武汉科技大学非金属矿物学问答题

非金属矿物学问答题1、硅质矿物原料有哪些？硅石、硅砂（石英砂）、粉状石英、石英玻璃硅砂呈粒状，硅质原料呈块状产出称硅石，石英熔体急冷得石英玻璃硅砂分类：1）根据产区不同，将天然砂分作内陆砂和海滨砂；2）按颜色不同，天然砂又有黄色砂和白色砂；硅石分类：1）按岩石类型或形成原因分：脉石英、石英岩、石英砂岩、燧石岩2）按工艺分类：结晶硅石胶结硅石3）按硅石的致密度分四类：（1）极致密（2）致密（3）比较多孔（4）多孔4）按硅石真比重大小分（1450℃煅烧1小时）（1）快速转变（2）中速转变（3）慢速转变（4）特慢转变2、说明结晶硅石和胶结硅石差别？(岩石类型、矿物组成、石英晶粒大小、杂质含量、转变速度等)答：结晶硅石是由硅质砂岩经变质作用再结晶成的变质岩。

它是由结晶质石英颗粒所组成。

由于变质过程中的再结晶作用使石英颗粒紧密连接在一起，并且构成各种变晶结构，如锯齿结构、花岗岩结构和镶嵌结构。

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。

结晶硅石中石英外，有时还存在其他少量的杂质矿物如绢云母、白云母、绿泥石、长石、金红石、赤铁矿、褐铁矿等。

胶结硅石（胶结石英岩）是石英颗粒被硅质胶结物结合而成的沉积岩。

胶结硅石以石英为主，含少量的长石、云母。

胶结物为硅质如玉髓、蛋白石、氧化铁、石灰石、绿泥石等，石英颗粒小（0.01毫米），加热转变容易，较少用作制砖原料。

以SiO2为主，杂质成分为Al2O3、Na2O、K2O、CaO、Fe2O33、选择硅质原料时，考虑哪些指标？答：1）纯度；2）致密度；3）转变速度；4）显微结构（石英颗粒、结构）生产一般硅砖，硅石中SiO2含量应不小于96%。

Al2O3小于等于1.2-1.6%，Na2O+K2O总量不超过0.2-0.4%。

而对于优质硅砖，硅石中的杂质（Al2O3、TiO2和碱性物质）含量应尽可能低，三者之和不能超过0.5%。

对于优质硅砖，耐火度要求大于或等于1750℃和1730℃，而一般工业炉则要求大于和等于1710℃。

此外硅石的致密度也极为重要，一般要求硅石致密，因为质地疏松，则制品气孔率高。

至于硅石的类型和石英晶粒的大小等显微结构，因而应给予足够的重视。

由于硅石煅烧过程中的SiO2晶型转化影响较慢直接影响制砖工艺，因而一定要事先确定其类型，硅石的转化速度按其在1450℃下煅烧1h的真密度小于2.4g-2.50g/cm3；特慢转变，真密度不小于2.50g/cm3。

4、工业氧化铝主要生产工艺？答：1）碱法；2）酸法：硝酸、盐酸、硫酸等投资大，酸回收复杂；3）酸碱法；4）热法（电熔法）碱法生产氧化铝，就是用碱(NaOH或Na2CO3)处理铝土矿，使矿石中的氧化铝水合物和碱反应生成铝酸钠溶液。

铝土矿中的铁、钛等杂质和绝大部分的二氧化硅则成为不溶性的化合物进入固体残渣中。

这种残渣被称为赤泥。

铝酸钠溶液与赤泥分离后，经净化处理，分解析出A1(OH)3，将A1(OH)3与碱液分离并经过洗涤和焙烧后，即获得产品氧化铝。

目前工业上几乎全部采用碱法生产氧化铝。

酸法生产氧化铝就是用硫酸、盐酸、硝酸等无机酸处理铝矿石，得到含铝盐溶液，然后用碱中和这些盐溶液，使铝成氢氧化铝析出，焙烧氢氧化铝或各种铝盐的水合物晶体，便得到氧化铝。

