไฟอะลูมิเนียมซิลิเกต และความต้องการในการทนไฟของดินเหนียวแข็ง ดินเหนียว (กึ่งอ่อน) และดินหินดินเหนียวทุกชนิดมีความต้องการในการทนไฟสูงกว่า 1,580 องศาเซลเซียส ซึ่งเรียกรวมกันว่าไฟร์เคลย์
ไฟร์เคลย์ธรรมชาติมักเป็นแร่ดินเหนียวซึ่งมีแร่เคโอลิไนต์เป็นหลัก (Al2O3 2SiO2 2H2O) เป็นส่วนประกอบหลัก กล่าวคือ ซิลิเกตที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบหลัก และผสมกับควอตซ์อิสระ ไพไรต์ และรูไทล์ และสารประกอบอินทรีย์ที่ประกอบด้วยสารผสม แร่ธาตุที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นการกระจายตัวที่ประกอบด้วยอนุภาคที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 1.2μm
ตามการก่อตัวที่แตกต่างกันของดินเหนียว สามารถแบ่งออกเป็น: ดินหลักและดินเหนียวทุติยภูมิ ดินเหนียวปฐมภูมิหมายถึงการก่อตัวของดินเหนียวหลังจากการผุกร่อนของหินต้นกำเนิด (เช่น เฟลด์สปาร์) ซึ่งยังคงอยู่ที่เดิม ดินเหนียวทุติยภูมิหรือที่เรียกว่าดินเหนียวดริฟท์เป็นดินเหนียวที่ถูกถ่ายโอนไปยังสถานที่อื่นแล้วสะสมโดยดินเหนียวเดิมภายใต้สภาวะไดนามิกตามธรรมชาติ โดยมีขนาดอนุภาคละเอียด การกระจายตัวขนาดใหญ่ และความเป็นพลาสติกสูง
ดินเหนียวทนไฟที่ใช้ในอุตสาหกรรมวัสดุทนไฟส่วนใหญ่มีสองประเภทดังต่อไปนี้
1 ดินเหนียวมีลักษณะเป็นเนื้อเยื่อหนาแน่น ความแข็งขนาดใหญ่ อนุภาคละเอียดมาก น้ำไม่กระจายตัวง่าย และความเป็นพลาสติกต่ำมาก ดินเหนียวดังกล่าวมักมีสีเทาอ่อน สีขาวนวล หรือสีเทา มีลักษณะคล้ายเปลือกหอยแตก บางพื้นผิวมีความเรียบ แตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยได้ง่าย
2 ดินเหนียว (กึ่งอ่อน) มักมีลักษณะเป็นบล็อก เป็นเนื้อเยื่ออ่อนและมีความเหนียวดี สีของดินเหนียวนี้จะแตกต่างกันอย่างมากเนื่องจากประเภทและเนื้อหาของสิ่งสกปรกที่แตกต่างกัน จากสีเทาเป็นสีเทาเข้มถึงสีดำ บางชนิดมีสีม่วง สีแดงอ่อน หรือสีขาว
ประการที่สามวัตถุดิบอลูมิเนียมสูง
(1) บอกไซต์
อะลูมิเนียมเป็นวัตถุดิบหลักสำหรับการผลิตคอรันดัมสีน้ำตาล และปูนเม็ดอลูมิเนียมสูงที่มีปริมาณ Al2O3 88% 90% เป็นวัตถุดิบหลักของคอรันดัมสีขาวนวล การผลิตคอรันดัมสีขาว คอรันดัมหนาแน่น และอลูมินาอื่น ๆ เป็นวัตถุดิบ แร่อะลูมิเนียมยังเป็นที่รู้จักกันในนามแร่อะลูมิเนียมหรือแร่อะลูมิเนียมสูง แร่ธาตุหลัก ได้แก่ ไดสปอร์ (Al2O3 H2O) และไตรไฮเดรต (Al2O33H2O)

