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硅石的分类、性质、评价及技术标准

一、硅石的分类

硅石是硅质耐火材料的主要原料。硅石也称石英岩，主要矿物是石英 SiO2，其它成分均为杂质。由于生成条件不同，工艺要求各有侧重，所以有多种分类方法。

1.按硅石的组织结构分类

耐火材料工业用的硅石可以分为结晶硅石（再结晶石英岩）和胶结硅石（胶结石英岩）。

⑴结晶硅石

是由硅质砂岩（石英砂岩）经变质作用再结晶而成得变质岩。硅质砂岩中的硅质胶结物在地质条件作用下而在原石英颗粒表面再结晶，成为石英颗粒的增大部分。因此，其组织结构特征是：由结晶的石英颗粒所组成，石英颗粒间没有胶结物或极少（3%～8%）；由于变质过程中的再结晶作用而使石英颗粒紧密地连接在一起，并且构成了原硅质砂岩所没有的各种变晶结构，如锯齿结构、花岗岩结构和镶嵌结构等。脉石英也属于结晶硅石，它是火成岩，特征是石英颗粒较大（＞2mm），纯度较高（SiO2＞99%），煅烧时转化迟钝，膨胀性大，直接用于制砖较为困难。

⑵胶结硅石

石英颗粒被硅质胶结物结合而成的沉积岩，胶结构主要是隐晶质的二次石英，胶结物含量通常约占30%～75%。胶结硅石中的石英颗粒结晶较小，杂质含量多，加热时易于转变。

结晶硅石与胶结硅石的特征对比如表1-1所列。

表1-1结晶硅石与胶结硅石的特征

2.按转变速度分类

从硅砖的制造工艺观点出发，依照硅石原料在1450°C时煅烧1小时的真比重大小，可将硅石非为极慢、慢速、中速和快速转变四种类型（表1-2）。因鳞石英的真比重（2.242）较小，烧后真比重越小，则表明转变成鳞石英的数量也多。

表1-2硅石的转变速度分类

3.按硅石的致密程度分类

可以分为极致密、致密、比较多孔和多孔四种（表1-3）。硅石原料应具有较大的致密性，前两种硅石是优质的耐火材料，第三种可以与前两种配合使用，或单独用于制造一般用途的硅砖。第四种不适合制砖。

表1-3硅石的致密程度分类

4.按剧烈膨胀温度分类

硅石受热时，由于石英的多晶转变，其比重减小、体积膨胀，加热至某一温度时开始产生剧烈的膨胀。该温度愈低，砖坯烧成时松散开裂的可能性愈大，因为温度低时，坯体内尚没有产生液相来缓冲膨胀所产生的热应力，或者是虽产生液相但由于粘度太大而不能减弱所产生的热应力。按加热时剧烈膨胀开始温度的高低，可将硅石分为低热稳定性的、中稳定性的和高稳定性的三中（表1-4）

表1-4硅石的剧烈膨胀开始温度

二、硅石的性质及评价

1.外观性质

外观性质主要是硅石的外形、断面、颜色、光泽、夹杂物等。通过外观，可以初步判定硅石是结晶硅石还是胶结硅石，是否是脉石英等。

结晶硅石外观一般呈乳白色、灰白色、淡黄色以及红褐色。有鲜明的光泽，断面平滑连续，并带有锐利棱角，硬度、强度都很大。脉石英呈致密块状，纯白色，半透明，发油脂光泽，断面呈贝壳状，石英结晶颗粒多在2mm以上，肉眼可辨。

胶结硅石外观有白色、灰白色、黄灰色、黑色、红色等，断面致密，呈贝壳状，没有明显的粒状组织结构，断面的锐棱不明显，几乎没有光泽。

优良的硅石应该呈致密块状，有时有贝壳状或鳞状断面，没有明显的层状结构，在层与层之间没有夹杂物，并且不带石灰石外壳。其颜色取决于杂质，通常铁质化合物使硅石呈红褐色，有机物杂质则使硅石带灰色、黑色等。