酸碱联合法是先用酸法从高硅铝矿石中制取含铁、钛等杂质的不纯氢氧化铝，然后再用碱法处理。

这一流程的实质是用酸法除硅，碱法除铁。

热法适合于处理高硅高铁的铝矿，其实质是在电炉中熔炼铝矿石和碳的混合物，使矿石中的氧化铁、氧化硅、氧化钛等杂质还原，形成硅合金。

而氧化铝则呈熔融状态的炉渣而上浮，由于密度不同而分离，所得氧化铝渣再用碱法处理从中提取氧化铝。

5、耐火材料用刚玉的种类有哪几种？性能上有何差别？按生产工艺分有三种：1）轻烧氧化铝（1）煅烧温度不超过1500℃，最合适温度1400-1450℃，有些为了一定活性，控制1300℃左右。

（2）引入矿化剂，促进转化，去除Na2O。

一般的矿化剂为硼酸、氯化镁、金属铝和硼镁石Mg2B2O4(OH)22）烧结刚玉包括烧结板状刚玉烧结板状刚玉其优良的体积稳定性和抗热震性归因于低的气孔率和快速烧结条件下再结晶时形成的封闭晶内气孔。

3）电熔刚玉(电熔棕刚玉、电熔亚白刚玉、电熔白刚玉、电熔致密刚玉)电熔棕刚玉由于杂质没有被完全除去，杂质含量较高，呈现特有的棕色，故称棕刚玉。

电熔致密刚玉外观呈浅灰色、纯度高、气孔率低、密度大电熔板状刚玉研究发现用这种板状刚玉作为陶瓷棍棒作为原料，取代原来使用的电熔白刚玉，对提高棍棒的抗热震性十分显著。

6、主要天然高铝矿物原料有哪些？1）铝矾土铝矾土(又称铝土矿)是以三种铝的氢氧化物为主和其它少量伴生矿物所组成的混合物。

这三种铝的氢氧化物为一水硬铝石(α-Al2O3.H2O)、一水软铝石(γ-Al2O3.H2O)、三水铝石(α-Al2O3.3H2O)2）蓝晶石族矿物蓝晶石族矿物是指蓝晶石、硅线石和红柱石，它们是同素异构矿物，存在一定的的相关系。

3）合成莫来石莫来石结构呈特殊链状硅酸盐结构排列，所以其晶体是沿C轴延伸成长柱状、针状。

莫来石是Al2O3-SiO2系统中常压下，唯一稳定存在的二元化合物。

熔点温度1870℃，线膨胀系数较小，化学性质稳定。

4）氧化铝例如：工业氧化铝、活性氧化铝、烧结刚玉、电熔刚玉7、铝矾土按主要矿物组成分几类？一水硬铝石diaspore-高岭石kaolinite（D-K型）一水硬铝石diaspore-叶蜡石pyrophillite（D-P型）勃姆石Boehmite-高岭石kaolinite（B-K型）一水硬铝石diaspore-伊利石Illite（D-I型）一水硬铝石diaspore-高岭石kaolinite-金红石Rutile（D-K-R型）8、蓝晶石族矿物是指哪些？它们结构有何差别，性质上有何差异？9、合成莫来石原料的途径有哪些？1）烧结法；2）电熔法例如：1）工业氧化铝+高岭土（或高纯硅石）；2）工业氧化铝+苏州土；3）天然矾土(M45、M60和M70)；4）蓝晶石族；5）工业氧化铝+叶蜡石等。

10、镁砂主要来源有哪些？1)天然菱镁矿含47.82%MgO.2)从海水中提炼3)从盐湖卤水中提炼；4)从白云石（CaMg(CO3)2，含21.9%MgO）中提炼；5)从蛇纹石（Mg3[Si2O5](OH)4含43%MgO）中提炼；6)从水镁石（Mg(OH)2含69%MgO）中煅烧，但通常用作提炼金属镁；目前，我国主要从菱镁矿煅烧或电熔获得镁砂。

