1、藍(lán)晶石(kyanite)

     藍(lán)晶石(kyanite)，是一種島狀的硅酸鹽礦物，它與矽線石和紅柱石屬于同質(zhì)多象的礦物。藍(lán)晶石的化學(xué)組成為Al2O3?SiO2，理論構(gòu)成(wt%)Al2O3為62.93%，SiO2為37.07%。屬于三斜晶系，在顯微鏡下顏色為藍(lán)色、藍(lán)白色或青色，因?yàn)槠渚哂袃山M解理，硬度呈現(xiàn)明顯的各項(xiàng)異性，所以又稱為二硬石。

     由于其較高的鋁含量、很高的耐火性、體積穩(wěn)定性、對(duì)酸堿，甚至氫氟酸具有很強(qiáng)的抗侵蝕能力，抗磨，耐化學(xué)腐蝕，荷重軟化溫度高，抗渣、抗熱震性能優(yōu)良，在上世紀(jì)20年代開始便作為一種重要的耐火材料原料而為人關(guān)注，目前其在耐火材料的生產(chǎn)中被廣泛用于散狀料的膨脹劑。

     藍(lán)晶石在被加熱到一定溫度后，會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎?，其反?yīng)的方程式如下：

     藍(lán)晶石在高溫煅燒的條件下，在1200℃開始分解，由原來的晶相轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎?，并析出游離的SiO2，在1360~1400℃發(fā)生快速反應(yīng)，溫度達(dá)到1500℃以后則出現(xiàn)石英玻璃和纖維狀的莫來石，在這個(gè)過程中，材料會(huì)發(fā)生16%~18%的體積膨脹，藍(lán)晶石作為膨脹劑使用正是基于這種特性。

     藍(lán)晶石資源在世界各地的分布較廣，但是總體而言貧礦多，富礦較少。目前工業(yè)開采中的礦床主要分布在美國、加拿大、澳大利亞、印度等國，其中儲(chǔ)量較大的國家有美國、加拿大、南非等國家。我國的藍(lán)晶石礦物資源比較豐富，根據(jù)目前的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，藍(lán)晶石的保守儲(chǔ)量為0.37億噸，主要分布在河南、河北、內(nèi)蒙古、江蘇等地，具有儲(chǔ)量大、品位高、埋藏淺的特點(diǎn)。

在工業(yè)生產(chǎn)中，藍(lán)晶石礦物主要作為生產(chǎn)耐火材料、氧化鋁、硅鋁合金和金屬纖維等的原料。其主要用途及優(yōu)點(diǎn)如表所示：

藍(lán)晶石作為耐火材料使用主要依賴于以下的工藝特性：

(1)受熱膨脹性能：藍(lán)晶石礦物在高溫煅燒的過程中會(huì)轉(zhuǎn)化為莫來石和游離的SiO2的混合物，在這個(gè)過程中，材料的體積會(huì)發(fā)生顯著的體積膨脹(16%~18%)，并且會(huì)形成針狀的莫來石網(wǎng)絡(luò)。

(2)穩(wěn)定性：與粘土質(zhì)的耐火材料相比，藍(lán)晶石礦物為原料生產(chǎn)的耐火材料穩(wěn)定要高出1.5倍，壽命長150~200爐，損耗低43%。

(3)耐火度高：以藍(lán)晶石礦物為原料的耐火材料的耐火度通常大于1790℃，最高大于1850℃，與粘土質(zhì)耐火材料1670~1770℃的耐火度相比有著較明顯的優(yōu)勢。

(4)體積變化不可逆性：藍(lán)晶石礦物經(jīng)高溫煅燒形成莫來石材料的過程是一個(gè)不可逆的轉(zhuǎn)變，在溫度低于1810℃的時(shí)候它的物相是很穩(wěn)定的。莫來石耐火材料具有高溫下膨脹率低、抗熱震性能優(yōu)良、體積穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

2、紅柱石(andalusite)

     該反應(yīng)過程成為紅柱石的一次莫來石化反應(yīng)，該過程伴隨有3%~5%的體積膨脹。一般認(rèn)為，在1300~1350℃時(shí)，紅柱石分解反應(yīng)開始進(jìn)行，在1450~1600℃范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全的轉(zhuǎn)化，反應(yīng)完全的產(chǎn)物中約含有83%的莫來石和17%的SiO2玻璃相。為改善玻璃相給耐火材料的高溫性能帶來的不利影響，通常會(huì)在反應(yīng)開始時(shí)向原料中加入一定量的氧化鋁，與體系中富余的SiO2玻璃相發(fā)生反應(yīng)，生成莫來石物相，該反應(yīng)過程稱為二次莫來石化反應(yīng)，紅柱石材料在該反應(yīng)過程伴隨有7%~8%的體積膨脹。

     紅柱石具有很高的耐火度，其耐火度最高可達(dá)1800℃以上，并且具有很好的抗熱震性能，機(jī)械強(qiáng)度大，還具有熱傳導(dǎo)率低，具有由粗到細(xì)不同顆粒天然的單晶結(jié)構(gòu)等優(yōu)良的基本性能，是制備耐火材料的優(yōu)良原料。以紅柱石為原料的耐火材料制品具有氣孔率低、熱導(dǎo)率低、體積穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、抗蠕變性能好，在抗熱震，抗CO作用及抗化學(xué)侵蝕等方面也有著優(yōu)異的表現(xiàn)。在冶金行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。

     以紅柱石為原料生產(chǎn)制備的定型耐火材料如紅柱石燒成磚，不燒磚在水泥回轉(zhuǎn)窯、玻璃熔窯、陶瓷隧道窯、高爐、均熱爐、熱風(fēng)爐、鋼包、盛鋼桶等多種窯爐、窯具中被廣泛應(yīng)用。國內(nèi)外在相關(guān)方面的生產(chǎn)實(shí)踐中有大量的應(yīng)用實(shí)例，英國和德國的研究結(jié)果表明，紅柱石不燒磚在應(yīng)用于魚雷罐內(nèi)襯材料時(shí)，使用壽命有著明顯的提高。并且紅柱石耐火制品可不經(jīng)燒制直接使用，性能與燒制產(chǎn)品沒有明顯的差異，可以節(jié)約大量的能源。

     紅柱石材料也可以用來制備不定型的耐火材料如澆注料、搗打料、鑄砂等。由于紅柱石不定形耐火材料可以不經(jīng)燒制直接使用，能夠節(jié)省大量燃料。紅柱石在高溫下體積會(huì)發(fā)生永久性膨脹，可以抵消不定形耐火材料的收縮，可以大大延長耐火材料的使用壽命，縮短冶煉時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。

     此外，以紅柱石為原料生產(chǎn)莫來石纖維，可以達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)、增韌的效果;在纖維材料、輕質(zhì)隔熱材料、復(fù)合材料等方向，紅柱石資源也有著廣泛的、亟待開發(fā)的應(yīng)用前景。

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