ประเทศจีนมีแร่อะลูมิเนียมสำรองมากมาย โดยผลิตจากซานซี เหอเป่ย และซานตง ทางตอนเหนือของแม่น้ำเหลือง ผ่านเหอหนานและกวางสีในภาคกลางของจีน ไปจนถึงกุ้ยโจวและยูนนานทางตะวันตกเฉียงใต้ ปัจจุบัน พื้นที่การผลิตหลักของปูนเม็ดอะลูมิเนียมสูง ได้แก่ ชานซี เหอหนาน และกุ้ยโจว นอกจากนี้ยังมีเหมืองขนาดเล็กบางแห่งที่อยู่ระหว่างการพัฒนาในหูหนาน แร่ธาตุหลักของแร่บอกไซต์ในประเทศจีน ได้แก่ ไฮโดรบอกไซต์ โบห์ไมต์ เคโอลิไนต์ และไพโรฟิลไลท์ ซึ่งสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทตามองค์ประกอบของแร่ ได้แก่ ประเภทไฮโดรบอกไซต์-คาโอลิไนต์ (DK); ประเภท Boehmstone-kaolinite (BK); ประเภทไฮโดรบอกไซต์-ไพโรฟิลไลท์ (DP) ในปัจจุบัน อะลูมิเนียมชนิด DK เป็นแร่ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ปูนเม็ดอะลูมิเนียมชนิด DK แบ่งออกเป็น S, Ⅰ, ⅡA, ⅡB, Ⅲ และอื่นๆ ตามเนื้อหา Al2O3
(2) คอรันดัมเผาและคอรันดัมหลอม
การผลิตคอรันดัมเทียมคือการใช้อลูมินาทางอุตสาหกรรมหรือแร่บอกไซต์สูงเป็นวัตถุดิบหลัก โดยหลอมในเตาอาร์คเพื่อผลิต นอกจากนี้ สามารถรับอลูมินาแผ่นคอรันดัมได้โดยวิธีการเผาผนึก วิธีการนี้ยังคงใช้ผงอะลูมิเนียมออกไซด์ทางอุตสาหกรรมเป็นวัตถุดิบหลัก ผ่านการเผา การบดละเอียด การสร้างลูกบอล และการเผา วิธีนี้เป็นเรื่องยากในการผลิตเทคโนโลยี แต่ผลิตภัณฑ์มีความแข็งแรงสูง ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี และมีเสถียรภาพการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่ดี สิ่งที่เรียกว่า "คอรันดัมย่อยสีขาว" จริงๆ แล้วเป็นคอรันดัมหลอมด้วยไฟฟ้าที่มีความหนาแน่นสูง โดยมีแร่บอกไซต์สูง ปริมาณ Al2O3 มากกว่า 98% ความพรุนที่ชัดเจนน้อยกว่า 4% มันทำจากแร่บอกไซต์สูงโดยการหลอมด้วยไฟฟ้าภายใต้บรรยากาศที่ลดลงและสภาวะควบคุม คริสตัลคอรันดัมเป็นเม็ดละเอียด โดยทั่วไปมีขนาด 115 มม. สิ่งเจือปนหลักคือรูไทล์ อะลูมิเนียมไททาเนต และสารละลายที่เป็นของแข็ง

(3) มัลไลท์
Mullite เป็นวัสดุทนไฟที่มีเฟสผลึก 3Al2O32SiO2 เป็นส่วนประกอบหลัก มัลไลท์แบ่งออกเป็นมัลไลท์ธรรมชาติและมัลไลท์สังเคราะห์ มัลไลท์ธรรมชาติเป็นของหายากและโดยทั่วไปจะเป็นสารสังเคราะห์ มัลไลท์มีความเสถียรทางเคมีและไม่ละลายในกรดไฮโดรฟลูออริก มีคุณสมบัติทางกลที่อุณหภูมิสูงและความร้อนที่อุณหภูมิสูงได้ดี ดังนั้นมัลไลท์สังเคราะห์และผลิตภัณฑ์ของมันมีข้อดีคือมีความหนาแน่นและความบริสุทธิ์สูง ความแข็งแรงของโครงสร้างที่อุณหภูมิสูง อัตราการคืบที่อุณหภูมิสูงต่ำ อัตราการขยายตัวทางความร้อนต่ำ ความต้านทานการกัดกร่อนของสารเคมีที่แข็งแกร่ง ความร้อน ความต้านทานแรงกระแทกและอื่น ๆ
