硅石。主要用于冶金工業(yè)用的酸性耐火磚。純硅石可作石英玻璃或提煉單晶硅;瘜W工業(yè)上用于制備硅化合物和硅酸鹽,也可作硫酸塔的填充物。建材工業(yè)上用于玻璃、陶瓷、硅酸鹽水泥等。
硅石性質(zhì)
物理性質(zhì)
硅石,化學式SiO2。自然界中存在有結(jié)晶二氧化硅和無定形二氧化硅兩種。結(jié)晶二氧化硅因晶體結(jié)構(gòu)不同,分為石英、鱗石英和方石英三種。純石英為無色晶體硅石,大而透明棱柱狀的石英叫水晶。若含有微量雜質(zhì)的水晶帶有不同顏色,有紫水晶、茶晶、墨晶等。普通的砂是細小的石英晶體,有黃砂(較多的鐵雜質(zhì))和白砂(雜質(zhì)少、較純凈)。二氧化硅晶體中,硅原子的4個價電子與4個氧原子形成4個共價鍵,硅原子位于正四面體的中心,4個氧原子位于正四面體的4個頂角上,整個晶體是一個巨型分子,SiO2是表示組成的最簡式不表示單個二氧化硅分子,僅是表示二氧化硅晶體中硅和氧的原子個數(shù)之比。SiO2中Si—O鍵的鍵能很高,熔點、沸點較高(熔點1723℃,沸點2230℃)。自然界存在的硅藻土是無定形二氧化硅,是低等水生植物硅藻的遺體,為白色固體或粉末狀,多孔、質(zhì)輕、松軟的固體,吸附性強。
硅石化學性質(zhì)
酸性氧化物、硅酸的酸酐;瘜W性質(zhì)很穩(wěn)定。不溶于水也不跟水反應,不跟一般的酸起作用。能與氟化氫氣體或氫氟酸反應生成四氟化硅氣體。SiO2+4HF SiF4↑+2H2O有酸性氧化物的其它通性,高溫下能與堿(強堿溶液或熔化的堿)反應生成鹽和水。常溫下強堿溶液與SiO2緩慢地作用生成相應的硅酸鹽。強堿溶液能腐蝕玻璃,故貯存強堿溶液的玻璃瓶不能用磨口玻璃塞,若采用玻璃塞(玻璃中含SiO2),會生成有粘性的硅酸鈉,將玻璃瓶塞和瓶口粘結(jié)在一起。玻璃瓶內(nèi)不能久放濃堿液。高溫下二氧化硅與堿性氧化物或某些金屬的碳酸鹽共熔,生成硅酸鹽。SiO2+CaO CaSiO3(煉鐵造渣)將此高溫下熔融狀態(tài)的硅酸鈉降溫、冷卻,可得石英玻璃,它有良好的透過紫外線性能,可作水銀燈罩、耐高溫的化學儀器、石英坩堝和光學儀器等。來源多由巖漿、熱液形成的或沉積形成。
硅石用途
硅酸鈉和二氧化硅是硅石化學加工得到的主要產(chǎn)品。硅酸鈉是硅石化學加工產(chǎn)品中用途最廣、用量最大的產(chǎn)品,除用于制造多種硅化合物外,還大量用作紙板、膠合板、部分金屬材料及鑄造工業(yè)的粘合劑,肥皂、洗滌劑的添加劑,紙張的性能改良劑,在紡織工業(yè)中作棉布煮煉和漂白助劑、織物的防火處理劑、染料的顯色劑。此外,還用作水泥助凝劑、木材防腐劑及蛋類的保鮮劑等。硅酸鈉經(jīng)改性后還可作為內(nèi)外墻涂料。硅酸鋁可作玻璃、陶瓷的原料,也可作油漆顏料。硅酸鋰可作防腐油漆、金屬表面保護劑。
硅石的分類
硅石是硅質(zhì)耐火材料的主要原料。硅石也稱石英巖,主要礦物是石英 SiO2。
硅石
1.按硅石的組織結(jié)構(gòu)分類
耐火材料工業(yè)用的硅石可以分為結(jié)晶硅石(再結(jié)晶石英巖)和膠結(jié)硅石(膠結(jié)石英巖)。
⑴結(jié)晶硅石
是由硅質(zhì)砂巖(石英砂巖)經(jīng)變質(zhì)作用再結(jié)晶而成得變質(zhì)巖。硅質(zhì)砂巖中的硅質(zhì)膠結(jié)物在地質(zhì)條件作用下而在原石英顆粒表面再結(jié)晶,成為石英顆粒的增大部分。因此,其組織結(jié)構(gòu)特征是:由結(jié)晶的石英顆粒所組成,石英顆粒間沒有膠結(jié)物或極少(3%~8%);由于變質(zhì)過程中的再結(jié)晶作用而使石英顆粒緊密地連接在一起,并且構(gòu)成了原硅質(zhì)砂巖所沒有的各種變晶結(jié)構(gòu),如鋸齒結(jié)構(gòu)、花崗巖結(jié)構(gòu)和鑲嵌結(jié)構(gòu)等。
