Горные породы в производстве огнеупорных изделий

Огнеупорными материалами называются изделия, способные существенно сохранять свои свойства при температурах выше 1000 ºС, под влиянием процессов, происходящих в рабочих пространствах тепловых агрегатов.

Для производства огнеупорных материалов используют широкий спектр горных пород – осадочных (кварцевые песчаники, доломиты, магнезиты, каолины, каолинитовые глины), метаморфических (доломиты, серпентиниты, тальк-карбонатные породы), магматических (дуниты).

Кварциты, кварцевые песчаники – сырье для получения т.н. кремнеземистых огнеупоров. Их еще называют динасовыми огнеупорами. Основа – кремнезем (кварц), который должен содержаться в исходной породе в количестве не менее 93 %. Молодую породу смешивают с известью в количестве 2−2,5 % и после формовки обжигают при температуре 1400−1460 ºС. Полученный материал называют динас. Он используется в коксовых, мартеновских, стекловаренных и других печах.

Магнезиты – карбонатная горная порода, состоящая из минерала магнезита (группа кальцита – МgCO₃) с примесью доломита, кальцита, талька, хлорита, глинистого и углистого вещества, используется для получения периклазовых огнеупорных материалов. Магнезит обычно содержит изоморфные примеси Fe, Ca и Mn, от содержания которых зависит цвет магнезита – от белого до черного. Если Мg в породе замещен Fe в количестве более 30 %, то это уже рудная горная порода для получения железа – сидерит.

Магнезит, как полезный компонент, может образовываться и встречаться в различных геологических обстановках, но главным образом в терригенно-карбонатных (осадочно-морских) – в древних метаморфизованных доломитах, где образует пласты и линзы большой мощности (50−150 м) и протяженности (сотни метров и десятки километров) с четкими контактами с вмещающими породами (доломитами).

При нагревании до 600−1000 ºС магнезит теряет до 94 % СО₂ и превращается в порошкообразную массу – каустический магнезит. При 1500−1800 ºС удаляется весь СО₂ и получается плотный спекшийся продукт – «намертво обожженный» магнезит или огнеупорная магнезия. При температуре 2800 ºС − оксид магния плавится и образуется периклаз – материал с очень высокой чистотой, твердостью и огнеупорностью. Все эти свойства обусловили применение магнезита в металлургической промышленности для получения огнеупоров и для футеровки цементных печей.

Содержание полезного компонента (МgCО₃) в горной породе должно быть 83−90 %. Вредной примесью в ней считается СаО, содержание которого в магнезите должно быть не более 1,4−4,0 %, SiО₂ – не более 0,9−2,0 %, вредными также являются Fe₂O₃.

Доломиты – доломитовые огнеупоры. Доломит осадочная, иногда метаморфическая горная порода, сложенная преимущественно одноименным материалом – СаMg(СО₃)₂. Заметим, что осадочные (хемогенные) доломиты, по сравнению с доломитами метаморфического происхождения, более чистые и соответственно более ценные как сырье.

В качестве огнеупорных материалов доломиты используют в сыром и обожженном виде. В сыром виде они употребляются в горной металлургии в качестве заправочного материала в мартеновских печах и конверторах, для подсыпки порогов мартеновских печей. Требования к сырому металлургическому доломиту регламентируются содержанием MgO (не менее 12 %), SiO₂, суммы Al₂O₃ + Fe₂O₃ + Mn₂O₄ (не более соответственно 3−5 и 3−6 %), а также содержанием S – не более 1−3 %.

В обожженном виде доломиты используются для получения металлургических порошков, кирпича блоков и огнеупорных изделий специального назначения. Процессы, протекающие при обжиге доломита, в общем виде аналогичны таковым, происходящим при обжиге магнезита, описанным выше. Доломитовый кирпич и блоки из обожженного доломита применяют для футеровки основных мартеновских и электроплавильных, прокатных, кузнечных, ваграночный и шахтных печей. Наиболее благоприятны для обжига породы массивного однородного строения, мелкозернистой структуры, достаточно высокой прочности. Основные требования к доломитам включают содержание MgO, CaO, SiO₂ и потери при прокаливании.

Доломиты находят применение в качестве флюса в горной металлургии. Здесь в доломитах должно быть минимальное содержание фосфора и прочность не ниже 40 МПа.

Дуниты – интрузивные горные породы ультраосновного состава, сложенные минералом оливином. Широко применяют для получения т.н. форстеритовых огнеупоров. Основной показатель, регламентирующий применимость этих пород – серпентинизация (метаморфизованность). Чистые дуниты после измельчения и прессования обжигают при температуре 1650 ºС. Наиболее четкие разности могут быть использованы в сыром виде для изготовления форм, изложниц в металлургической промышленности. Серпентинизированные дуниты требуют предварительного обжига.

Для получения форстеритовых огнеупоров используют также тальксодержащие породы, генетически связанные с серпентинизированными ультраосновными породами. Это тальковые камни, которые идут в необожженном виде – готовыми блоками, кирпичами.

Каолин, огнеупорные (каолинитовые) глины используютсядля изготовления алюмосиликатных огнеупоров. Могут быть как осадочного (озерно-аллювиальные, озерные) происхождения, так и элювиального генезиса – остаточные каолины, образовавшиеся в древней коре выветривания гранитоидов. Применяются для изготовления шамотных огнеупоров (шамота).

Свердловская область в целом обеспечена и имеет хорошие перспективы наращивания запасов огнеупорных материалов, кроме магнезитов. Последние сосредоточены в группе Саткинских месторождений в Челябинской области, где добывается около 98 % всего магнезита РФ.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: