|
Кремнезем (Si02) — наиболее
распространенный в природе окисел, содержание которого в земной коре
составляет около 60 %. Si02 встречается в природе в трех различных кристаллических
формах: в виде кварца, тридимита и кристобалита.
Кварц — кристаллическая форма Si02, устойчивая при
температуре <870 °С, обладает двойным преломлением и встречается в двух
формах, из которых одна вращает плоскость поляризации вправо, другая — влево.
Устойчивая при обычной температуре форма называется а-кварцем. При нагреве
>575 °С а-кварц превращается в (5-кварц, являющийся сырьем для
производства динаса.
Тридимит — стабильная модификация кристаллического кварца
в интервале 870—1470 °С. При очень быстром охлаждении ниже 117°С тридимит
превращается в ромбическую модификацию а-тридимит, а при нагреве выше 117°С
а-тридимит переходит в р-тридимит.
Кристобалит — форма двуокиси кремния, £ устойчивая
выше 1470 °С и вплоть до темпера- „дл туры плавления (1705 °С), также
существует в двух формах: низкотемпературной а и высокотемпературной р.
Кварцевое стекло — аморфная модифика1 ция в виде окисла
Si02, которая построена не из его молекул, а из атомов кремния, связанных
через атомы кислорода таким образом, что формируется сетчатая
структура. •
Диаграмма состояния Si02 показана на 12, а свойства
основных модификаций кремнезема приведены в табл. 4.
Сырье, содержащее Si02, может быть кремнистым (кремнезем)
и мелкозернистым (кварцевый песок). В Японии используется в качестве
огнеупорного сырья кремнезем разных видов: сложный, рекристаллизационный,
жильный и др.
Сложный красно-белый и сине-белый кремнезем является
основным сырьем для динасо- вых изделий. Красновато-коричневые или
зеленовато-серые вкрапления кремнистого сланца, перемежаясь с белыми
прожилками кварца, образуют своеобразный узор красно-белого кремнезема.
Красный цвет обусловлен присутствием гематита, а зеленовато-серый —
магнетита, хлорита, вюстита. Железо иногда почти не выявляется. Белый цвет по
магматической теории обусловлен наличием жильного кварца вторичного
проникновения, а по осадочной теории — жильного кварца, сформировавшегося под
воздействием гидротермальных изменений в кремнистом сланце. Месторождения
сложного кремнезема в виде линз залегают в палеозойском кремнистом сланце,
роговике, шалштейне. Японские разработки сложного кремнезема находятся в
префектурах Ниигата, Гифу, Фукуи, Киото, Хёго, Токусима, Коти, Эхимэ,
Ямагути, Оита, Кумамото. Наиболее представительными разработками считались
рудники Киото, Xenj, Фукуи. Однако с уменьшением запросов объем разработок
постепенно сокращается. В настоящее время осталось только несколько рудников
с белым кремнеземом в преф. Хёго (кремнезем Хата), преф. Фукуи (кремнезем
Вакаса) и преф. Оита (кремнезем Ёура).
Рекристаллизованный кремнезем — это кварцевый сланец
белого цвета, образованный из песчаника под сильным метаморфическим
воздействием. В Японии он залегает пластинами и линзообразно в
метаморфических породах горной системы Рёкэ. Его месторождение разрабатывают
в преф. Аити (кремнезем Микава). До первой мировой войны добывали также в
Китае в районах портов Дальний и Порт- Артур.
Жильный кварц, содержащий аплит и пегматит, залегает
вместе с гранитом и рудными месторождениями металлов. Раньше в огнеупорной
промышленности он почти не использовался, в настоящее время частично
поставляется из Юж. Кореи.
Мягкий кремнезем образуется в результате выветривания
песчаника, кварцевого сланца. В основном используется для огнеупоров.
Разрабатывают на Хоккайдо (район г. Кокура), преф. Аити (район Микава), преф.
Окаяма (район г. Тайхэй, в одном месторождении с пирофиллитовым сырьем и
росэки).
Кварцевый песок — осадочные породы конца третичного
периода, разрабатываемые в преф. Аити (г. Сэто), Гифу (г. Тадзими), посредством
отмучивания глины гайромэ или нынешнего периода — речной песок. Кварцевый
песок используют главным образом для стекловаренной и керамической
промышленности. В последнее время его начали применять частично и для
изготовления огнеупоров.