(4) แร่ธาตุกลุ่มซิลลิมาไนต์
แร่ธาตุกลุ่มซิลลิมาไนต์ ได้แก่ ไซยาไนต์ แอนดาลูไซต์ ซิลลิมาไนต์ หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า "หินสามก้อน" องค์ประกอบทางเคมีของหินทั้งสามนั้นเหมือนกัน แต่โครงสร้างผลึกแตกต่างกันและเป็นผลึกที่เป็นเนื้อเดียวกัน เมื่อให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิสูง จะถูกแปลงเป็นมัลไลท์ ทำให้เกิด SiO2 หลอมเหลวจำนวนเล็กน้อย ขณะเดียวกันก็ขยายปริมาตรไปด้วย

เนื่องจากขนาดที่แตกต่างกันของการขยายตัวของการทำความร้อนด้วยหินทั้งสาม การใช้งานโดยตรงจึงไม่เหมือนกัน เนื่องจากแอนดาลูไซต์มีการเปลี่ยนแปลงในปริมาณน้อย ไม่ว่าจะใช้ทำอิฐหรือเป็นสารเติมแต่ง ก็ใช้เป็นวัตถุดิบโดยตรง ซิลลิมาไนต์และไคยาไนต์มักถูกเติมลงในส่วนผสมในรูปของสารขยายตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุทนไฟที่ไม่มีรูปร่าง และใช้ทำอิฐจะต้องเผาปูนเม็ด โดยเฉพาะไคยาไนต์ จะต้องเผาเป็นวัสดุสุกเต็มที่
ประการที่สี่วัตถุดิบทนไฟอัลคาไลน์
4.1 วัตถุดิบแมกนีเซียม
(1) แมกนีไซต์
ในประเทศจีนมีแมกนีไซต์สองประเภทหลัก: แมกนีไซต์แบบผลึกและแมกนีไซต์อสัณฐาน Magnesite ของจีนมีการกระจายส่วนใหญ่ในมณฑล Liaoning และ Shandong สิ่งเจือปนหลักของ Magnesite คือแป้ง นอกจากนี้ยังมี Magnesite บางชนิดที่มี CaO สูงตามด้วยแร่โดโลไมต์ Magnesite ของจีนตามองค์ประกอบทางเคมีสามารถจำแนกได้เป็น S, I, II , III, IV ห้าเกรด เฉพาะเกรด S และ I เท่านั้นที่ใช้สำหรับการเผาอิฐแมกนีไซต์
แมกนีเซียที่มีความบริสุทธิ์สูงเตรียมโดยการลอยอยู่ในน้ำสองขั้นตอนและการเผาสองขั้นตอน แมกนีเซียที่มีความบริสุทธิ์สูงที่เตรียมโดยวิธีนี้สามารถใช้เป็นวัตถุดิบในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ทนไฟประสิทธิภาพสูงหลายประเภท
(2) แร่ธาตุอื่นที่มีแมกนีเซียม
องค์ประกอบแร่ธาตุหลักของผลิตภัณฑ์แมกนีเซียมโอลิวีนในวัสดุทนไฟแมกนีเซียมคือ แมกนีเซียมโอลิวีน (2MgO·SiO2) และลูกบาศก์แมกนีไซต์ (MgO) ผลิตภัณฑ์นี้โดดเด่นด้วยความทนทานต่อเหล็กออกไซด์หลอมเหลวและเสถียรภาพการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้ดีกว่าอิฐแมกนีเซียธรรมดา วัตถุดิบหลักสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์นี้คือเพอริโดไทต์และเซอร์เพนไทน์
4.2 วัตถุดิบโดโลไมต์