脈石英也屬于結(jié)晶硅石,它是火成巖,特征是石英顆粒較大(>2mm),純度較高(SiO2>99%),煅燒時轉(zhuǎn)化遲鈍,膨脹性大,直接用于制磚較為困難。
⑵膠結(jié)硅石
石英顆粒被硅質(zhì)膠結(jié)物結(jié)合而成的沉積巖,膠結(jié)構(gòu)主要是隱晶質(zhì)的二次石英,膠結(jié)物含量通常約占30%~75%。膠結(jié)硅石中的石英顆粒結(jié)晶較小,雜質(zhì)含量多,加熱時易于轉(zhuǎn)變。
結(jié)晶硅石與膠結(jié)硅石的特征對比如表1-1所列。
表1-1結(jié)晶硅石與膠結(jié)硅石的特征
2.硅石按轉(zhuǎn)變速度分類
從硅磚的制造工藝觀點出發(fā),依照硅石原料在1450°C時煅燒1小時的真比重大小,可將硅石非為極慢、慢速、中速和快速轉(zhuǎn)變四種類型(表1-2)。因鱗石英的真比重(2.242)較小,燒后真比重越小,則表明轉(zhuǎn)變成鱗石英的數(shù)量也多。
表1-2硅石的轉(zhuǎn)變速度分類
3.按硅石的致密程度分類
可以分為極致密、致密、比較多孔和多孔四種(表1-3)。硅石原料應具有較大的致密性,前兩種硅石是優(yōu)質(zhì)的耐火材料,第三種可以與前兩種配合使用,或單獨用于制造一般用途的硅磚。第四種不適合制磚。
表1-3硅石的致密程度分類
硅石的性質(zhì)及評價
1.外觀性質(zhì)
外觀性質(zhì)主要是硅石的外形、斷面、顏色、光澤、夾雜物等。通過外觀,可以初步判定硅石是結(jié)晶硅石還是膠結(jié)硅石,是否是脈石英等。
結(jié)晶硅石外觀一般呈乳白色、灰白色、淡黃色以及紅褐色。有鮮明的光澤,斷面平滑連續(xù),并帶有銳利棱角,硬度、強度都很大。脈石英呈致密塊狀,純白色,半透明,發(fā)油脂光澤,斷面呈貝殼狀,石英結(jié)晶顆粒多在2mm以上,肉眼可辨。
膠結(jié)硅石外觀有白色、灰白色、黃灰色、黑色、紅色等,斷面致密,呈貝殼狀,沒有明顯的粒狀組織結(jié)構(gòu),斷面的銳棱不明顯,幾乎沒有光澤。
優(yōu)良的硅石應該呈致密塊狀,有時有貝殼狀或鱗狀斷面,沒有明顯的層狀結(jié)構(gòu),在層與層之間沒有夾雜物,并且不帶石灰石外殼。其顏色取決于雜質(zhì),通常鐵質(zhì)化合物使硅石呈紅褐色,有機物雜質(zhì)則使硅石帶灰色、黑色等。
根據(jù)硅石的顯微特征在一定程度上可以判斷硅石的加熱性質(zhì)與轉(zhuǎn)變情況,為制磚提供工藝依據(jù)。膠結(jié)硅石的活性較大,其轉(zhuǎn)變速度比結(jié)晶硅石快;膠結(jié)物愈多,其轉(zhuǎn)變速度愈快。石英顆粒的粗細及變形程度也影響轉(zhuǎn)變速度,一般結(jié)晶顆粒粗大的較細小的慢。對于結(jié)晶硅石,如果石英結(jié)晶比較小,粒度大小不一,并以鋸齒狀結(jié)構(gòu)交錯緊密結(jié)合,則煅燒時容易轉(zhuǎn)變,膨脹也不大,并且不易松散;如果硅石的石英結(jié)晶較大且直徑大小接近并呈圓形,則燒成膨脹大,轉(zhuǎn)變慢,易松散,燒成容易產(chǎn)生裂紋,硅磚的氣孔率高,強度低。
3.硅石化學成分與耐火度
硅石中SiO2是主成分,Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2等均為雜質(zhì)。硅石的化學成分愈純,SiO2含量愈高,其耐火度也愈高。一般要求:SiO2≥96%,Na2O+K2O≤0.2%~0.4%。
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