[科普中國]-耐火粘土

成分

耐火粘土的化學(xué)成分是影響其質(zhì)量的重要因素之一。Al2O3是耐火粘土的有益組分，主要賦存于氫氧化鋁礦物（一水硬鋁石、勃姆石、三水鋁石），其次賦存于鋁硅酸鹽礦物（高嶺石、伊利石、蒙脫石等）中。一般來說，軟質(zhì)和半軟質(zhì)粘土含Al2O3為30%～45%，硬質(zhì)粘土為35%～50%，高鋁粘土為55%～70%2。

SiO2主要賦存于粘土礦物中，亦有微量的原生石英殘屑存在。SiO2含量變化較大，高鋁粘土中一般為3%～35%，硬質(zhì)粘土中為43%～66%。

Fe2O3主要賦存于赤鐵礦、磁鐵礦、針鐵礦、菱鐵礦中，是耐火粘土的主要有害成分。Fe2O3含量無明顯規(guī)律，高鋁粘土中含量在0.5%～2.2%，硬質(zhì)粘土中含量在0.5%～2.5%，軟質(zhì)粘土中一般為1.0%～2.5%。

K2O和Na2O也是耐火粘土的有害雜質(zhì)，主要賦存于伊利石和云母類等礦物中，含量變化較大。

CaO和MgO等雖為有害雜質(zhì)，但含量一般甚微。

分類耐火粘土按可塑性、礦石特征和工業(yè)用途分為軟質(zhì)粘土、半軟質(zhì)粘土、硬質(zhì)粘土和高鋁粘土四種。軟質(zhì)粘土一般呈土狀，在水中易分散，與液體拌合后能形成可塑性泥團(tuán)；半軟質(zhì)粘土的浸散性較差，其浸散部分與液體拌合后亦可形成可塑性泥團(tuán)。這二種粘土在制作耐火制品時(shí)常用作結(jié)合劑。硬質(zhì)粘土常呈塊狀或板片狀，一般在水中不浸散，耐火度較高，為耐火制品的主要原料。高鋁粘土Al2O3的含量較高，硬度和比重較大，耐火度高，常用以制造高級粘土制品。3

應(yīng)用耐火粘土主要用于冶金工業(yè)，作為生產(chǎn)定型耐火材料（各種規(guī)格的磚材）和不定型耐火材料的原料，用量約占全部耐火材料的70%。耐火粘土中的硬質(zhì)粘土用于制作高爐耐火材料，煉鐵爐、熱風(fēng)爐、盛鋼桶的襯磚、塞頭磚。高鋁粘土用于制作電爐、高爐用的鋁磚、高鋁襯磚及高鋁耐火泥。硬質(zhì)粘土和高鋁粘土常在高溫（1400～1800℃）煅燒成熟料使用。3

耐火粘土在建材工業(yè)上用以制作水泥窯和玻璃熔窯用的高鋁磚、磷酸鹽高鋁耐火磚、高鋁質(zhì)熔鑄磚。高鋁粘土經(jīng)過煅燒，然后與石灰石混合制成含鋁水泥，這種水泥具有速凝能力及防蝕性和耐熱力強(qiáng)的特點(diǎn)。

耐火粘土在研磨工業(yè)、化工工業(yè)和陶瓷工業(yè)等方面也有重要的用途。高鋁粘土經(jīng)過在電弧爐中熔融，制造研磨材料，其中電熔剛玉磨料是目前應(yīng)用最廣泛的一種磨料，占全部磨料產(chǎn)品的2/3。高鋁粘土可以用來生產(chǎn)各種鋁化合物，如硫酸鋁、氫氧化鋁、氯化鋁、硫酸鉀鋁等化工產(chǎn)品。在陶瓷工業(yè)中，硬質(zhì)粘土和半硬質(zhì)粘土可以作為制造日用陶瓷、建筑瓷和工業(yè)瓷的原材料。

此外，高鋁粘土還用于油井中，作為凈化石油用的支撐劑，在農(nóng)業(yè)上作為促肥劑，以及用作抗滑、抗磨的鋪路材料，等等。硬質(zhì)粘土還用于制新型耐火絕熱材料——耐火纖維，它具有耐高溫、導(dǎo)熱系數(shù)小、耐酸堿、吸音和質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)，在冶金、機(jī)械、電子、玻璃、陶瓷等工業(yè)上應(yīng)用廣泛。