โดโลไมต์เป็นวัตถุดิบทนไฟซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยเกลือสองเท่าของแมกนีเซียมคาร์บอเนต (MgCO3) และแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) สูตรทางเคมีคือ CaMg(CO3)2 หรือ MgCO3 CaCO3 และองค์ประกอบทางทฤษฎีคือ CaO3 0.41%, MgO2 1.87% และ CO2 47.72% CaO/MgO=1.39 ความแข็งคือ 3.54
โดโลไมต์ในประเทศจีนอุดมไปด้วยวัตถุดิบ มีการกระจายอย่างกว้างขวาง และค่อนข้างบริสุทธิ์ มีปริมาณสำรองมากมายในพื้นที่ Dashiqiao ของมณฑลเหลียวหนิง ซานตง หูเป่ย ส่านซี กวางสี กานซู เจียงซี อานฮุย เสฉวน ยูนนาน หูหนาน และจังหวัดอื่น ๆ อุดมไปด้วยทรัพยากรแร่ เนื้อแร่มักเกี่ยวข้องกับหินปูนและแมกนีไซต์
5. วัตถุดิบสำหรับผลิตภัณฑ์เซอร์โคเนียม
(1) หินเพทาย
เพทาย (ZrO2·SiO2 หรือ ZrSiO4) เป็นวัตถุดิบหลักสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์เพทายและผลิตภัณฑ์เพทาย และต้นกำเนิดของเพทายในประเทศจีนคือจังหวัดไห่หนาน พบในมณฑลกวางตุ้ง เขตปกครองตนเองกว่างซีจ้วง มณฑลซานตง มณฑลฝูเจี้ยน และมณฑลไต้หวัน
องค์ประกอบทางทฤษฎีของเพทายคือ ZrO2 67.01% และ SiO2 32.99% มักประกอบด้วย TiCfe และออกไซด์ของธาตุหายากอื่นๆ ซึ่งทำให้มีกัมมันตภาพรังสีในระดับที่แตกต่างกันเนื่องจากการมีอยู่ขององค์ประกอบเหล่านี้ ดังนั้นเมื่อใช้วัตถุดิบนี้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ควรมีมาตรการป้องกันที่จำเป็น

เพทายมีค่าการนำความร้อนต่ำ 3.72W/(mK) ที่ 201000 องศา ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของเพทายยังต่ำเมื่อเทียบกับคริสตัลอื่นๆ คือ 4.6X10-6 องศาที่ 1,000 องศา และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของผลึกเดี่ยวในสองทิศทางของแกนหลักแนวตั้งและขนาน (แกน C) มี ความแตกต่างใหญ่ เพทายมีความเฉื่อยทางเคมีสูงและทำปฏิกิริยากับกรดได้ยาก ทำปฏิกิริยากับการหลอมแก้วได้ในระดับน้อย มักใช้ในวัสดุทนไฟของโลหะวิทยาและอุตสาหกรรมแก้ว
(2) พลาจิโอเซอร์คอน
เพทายธรรมชาติ (ZrO2) มักมีลักษณะเป็นก้อนไม่สม่ำเสมอ สีดำ สีน้ำตาล สีเหลือง หรือไม่มีสี มีแร่เพทายธรรมชาติเพียงไม่กี่ตัวในประเทศจีน ZrO2 ที่ใช้ในอุตสาหกรรมเป็นวัตถุดิบเคมีซึ่งเป็นผงสีขาวหรือสีเหลืองที่ได้จากวิธีทางเคมีจากเพทาย (ZrO2·SiO2)
ZrO2 บริสุทธิ์มีรูปแบบผลึกสามรูปแบบที่ความดันบรรยากาศ: เฟสโมโนคลินิก เตตราโกนัล และลูกบาศก์จากอุณหภูมิต่ำถึงสูง