Геологическое месторождение — лакэтнгае в-
кремнисто-сланцевом диабазовом туфе палеозойской эры; разработка
горизонтальная <штрековая); применяют для изготовления кремнеземистых
изделий. Месторождение такое же; разработка открытая; применяют для
производства кремнеземистых изделий. Пластовое месторождение палеозойской
эры; разработка открытая; используют для производства кремнеземистых изделий
и кремнезе- шистых мэсс
Залегает в виде кварцевого пейса в метаморфическом поясе
Риокэ-Абукума; разработка открытая; использование такое же. *» Пластовое
месторождение палеозойской эры; разработка открытая; использование такое же.
Гидротермальный, залегает в одном месторождении с росэки;
разработка открытая; применяют для неформованных масс. Пегматитовый или
жильный кварк, залегает вместе с гранитом; разработка открытая; применяется
для производства кварцево-кремне-
породы Олнгоцена третичного периода кайнозойской эры;
разработка открытая; применяют для характеристика: коэффициент термического
расширения — малый, удельная теплопроводность — низкая, электрическо
«сопротивление, — большое; применяют для производства плавленых кварцевых
изделий.
Кремнезем претерпевает много термических превращений,
которые можно разделить на две большие группы: быстро- и медленнопро-
текающие.
Первый случай: а-кварц p-кварц (при 573 °С), а-тридимит ^
р1-тридимит (при 117 °С), Pi-тридимит Р2"тридимит (при 163 °С),
а-кристобалит Р-кристо- балит (при 240—270 °С). Все эти кристаллические
превращения протекают с большой скоростью при достижении указанных
температур.
Второй случай: р-кварц^>-Р2-тридимит (при 870 °С),
Р-кварц—> р-кристо- балит при 1250 °С, Р3-тридимит—> p-кристобалит при
1470 °С.
Эти превращения протекают довольно медленно. Температура
превращения сравнительно долго держится на указанном уровне, поэтому
необходимо добавлять минерализаторы. Превращение начинается с поверхности
кристалла, а затем постепенно переходит внутрь. Микроструктура тридимита и
кристобалита показана на 14.
Согласно 15, линейное расширение происходит почти до
600 °С (кривые 2 и 5), а начинается с 230 °С (I) и продолжается во всем
температурном интервале; линейные размеры уменьшаются с 550 °С (4), с 750 °С
.
Огнеупорная номенклатура Японии считается уникальной,
поскольку японское сырье (глины и минералы) имеет свой специфический
минералогический состав. Каждое месторождение росэки имеет свой
минералогический и химический состав, свою кристаллическую структуру.
Пирофиллитсодержащее сырье называют росэки, что означает
«восковой камень». Однако в чистом виде росэки встречается в природе мало.
Обычно росэки объединяет несколько минералов; пирофиллит, серицит, каолин,
кварц, диаспор. В зависимости от количества последних минеральное сырье
росэки делят на следующие типы: пирофиллитовое, серицитовое, каолиновое и т.
п. Из росэки можно извлекать й другие минералы, например каолин.
Диаграмма состояния минералов росэки показана на 16.
Минералогические свойства пирофиллита, серицита и диаспора, содержащихся в
росэки, приведены в табл. 6.
Низкосортный твердокаменистый росэки в Японии принято
называть тосэки. Огнеупорность и пластичность тосэки ниже, чем росэки.
Основными слагающими тосэки являются кварц и серицит. Другими компонентами
могут быть глинозем и каолиниты. Основные месторождения росэки в Японии
расположены в западной части о. Хонсю в префектурах Хёго (Отидани), Окаяма
(Мицуиси, Есинага, Фукуватари), Хиросима (Сёкодзан), Нагасаки (острова Гото).
Большие партии сырьевого росэки поставляет Японии Южная Корея, в основном из
месторождений в провинциях Чолла и Кёнсан-Намдо.
Горная порода росэки гидротермальнометасоматического
происхождения залегает в кислых вулканических породах или в обломочных
отложениях этих пород. Характеристика месторождений росэки и его основной
состав приведены в табл. 7, 8. Кривые линейного расширения различных горных
пород росэки показаны на 17.
Пирофиллитсодержащий росэки используется в качестве сырья
для огнеупорных изделий при кладке футеровки в вагранках, поддонах, ковшах и
др. Раньше считали, что подходящим сырьем для огнеупоров являются минералы с
небольшими вкраплениями серицита, так как при таком составе обеспечивается
хорошая спека- емость с малым расширением. Во время службы такие огнеупоры
несколько разбухают, что продлевает срок их службы. Для повышения стойкости
ковшевого кирпича из пирофиллита росэки к разъеданию используют низкощелочное
сырье, а для сохранения на рабочей поверхности пленки из двуокиси кремния с
высокой вязкостью используют сырье росэки с высоким содержанием Si02. Чтобы
избежать добавления связующей глины, зачастую применяют чистое сырье росэки.
|