發(fā)布時間：2020/9/2 11:48:17

什么是三石

三石系指藍晶石、硅線石、紅柱石三種高鋁硅酸鹽礦物，也稱藍晶石族礦物。它們是同質(zhì)異形體。其化學(xué)成分相同，均為Al2O3·Si02，其中Al2O3 占63.1％，SiO2占36.9％。但因生成條件不同，晶體結(jié)構(gòu)不同，主要表現(xiàn)在陽離子配位上有差異，故其理化性能既有共性，又有差異。在高溫下分解為莫來石和熔融狀游離Si02。在此過程中，硅線石開始分解的溫度約為1500—1550℃，分解速度慢，分解后的體積膨脹值居中，莫來石結(jié)晶發(fā)生在整個晶粒中，晶體呈短柱狀、針狀，長約3μm；而紅柱石分解溫度居中，約1350—1400℃，分解速度居中，分解后體積膨脹小(約3—5％)，莫來石結(jié)晶在顆粒表面開始，逐步深入內(nèi)部，莫來石晶體呈針狀、柱狀，長約20μm。藍晶石晶體分解為莫來石的溫度低，約1300—1350℃，分解速度快，分解后的體積膨脹值也較大，莫來石結(jié)晶也是在顆粒表面開始的，逐步深入內(nèi)部，晶體呈長針狀，長約35μm。三石與高鋁礬土原料相比，其有害雜質(zhì)含量低，例如在礬土熟料中Ti02、Fe2O3、RO、R20雜質(zhì)總量高達4.5—5.0％，而三石中的雜質(zhì)總量高者約占2.3％(其中紅柱石約有1％)，是礬土中雜質(zhì)含量的一半。特別是R2O很低，約0.1—0.4％。此外，三石在一定溫度下，將分解成莫來石和熔融狀游離SiO2，使制品具有耐水度高，抗化學(xué)腐蝕性好，熱膨脹性低的特點。這三種礦物在加熱時均產(chǎn)生體積膨脹，尤以藍晶石的膨脹大，硅線石次之，紅柱石小。因而在制耐火磚時，藍晶石與硅線石需經(jīng)過煅燒后方可使用，紅柱石則可不經(jīng)煅燒直接制耐火磚，因其不大的膨脹可抵消結(jié)合粘土的收縮。

不定形耐火材料應(yīng)用三石精礦作為膨脹劑

不定形耐火材料的各品種，如澆注料、可塑料、搗打料及耐火泥漿，都不同程度使用到藍晶石、紅柱石及硅線石，尤其是藍晶石使用更為廣泛。 

主要機理是利用三石礦物在高溫下分解，莫來石化反應(yīng)伴隨的體積膨脹，以補償不定形耐火材料在高溫下的收縮，使線膨脹趨于正值，減輕結(jié)構(gòu)剝落，增強材料體積穩(wěn)定性。

此外，三石礦物的分解，形成莫來石礦物對材料的荷重軟化溫度、強度等都有良好的作用。

不定形耐火材料的膨脹劑還有使用石英(SiO2)的。利用石英同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的膨脹來補償不定形耐火材料高溫下的收縮。其中主要應(yīng)用α-石英(高溫石英)轉(zhuǎn)變成α-方石英的膨脹，因它體積變化大。

但是將石英與藍晶石相比較，藍晶石使用效果較好。一則是膨脹值相對較大，二則是由于藍晶石分解，獲得莫來石晶相，對材料高溫性能有利。因此，目前在不定形耐火材料中常用藍晶石作為膨脹劑，或與紅柱石或硅線石復(fù)合作為外加物使用。

利用藍晶石、紅柱石和硅線石的分解莫來石化反應(yīng)，對材料的性能產(chǎn)生好的影響，需要根據(jù)作業(yè)溫度選擇好品級、用量和粒度，否則會使材料內(nèi)部惡化，造成材料的膨脹裂紋和密度及強度的降低。

以上的方法是利用三石礦物的分解，莫來石化伴隨的膨脹反應(yīng)和石英晶型轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的膨脹反應(yīng)，補償不定形耐火材料高溫下的收縮，增強體積穩(wěn)定性。但是，膨脹反應(yīng)對材料的良好影響不止于此。上面幾章討論的如熱風(fēng)爐用低蠕變磚、改性高鋁磚系列等，就是利用材料內(nèi)部的膨脹反應(yīng)來提高荷重軟化溫度和抗蠕變性、抗熱震性等性能。所以我們要很好地利用三石來改善耐火材料的性能。

這里順便指出，在耐火材料里大量存在著膨脹反應(yīng)的問題。例如，以上討論的熱風(fēng)爐用低蠕變磚的研發(fā)，其基質(zhì)就有膨脹化效應(yīng)問題�；�質(zhì)中：剛玉與石英的反應(yīng)(△V= 

+10%);藍晶石、紅柱石、硅線石在高溫下轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎瘯r，有膨脹效應(yīng)。分別為△V= 

+18%、+5.4%、+7.2%;又如：SiO2變體的膨脹效應(yīng);ZrO2晶形轉(zhuǎn)變引起的膨脹化效應(yīng);高嶺石加熱變化過程，體積收縮效應(yīng) (△V= 

-20%)等等。關(guān)于膨脹反應(yīng)對材料性能的影響，田守信的研究結(jié)果表 明：固-固相的膨脹反應(yīng)，如M+A=MA，使耐火材料膨脹、氣孔率增加和體積 

密度下降;固-氣的膨脹反應(yīng)，如SiC+3/202→SiO2+CO、Si+O2→SiO2，使耐火材料膨脹和增重，它對材料的體積密度和總氣孔率幾乎沒有什么影響，但它使閉氣孔率增加和顯氣孔率減少;對于CaO的固-氣相水化反應(yīng)，在水化的初期階段，顯氣孔率下降約1%，隨后，材料的體積和氣孔率增加，很快試樣產(chǎn)生裂紋，松散甚至粉化;對于材料內(nèi)的液-氣相沉積反應(yīng)，同氣-氣相沉積反應(yīng)一樣， 

使氣孔率降低和密度增加。

總之，除了重視材料中大量存在的膨脹化反應(yīng)外，更重要的是設(shè)法利用、控制它來改善材料的性能。

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