而国外，日本和西欧主要从海水中提炼镁砂。

11、镁砂种类有哪些？评价镁砂质量的指标是什么？评价烧结镁砂质量指标1）镁砂的纯度镁砂中的杂质来源于菱镁矿，主要杂质是CaO，SiO2，Fe2O3，Al2O3。

MgO 含量高，杂质组分就低，有利于提高制品性能。

杂质的存在，烧结镁砂中的矿物除方镁石外，还有其他矿物。

所形成的矿物视杂质的含量而定。

根据研究，镁砂CaO/SiO2比值与矿物组成有如下关系。

并且因镁砂中矿物组成不同，其对制品性能也不同。

a)CaO/SiO2<1时，主要形成M2S矿物，能提高制品的荷重软化温度。

b)CaO/SiO2>1.0-1.8时，形成低熔点矿物：CMS，C3MS2，对制品性能(耐压、荷软、热震稳定性)不利。

c)CaO/SiO2>1.8时，形成高熔点矿物：C2S,C3S对制品性能有利。

2）体积密度。

它是表征原料烧结程度和致密性的一个重要指标。

3）方镁石晶粒大小。

原料的煅烧仅达到致密化还不够，还应具有合适的显微结构，才能有良好的使用性能。

镁砂的显微结构是指方镁石的晶粒大小和结合程度。

方镁石晶粒增大，镁砂的抗水化性能提高，同时结合程度增大，抗渣性能也得到改善。

12、晶质菱镁矿主要矿物组成？化学组成中杂质有哪些？矿物组成：菱镁矿为主，常伴有滑石、白云石和绿泥石，其次是透闪石、方柱石Ca4[Al2Si2O8]3CO3和石英。

矿石化学成分中CaO、Fe2O3、Al2O3、SiO2是有害杂质。

（1）白云石在煅烧后生成CaO易于水化，并伴随体积膨胀。

（2）用含SiO2很高的菱镁矿，烧结上遇到困难，因为滑石分布不均匀，造成熟料烧结和矿物成分不均匀，致使烧结过程恶化。

（3）CaO、Fe2O3、Al2O3、SiO2等组分在高温下相互作用生成低熔点的物相。

钙镁橄榄石CMS1498℃分解，镁硅钙石C3MS21550℃。

如形成硅酸二钙C2S，1100-1250℃因多晶转变，伴有体积膨胀，约为12%。

13、作为镁橄榄石质耐火材料的含镁硅酸盐矿物有哪些？1）橄榄岩橄榄岩主要由橄榄石（占25-75%）和辉石组成，尚含少量的角闪石、黑云母、磁铁矿等，橄榄岩常呈特有的橄榄绿色，有时也呈褐色或黑色，含铁量愈多，颜色愈深。

2）蛇纹岩蛇纹石是蛇纹岩中的主要矿物，蛇纹石是蛇纹石族的总称，它的化学组成Mg3[Si2O5](OH)4，其中43.0%MgO，44.1%SiO2,12.9%H2O。

属于1:1型硅酸盐结构，与高岭石的晶体结构相似，但后者属二八面体型，蛇纹石则属三八面体型，单斜晶系，常含Fe、Ni、Mn、Co、Cr。

呈不同颜色绿色、浅绿色、黄绿色、暗绿色以至黑色，硬度2.5-3.5，比重2.5-2.62，在1557℃分解。

3）滑石滑石是层状硅酸盐矿物，化学组成为Mg3[Si4O10](OH)2，其中31.7%MgO，65.3%SiO2，4.8%H2O，常含少量的铁、铝元素，当Fe完全置换Mg时，则为铁滑石Fe3[Si4O10](OH)2，单斜晶系，晶体呈六方或菱形板状。

当有杂质存在时，呈白色、浅红色、浅褐色等不同颜色，解理平行于{001}，硬度为1，具有滑腻感。

4）镁砂14、橄榄岩是否可以直接用来生产镁橄榄石质耐火材料，为什么？橄榄岩主要化学成分为MgO、SiO2、Fe2O3、CaO、Al2O3、TiO2等。

作为耐火材料原料时，注意CaO和Al2O3含量，它们与主成分可能形成钙镁橄榄石(Ca.Mg[SiO4])、透辉石(Ca.Mg[Si2O6])、钙长石(Ca[Al2Si2O8])、堇青石(Mg2Al3[AlSi5O18])等低熔点矿物；（1）FeO含量少于10%可作为耐火材料；（2）灼减小于5%，由于橄榄岩中不含水和碳酸盐，可直接切割使用，否则，需经煅烧使用；15、白云岩按CaO/MgO比例分成几种？根据CaO/MgO的比值大小分：1)白云岩，白云岩中含少量的方解石（小于5%），CaO/MgO比值在1.39左右，煅烧后MgO含量为35—45%；2）钙质白云岩，CaO含量较多，CaO/MgO比值大于1.39，CaO含量过高时，称为白云石质灰岩，煅烧后MgO的含量8—30%；3）镁质白云岩，MgO含量较多，CaO/MgO比值小于1.39，煅烧后MgO的含量50-65%，当MgO含量过高时，称为白云石质菱镁矿或高镁白云岩，煅烧后MgO 的含量70-80%。