ZrO2 ที่เสถียร ตามระดับความเสถียร มีจุด ZrO2 ที่เสถียรบางส่วนและจุด ZrO2 ที่เสถียรเต็มที่ เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของ ZrO2 ที่เสถียรเต็มที่นั้นมีขนาดใหญ่กว่า ความเสถียรของการช็อกจากความร้อนนั้นไม่ดีเท่ากับความเสถียรบางส่วน ดังนั้นอย่างหลังจึงเป็นปกติ ใช้ทำเซรามิกและวัสดุทนไฟ
(3) เซอร์โคเนียมที่ปราศจากซิลิกอน
ในการผลิตวัสดุทนไฟผสมเซอร์โคเนียมคอรันดัม (AZS) ในต่างประเทศ นอกเหนือจากการใช้เพทายเข้มข้นแล้ว ยังมีการเพิ่มวัตถุดิบ "เซอร์โคเนียมเดซิลิโคเนียม" จำนวนหนึ่งด้วย โดยมีวัตถุประสงค์: ประการแรก เพื่อปรับและทำให้สูตรเสถียร ; ประการที่สองคือการปรับปรุงและเพิ่มประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์
(4) เซอร์โคเนียมคอรันดัมมัลไลท์
วัตถุดิบดั้งเดิมคืออลูมินาอุตสาหกรรม ดินขาว และเซอร์โคไนต์ ซึ่งบดละเอียดและผสมอย่างสม่ำเสมอ ลูกบอลแรงดันกึ่งแห้ง และเผาที่อุณหภูมิ 3001,700 องศาเพื่อผลิตวัสดุนี้ ผลการวิจัยพบว่าการเพิ่มปริมาณเซอร์คอนส่งผลให้อุณหภูมิการเผาผนึกเพิ่มขึ้น การหดตัวโดยรวมลดลง และเพิ่มความพรุนแบบปิด ปฏิกิริยาเหล่านี้ทำให้คอรันดัมมัลไลท์เผาเพทายมีความหนาแน่นและความแข็งแรงสูงกว่า และมีเสถียรภาพในการต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน

6. วัตถุดิบสำหรับผลิตภัณฑ์โครเมียม
วัตถุดิบหลักประการหนึ่งสำหรับการผลิตโครเมียม (อิฐโครเมียม, อิฐโครเมียมแมกนีเซีย, อิฐโครเมียมแมกนีเซีย) วัสดุทนไฟคือแร่โครเมียมหรือโครไมต์ โครไมต์เป็นส่วนผสมของแร่ธาตุหลายชนิด เนื่องจากองค์ประกอบของแร่มีความผันผวนอย่างมาก ในแง่ขององค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติทางกายภาพก็เปลี่ยนแปลงไปเช่นกัน มักประกอบด้วยแร่ gangue ที่มีเม็ดโครเมียม แร่ธาตุ gangue เหล่านี้มักเป็นแมกนีเซียมซิลิเกต เช่น เซอร์เพนไทน์ แมกนีเซียมโอลิวีน และโอลิวีน นอกจาก Cr2O3 ในโครไมต์แล้ว ยังมี Al2O3, Fe2O3 และ MgO ซึ่งเป็นโครไมต์ทั่วไปเนื่องจากมีแมกนีเซียมและเหล็ก ซึ่งมักแสดงเป็น (Mg, Fe) Cr2O3
ข้างต้นเป็นวัตถุดิบทนไฟที่ใช้กันทั่วไป ด้วยนวัตกรรมของเทคโนโลยีวัสดุทนไฟ ประเภทของวัตถุดิบมีความหลากหลายมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปีที่ผ่านมา เนื่องจากปัญหาสิ่งแวดล้อมและเหตุผลหลายประการ เช่น ทรัพยากรแร่ดิบ และยังคงพัฒนาให้ดีขึ้นต่อไป ประสิทธิภาพของวัสดุสังเคราะห์เทียมและวัตถุดิบหมุนเวียนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น (เช่น เฟอร์โรซิลิคอนไนไตรด์, Theron เป็นต้น)