耐火材料78

第七章含锆耐火材料

7．1 锆英石质耐火材料

以锆英石为主要矿物成分的酸性耐火材料。品种有锆英石砖、锆质砖和特种锆英石砖(如锆英石-氧化铝砖、锆英石-氧化铝-氧化铬砖、锆英石-叶蜡石砖、锆英石-碳化硅砖、高硅质锆英石砖、锆英石质不定形耐火材料、熔铸锆英石砖等）。

含二氧化锆６５％左右。耐火度18２5℃以上。荷重软化开始温度近15０0℃。具有优良的耐腐蚀性,良好的耐磨性、抗渣性和抗热震性，较小的热膨胀系数。以锆英石精矿砂为原料，加少量可塑黏土,经配料、压坯、煅烧成团块。团块再经粉碎，加入少量可塑黏土或其他有机结合剂，经混合、成型、烧成而制得。煅烧和烧成温度均不应超过1600℃，一般可采用1400℃下长时间保温来烧成。适用于砌筑盛钢桶内衬、高温感应炉炉衬、炼铝炉炉底。也可用于玻璃池窑易于损坏的部位。

７．1.1 锆英石原料

称锆英砂、锆英石,是一种以锆的硅酸盐(ZrＳiＯ4)为主要组成的矿物。纯净的锆英砂为无色透明晶体，常因产地不同、含杂质的种类与数量不同而染成黄、橙、红、褐等色，结晶构造属四方晶系，呈四方锥柱形，比重4．６~４.71，比重的变化有时与成分和蚀变状态有关锆英石解理不完全，均匀莫氏硬度为7～８级,折射率1．93－2.０1,熔点随所含杂质的不同在219０~2420℃内波动。

主要化学组成为ＺrＯ2；SiO2,及少量Fe2O3、CａO、AI２O3等杂质。锆英砂的理论组成为ZrO２:67.1%；SｉO2：３2.9％。它是ZｒO2-ＳiO2系唯一的化合物。但天然锆砂仅含约57～6６%ZrO２。

锆英石是一种主要由火成岩形成时从岩浆中结晶出来的锆、硅和氧组成的矿物。锆英石也产于岩脉和变质岩中。它属四方晶系，常呈发育良好的锥状小四方柱体,也成不规则粒

状。性脆,断口贝壳状。是优质的耐火材料。多与钛铁矿、金红石、独居石、磷钇矿等共生于海滨砂中,经水选、电选、磁选等选矿工艺分选后而得到。

锆英砂是最重要的含锆矿物，在锆矿物中分布最广、储量最大、类型最多，是一种以锆的硅酸盐为主要组成的矿物。锆英砂是制取锆、铪及多种锆制品的主要原料,具有熔点高、热导率低、线膨胀系数小等特点,广泛用于冶金、铸造等行业。目前世界年产锆英砂为130万吨。

１． ZrＯ2—SｉO2 物系

以锆英石为主要原料烧成的耐火制品。锆英石是ZrＯ2－SｉＯ2。系统中唯一的化合物,其化学式为ZｒSiO４。锆英石的理论化学组成为ZrO267.2％,ＳiO２32．８%。

其二元系相图见1６８页图7—1 （分析)

2. 锆英石加热分解

图 7—２

锆英石加热至一定温度时可分解为隐晶质ZrＯ2和无定形SiO２。由于锆英石的纯度和所含杂质的不同、原料粒度和保温时间的不同，锆英石的分解温度亦不相同。其分解温度范围为15４0～200０℃(图7.2)。锆英石在16０0℃下加热2h,只有少量锆英石分解；在1750℃下加热2h,锆英石的分解率为5０%，当加热至190０℃～2000℃时,分解率可达100%。

ＺｒSiO4——＞ZｒO２+SiO２

Ａl2O3 CａＯ等杂质的存在使锆英石的分解温度降低。因此，制备锆英石熟料时,其预烧温度须低于锆英石的分解温度(１540℃)。

对于粒度较细的锆英石精矿粉可采用两种方法进行处理：(1)将锆英石进行筛分，选取符合粒度要求的筛上料作粗颗粒,筛下料可加工成细粉;（2)采用熟料制造工艺，以锆英石细粉和粘土为原料，按工艺流程加工成熟料，再破碎至适当的粒度以备用。

锆英石

锆英石是硅酸盐类矿物,按其物理性质和化学成份可分为高型和低型两个变种。结晶完整的晶体多为“高型”;晶体极差或无晶者为“低型”。由于放射性元素，使得锆英石的内部结构遭到破坏,根据内部结构特点,分为高型锆英石、中型锆英石和低型锆英石三种。但就宝石价值来说，高型锆英石价值较高。

锆英石是天然宝石中折射率仅次于钻石、色散值很高的宝石,无色透明的锆英石酷似钻石，是钻石很好的代用品。常用的锆英石多呈无色、红褐色、褐红色、绿色等。但最流行的颜色是蓝色和无色两种，其中以蓝色价值较高,一般都经过人工热处理。市场上的许多锆英石,都是经过热处理之后再拿出来销售。锆英石经常用热处理以提高其质量,或改变颜色或改变锆英石的类型。如此，锆英石变得更漂亮、易于销售。

锆英石的晶体属四方晶系,a0=0．６6２nm,c０=０.６02nm;Ｚ=４。结构中Zr与Ｓｉ沿c轴相间排列成四方体心晶胞。

锆英石的成分中含有放射性元素铀（U)和钍(Tｈ）。但含量很低,远低于安全系数。所以大家可以放心地佩戴锆英石装饰品。

锆英石是一种性质特殊的宝石。它有较高的折光率和较强的色散，无色或淡蓝色的品种加工后，象钻石一样有较强的出火现象。由于它在外观上与钻石很相似，因而被誉为可与钻石媲美的宝石。

早在古希腊时,这种美丽的宝石就已被人们所钟情。相传,犹太主教胸前佩戴的十二种宝石中就有锆英石，称为“夏信斯”。据说，锆英石的别名“风信子石”，就是由“夏信斯”转言而来，流行于日本,我国的香港及内地。

这种宝石的颜色常见于红色、金黄色、无色。同时从另一个侧面说明，锆英石在古时的阿拉伯、波斯和印度地区就十分受欢迎。

大家知道,许多东西经过热处理就可以变性，锆英石也是如此。如果对低型的锆英石加热到一定程度时，其就会变成无色透明晶体。比如:斯里兰卡的锆英石多为绿色低型的，经过热处理后,颜色明显变淡,成为高型的锆英石宝石。我国海南省产的红色、棕色锆英石，经过热处理,可以变成无色的。

宝石界把锆英石、绿松石、青金石同列为十二月生辰石,象征胜利，好运，是成功的保证。

我国有部分红色或棕红色的锆英石,不经改色处理，也可直接研磨成美丽的宝石。但应该注意,我国红低型锆英石也是二色性较强的宝石。如果从红锆英石某一方向上看是红色，而从另一方向看，又是淡色或接近无色。所以，加工时,必须按一定方向研磨,让红色出现在磨型正面。

７.１.２锆英石质耐火材料生产工艺

锆英石质耐火材料可以采用半干法、泥浆浇注料或挤压法等。锆英石原料本身无塑性并在高温下分解，在生产中对结合剂、粒度配合和烧成条件等方面必需采取与其相适应的工艺。