分布耐火粘土在我國分布很廣，常與煤系地層密切伴生，如遼寧復(fù)州灣、吉林水曲柳、河南焦作、河北古冶、山東淄博、山西太原等地都是著名產(chǎn)地2。

資源儲(chǔ)量我國的耐火粘土礦石類型及品種齊全，礦床分布廣泛，根據(jù)國土資源部2013年全國礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量通報(bào)，分布于全國27個(gè)省區(qū)的耐火粘土礦區(qū)數(shù)479處，查明資源儲(chǔ)量為25.1億t，另外還有地方中小礦山1 000余座，其中山東、山西、河北、河南、陜西、貴州及湖北等地資源集中，探明的儲(chǔ)量為全國的85%。其中高鋁粘土主要分布于山西、河南及貴州，查明資源儲(chǔ)量在3.2億t左右4。

礦床類型及分布沉積在較老巖層不整合面上的耐火粘土礦床該礦床位于石炭系二疊系底部，水鋁石和高嶺石為主，礦床一般較大。沿走向延伸1 000一3 500m，傾斜延伸300一500m，厚達(dá)十幾米。礦石工業(yè)類型主要以高鋁粘土礦和硬質(zhì)粘土礦為主，是我國重要耐火材料的原料，為主要開發(fā)利用的礦體。該類型礦床中高含量高鋁粘土礦儲(chǔ)量占全國耐火材料儲(chǔ)量將近90% ,硬質(zhì)粘土近60%。礦床實(shí)例:浙江方蒙山、山西陽泉、孝義、河北趙各莊、河南鞏義、焦作等4。

夾于砂巖、砂頁巖、凝灰?guī)r中的礦床此類礦床位于石炭系、二疊系、侏羅系、第三系、第四系巖層中，以高嶺石類礦物為主，含少量石英，礦床一般厚為lm，沿走向、傾斜延展幾十到幾千米，產(chǎn)狀平緩。礦石工業(yè)類型主要為硬質(zhì)粘土和軟質(zhì)粘土礦。礦床實(shí)例:山西朔州、太原東山、山東王村、河北白馬山等。

含煤巖系中的高嶺土礦床礦床位于石炭系、二疊系，產(chǎn)于煤系地層中的高嶺石泥巖或高嶺石耐火粘土礦床。礦物成分幾乎由高嶺石組成，少量一水軟鋁石，是一種優(yōu)質(zhì)高嶺石耐火材料，含Al2O3 32%一38%, Si0241%一51%，灼減量12%一17%，雜質(zhì)較低。礦床實(shí)例:山西大同、山東新墳等。

殘積礦床礦物以高嶺石為主，主要產(chǎn)在酸性和中性的鋁酸鹽巖石風(fēng)化殼中的中型或小型礦床。礦床實(shí)例:江西高嶺十礦床

簡史中國在殷商時(shí)代就已大量冶煉青銅器。在湖北大冶銅綠山發(fā)現(xiàn)了春秋戰(zhàn)國時(shí)代煉銅用的三座豎爐，豎爐殘高1.8m，爐子內(nèi)徑0.6m，估計(jì)每天能處理1～1.5t礦石。在春秋戰(zhàn)國之際（即公元前五六世紀(jì)之間）冶鑄生鐵也已用于生產(chǎn)。到西晉、南北朝時(shí)期（約公元前四五世紀(jì)）煉鋼方法已發(fā)展到了基本成熟的階段。毋庸置疑，銅、鐵冶煉的歷史，就是耐火材料應(yīng)用的歷史，在銅、鐵冶煉業(yè)的發(fā)展中，耐火材料起了積極的作用5。

耐火材料大規(guī)模地開采和應(yīng)用得業(yè)于近代工業(yè)，特別是鋼鐵工業(yè)的發(fā)展。我國在清朝末期，隨著湖北漢陽鐵廠等中國近代鋼鐵工業(yè)的興起也帶動(dòng)了耐火材料的發(fā)展，但是由于經(jīng)濟(jì)落后，鋼鐵工業(yè)薄弱，耐火材料工業(yè)發(fā)展并不快。中華人民共和國成立以后，因經(jīng)濟(jì)建設(shè)和鋼鐵工業(yè)發(fā)展的需要，地質(zhì)部門投入了很大力量，先后勘探和開發(fā)了山東淄博的萬山和小口山耐火粘土礦，以及山西太原東山、河北唐山半壁店、河南鞏縣涉村、內(nèi)蒙古包頭雜懷溝、吉林舒蘭水曲柳等一大批耐火粘土礦。耐火粘土的產(chǎn)量也由1949年的2.2萬t猛增到1954年的364.4萬t。60年代以后，我國相繼在山東、河北、山西、河南等省進(jìn)行了勘探，先后探明了山西陽泉太湖石；山東章丘明水、淄博羅村和洪山；河南新安張窯院、焦作大洼；四川米易二灘等許多大、中型耐火粘土礦床，從而使我國進(jìn)入了世界上的耐火粘土儲(chǔ)量和產(chǎn)量都比較大的國家行列。