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當(dāng)前位置:首頁 > 新聞中心 > 行業(yè)動態(tài) > 正文硅磚的研制,主要是研究SiO2的相變機(jī)理,從硅石的形成到硅磚的生產(chǎn)和使用,始終伴隨著SiO2的相變過程,外部條件的變化決定了SiO2的相變結(jié)果。在常壓下,SiO2通常有七種晶相。晶態(tài)SiO2的各種變體之間發(fā)生磚化時、晶體的結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生變化,石英、鱗石英、方石英之間的相變化屬于一級變體,即重建性磚變,各變體約結(jié)構(gòu)差別較大,磚變時要形成新的結(jié)構(gòu),磚變速度慢,體積變化大。這種磚變通常是由晶體的表面開始逐漸向內(nèi)部進(jìn)行,在磚變溫度下,保持相當(dāng)?shù)臅r間才能實(shí)現(xiàn)這種磚變。要使磚變加快,加入礦化劑。而且高溫型變體在常溫下常常以介穩(wěn)狀態(tài)存在。一級變體內(nèi)的α、β、γ型磚變屬于二級變體,也稱低溫型磚變,各變體的結(jié)構(gòu)差異不大,只是原子的位置或鍵角不同,即位移型磚變,磚變速度快而且可逆,體積效應(yīng)也相對較小。磚變在一個確定的溫度下,在全部晶體內(nèi)發(fā)生。在硅磚的生產(chǎn)和使用過程中,SiO2在不同的環(huán)境下,經(jīng)歷了不同形式的相變過程,并同時伴隨著化學(xué)成分的再分布和體積變化。這種相變過程可分以下三個階段,每個階段存在不同的特點(diǎn)。
、 SiO2晶體的前列次相變——硅石的形成自然界中的硅石,一般以石英的形態(tài)存在于三大類巖石中,即巖漿巖,沉積巖,變質(zhì)巖。以原生態(tài)存在的酸性巖漿巖隨著SiO2的含量的增加,K2O、Na2O也隨之提高,只有極少數(shù)的巖漿巖經(jīng)過再變質(zhì)結(jié)晶,純度較高,如脈石英是由富含硅質(zhì)的巖漿侵入到冷的巖體裂隙中冷凝沉積而成的擴(kuò)物。絕大多數(shù)硅石則是以次生態(tài)存在,它們是由原生態(tài)的硅質(zhì)礦物經(jīng)過風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積、分解、凝聚等外地質(zhì)作用發(fā)生一系列物理化學(xué)變化,將石英顆粒由硅質(zhì)膠結(jié)物結(jié)合形成沉積巖,伴隨著化學(xué)成分的再分布,形成SiO2含量較多的硅石。這種硅石結(jié)構(gòu)松散,加熱易磚變。但是,由于地殼的變化,所產(chǎn)生的內(nèi)地質(zhì)作用,如地?zé)、地壓等,又使這種沉積巖發(fā)生變質(zhì)作用,或者經(jīng)過完全再結(jié)晶形成晶體結(jié)構(gòu),或者經(jīng)過不完全再結(jié)晶形成結(jié)晶變余結(jié)構(gòu),隨著結(jié)晶程度的不同,硅石的組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分也不相同,加熱磚變的難易程度也存在較大的差異,不但不同的礦體差異較大,同一礦體的不同礦層也存在較大的差異。這些差異對制磚工藝有著深刻的影響。
硅石的相變主要是晶粒的相變,先是晶粒的性質(zhì),如晶粒缺陷結(jié)構(gòu)等。其次是硅石的結(jié)構(gòu),如晶粒的大小、形狀、結(jié)合形態(tài)、晶界的大小等。容易相變的硅石具有較高的活性,晶粒小、結(jié)構(gòu)松散的硅石容易相變。因此,立足于根據(jù)各種礦石的不同特點(diǎn)分別作骨料或細(xì)粉進(jìn)行混合制磚。
② SiO2的第二次相變——硅磚的生產(chǎn)硅磚的生產(chǎn)是將SiO2的低溫穩(wěn)定變體磚變成高溫穩(wěn)定變體的過程。即由石英磚變成鱗石英、方石英及少量玻璃相。鱗石英使硅磚的體積穩(wěn)定性好,但荷重軟化溫度稍低;方石英可以提高硅磚的高溫性能,但體積穩(wěn)定性稍差;殘余石英及玻璃相,一般則越少越好。高純致密可以提高高溫強(qiáng)度, 但雜質(zhì)含量少,石英磚化困難,制品的殘余石英發(fā)生干磚化而松散開裂,體積穩(wěn)定性差。相反,雜質(zhì)多且與SiO2的低共熔點(diǎn)低,容易生成較多的鱗石英,體積穩(wěn)定性好,但高溫強(qiáng)度卻隨之降低。生產(chǎn)中常根據(jù)制品的性能要求,使制品中含有不同比例的鱗石英和方石英。
玻璃窯硅磚要求具有較高的高溫強(qiáng)度,因此,方石英含量應(yīng)多一點(diǎn),同時考慮其體積穩(wěn)定性,要求一定量的鱗石英。
在礦化劑存在的條件下,β-石英在573℃磚變?yōu)棣?石英。在1200〜1470℃的范圍內(nèi),α-石英不斷地磚變?yōu)閬喎(wěn)方石英,同時由雜質(zhì)或礦化劑形成的液相侵入裂紋中, 促進(jìn)α-石英和亞穩(wěn)方石英不斷地溶解于所形成的液相中,使之成為硅氧過飽和溶液, 然后以穩(wěn)定的鱗石英形態(tài)不斷地從溶液中結(jié)晶出來。這個磚變速度取決于所加礦化劑的性質(zhì)和數(shù)量,即礦化劑與SiO2在高溫時所形成液相的數(shù)量、黏度、溫度、潤濕能 力和結(jié)構(gòu)等。生產(chǎn)中常選用CaO-FeO復(fù)合礦化劑,并同時考慮選用其他高活性的礦化劑。工藝制度如燒成制度對制品的礦物組成有決定性的作用,生產(chǎn)中常根據(jù)不同情況作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
、 SiO2晶體的第三次相變——硅磚的使用SiO2晶體的第三次相變因不同的窯爐而不同。以浮法玻璃窯為例,在硅磚的使用過程中,一端加熱,另一端保溫或與環(huán)境相鄰,而且加熱面伴隨著堿蒸氣、油煙等的物理化學(xué)作用。在這樣的環(huán)境條件下,從熱端到冷端存在著溫度梯度和濃度梯度,因此,要然有相變的發(fā)生和化學(xué)成分再次分布,形成單一晶相相對集中的不同段帶,使硅磚的組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生重大變化: 各部位的環(huán)境和溫度不同,呈現(xiàn)不同的相變規(guī)律。
總之,從原料到制品的生產(chǎn)與使用,SiO2晶體經(jīng)歷了三次相變過程,前列次是大自然的作用,形成了可以作為硅磚原料的硅石,其晶相是石英;第二次是人工將低溫穩(wěn)定形態(tài)的SiO2晶體制作成以高溫穩(wěn)定形態(tài)為主的多晶非均質(zhì)體——硅磚;第三次是SiO2在窯爐中形成單一晶相相對集中的不同段帶,從而使硅磚各部位的性能發(fā)生變化。把握這三個階段的相變規(guī)律,趨利避害,對硅磚的生產(chǎn)和使用有重要的指導(dǎo)意義。