2.组织结构

研究硅石的微观组织结构对评价硅石的质量很重要。用它可以正确判定硅石的结晶类型、石英颗粒的大小与分布、杂质及分布状况。我国主要产地硅石的显微结构特征如表1-5所列。

表1-5硅石的显微结构特征

根据硅石的显微特征在一定程度上可以判断硅石的加热性质与转变情况，为制砖提供工艺依据。胶结硅石的活性较大，其转变速度比结晶硅石快；胶结物愈多，其转变速度愈快。石英颗粒的粗细及变形程度也影响转变速度，一般结晶颗粒粗大的较细小的慢。对于结晶硅石，如果石英结晶比较小，粒度大小不一，并以锯齿状结构交错紧密结合，则煅烧时容易转变，膨胀也不大，并且不易松散；如果硅石的石英结晶较大且直径大小接近并呈圆形，则烧成膨胀大，转变慢，易松散，烧成容易产生裂纹，硅砖的气孔率高，强度低。

3.化学成分与耐火度

硅石中SiO2是主成分，Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2等均为杂质。硅石的化学成分愈纯，SiO2含量愈高，其耐火度也愈高。一般要求：SiO2≥96%，Na2O+K2O≤0.2%～0.4%。

Al2O3的存在除增加硅石在高温下形成液体的趋势外，还会延缓硅石的分解。Al2O3含量多时还会显著降低砖体的荷重软化点，Al2O3为2%，荷重软化点降低125°C；Al2O3为6%时，则降低275°C。因此，一般控制Al2O3＜1.3%，生产优质硅砖时则需要＜0.5%。Na2O、K2O是很强的熔剂，一方面它是显著降低硅石的耐火度，另一方面它们又能促进石英的转变，对Na2O+K2O的要求是一般不超过0.2%～0.4%。Fe2O3、CaO、MgO等杂质对硅石质量的影响不像K2O、Na2O、Al2O3那样大，如果它们呈分散状态存在，可视为有益组分。TiO2不影响石英的转化，但研究表明添加金红石（TiO2）的降低硅砖的气孔率，提高体积密度，促进烧结，从而提高硅砖导热率，并改善热震稳定性，此点对焦炉用硅砖尤为有用。实践证明，加入1.5%的金红石效果较好。如果单用化学成分和耐火度来决定硅石质量的优劣，那是不够的，还必须考虑其组织结构、煅烧性质等因素。有些硅石原料，如脉石英，化学成分很纯，耐火度很高，但不是制造硅砖的理想原料，因为它结晶颗粒大，膨胀性高，石英难于转化，而且烧成时易开裂。

中国主要产地的硅石化学成分与耐火度如表1-6所列。

表1-6硅石的化学成分及耐火度

4.硅石的致密程度与转变速度

硅石的致密程度、转变速度与制砖工艺密切相关。不致密的硅石不能用于制造重要用途的硅砖，但可以细磨成粉后与致密硅石配合使用，而多孔的硅石则不能用于制造硅砖。胶结硅石的转变速度较快，结晶硅石的转变速度一般较慢或极慢。用于硅砖配料时，快速转变的硅石烧成温度应降低，矿化剂的加入量也应适当减少；对于较难转变的硅石，应采用细颗粒配料并加入适量的矿化剂。中国主要产地硅石的致密程度和转变速度列于表1-7中。

在评价硅石原料的质量时，应根据硅砖的品种及应用领域，对上述性质进行综合分析，确定出合理的配比及生产工艺条件。

表1-7硅石的致密程度与转变速度

三、硅石的技术条件

我国行业标准（ZB D53001-90）对耐火材料用硅石的质量标准作出了规定，如表1-8所列。硅石中不得混入废石、角砾石状硅石、风化石等，表面不允许有超出1mm厚的杂质，硅石块内不允许有直径大于

5mm的各种有害包裹体。

表1-8硅石的技术条件