耐火原料(refractory raw material)

天然的和人工合成的耐高温矿物原料。将耐火骨料和粉料结合成整体，在生产、使用条件下既能保持一定强度，又不损害其性能的各种结合剂、矿化剂等称为耐火材料的辅助原料。

简史 人类自青铜器时代就开始利用粘土类矿物砌筑铜冶炼炉，有的地方则用当地产耐火石切块筑炉。在中国郑州市郊区的东汉炼铁遗址，发现用粘土加硅砂、稻壳或碎木炭等打结的炼铁炉衬。英国在1615年用斯图伯勒格粘土制成熔玻璃的坩埚，不久又制成耐火砖并在铜冶炼炉上试用成功。由于窑炉容积的扩大，用这种砖损坏太快。改用硅砂加结合剂石灰，在使用中取得成功。1822年杨格(w．w．Young)按硅砂加石灰的方法制成了硅砖，后又用硅岩制成了硅砖。1838年美国人诺顿(J．L.Norton)用高岭土为原料，经煅烧成熟料，制成了粘土砖。1855年贝塞麦发明了转炉炼钢法，1856年西门子发明了用耐火砖砌有蓄热室的反射炉(即现在的平炉)，出现了生铁一矿石炼钢法。但当时受耐火砖性质所限，只能用低磷生铁炼钢，即酸性炼钢法。直到1879年英国用煅烧白云石加焦油打结炉底成功，才开始使用碱性炼钢法。

1868年卡伦(Caran)提出菱镁矿是一种耐火原料，并介绍了用菱镁矿制砖的方法。奥地利施佩特龙(KalSpidon)在施蒂里亚州发现菱镁矿的大型矿床。这种矿石是属于菱镁矿与菱铁矿的混合物，因含铁量高，易烧结，欧洲则开始用此烧结镁砂掺焦油打结炉底使用成功，并迅速推广。

炉底用碱性耐火材料，炉上部用酸性耐火材料，在两者的接触带上使用中侵蚀严重，后用铬矿砂将两者隔开获得成功。1886年英国用铬矿制砖成功。1915年英国威那姆的专利介绍用20％～80％的铬矿和烧结镁砂配合制成镁铬质及铬镁质砖。但直到20世纪30年代，在英、美、德等国才有镁铬质或铬镁质砖作为商品出售。

1915年前后，奥地利制的拉捷克(A．Radex)牌号镁砖，因加入少量的Al2O3，而改善了镁砖的耐剥落性。后经研究发现，砖在烧成中形成了镁铝尖晶石(MgO•Al2O3)矿物，因镁铝尖晶石矿物的线膨胀系数小，结构强度大，改善了砖的耐剥落性。

1821年在法国乐波克斯发现铝土矿或称铝矾土、矾土矿，主要由一水铝石、三水铝石等矿物组成。

刚玉为天然矿物，其硬度仅次于金刚石，颜色鲜艳，早为人类称为宝石，自然界很少。1896年德国人莫卡特发明人造刚玉制法。

1924年英国人鲍文等在经过高温烧成的粘土料中发现3Al2O3•2SiO2的新矿物，不久发表了Al2O3一SiO2系平衡状态图。随后在英格兰的莫尔岛上发现了这种矿物，鲍文将3Al2O3一2SiO2矿物命名为莫来石。合成莫来石在1926年由电熔法制成，1928年研制成烧结法制莫来石。

虽早在1881年德国人就从海水中提取出氢氧化镁，但工业规模用海水生产耐火原料合成镁砂是1938年由英国斯蒂特利公司开始的。

20世纪初用硅石熔融成石英玻璃(即熔融石英)，60年代成功地用于连铸的浸入式水口。

分类 随着高温技术的发展，对耐火材料的要求不断提高，并要求研制新的耐火原料以满足使用要求。除了发掘天然原料外，人工合成耐火原料也不断研制成功，如碳化物、氮化物、硼化物等。另外，还研制出无机纤维类及空心球类(见隔热耐火材料)原料；在辅助原料中又有多种有机结合剂、无机结合剂。关于耐火原料的分类，世界各国不完全一致。按化学性质分为酸性耐火原料、碱性耐火原料、中性耐火原料。但通常将耐火原料分为A1。0，Si02系耐火原料、碱性耐火原料、隔热耐火原料、耐火材料结合剂、其他耐火原料。

Al2O3一SiO2系耐火原料有硅石、半硅质粘土(含叶蜡石)、耐火粘土(含高岭石)及其熟料、铝土矿(含硅线石族矿物、水铝石、莫来石)及其熟料、刚玉及工业氧化铝等。

碱性耐火原料 有石灰石、白云石、菱镁石、水镁石、镁橄榄石等的煅烧料或电熔料及镁铝尖晶石、镁铬尖晶石砂等。

其他耐火原料 有锆石(含氧化锆)、铬铁矿、碳化物类、石墨、氮化物类及硼化物类等。

隔热耐火原料 有珍珠岩、蛭石、硅藻土、矿棉、漂珠、耐火纤维及空心球等。

耐火材料结合剂 有结合粘土、亚硫酸纸浆废液、水玻璃(硅酸钠)、糊精、磷酸盐、氯化盐、硫酸盐、铝酸盐、硅酸盐、树脂及溶胶类等。

原料加工 为适应使用要求，提高制品质量和试制新品种，对耐火原料的质量要求日益提高；天然优质耐火原料储量不多，且用量不断增加；天然耐火原料一般都是从矿体上取下的大块矿石须要破碎，同时矿石中都含有不同的杂质。因此，对天然耐火原料都需要进行拣选、破碎、粉碎，有的需进行选矿。有的天然原料，如Al2O3一SiO2系耐火原料中的绝大多数都含有结晶水或结构水；如石灰石、白云石、菱镁矿等是以碳酸盐状态存在，含有二氧化碳；有的天然原料虽然不含或很少含有在加热时分解挥发物，但其矿物在第一次加热时的体积变化较大，直接用作耐火材料，就难保证制品的外形或结构的要求。因此，天然耐火原料的绝大多数是要经过加工的。耐火原料的加工分为破碎、粉碎及筛分；选矿和煅烧等工序。

破碎与粉碎 天然矿石在成矿的长期作用下，除结合粘土及硅砂类外，多是以坚硬的矿体存在。来自矿山的原料矿石，多采用颚式破碎机进行粗破碎，然后经筛分，按粒度分开。如硅石类不需要选矿和煅烧，则按规定矿块供给制砖用。多数原料需要拣选或煅烧加工，而后经过中破碎及细粉碎，并按粒度分级。中破碎，一般用颚式破碎机、辊式破碎机等。不经选矿或均匀化处理直接进行煅烧的矿石，要按所用的煅烧设备的要求，加工成不同的矿块以供煅烧。如矿石要经过均匀化处理，选矿或直接利用碎矿时，则要按进一步处理的要求将矿石粉碎并按粒度分级。矿石的粉碎，多采用辊式破碎机、自磨机、离心辊磨机及球磨机等。

选矿提纯 原料矿物的选矿首先是将矿石中含有较大杂质矿块拣选出去，进而要求尽可能将矿石中细小而量大的杂质矿物除去，或从贫矿中富集有用矿物进行原料的选矿。随着各种矿物的成矿条件、所含杂质矿物的不同，采用的选矿方法也不同。根据被分离矿物的物理和化学性质、存在状态和被分离矿物的大小，决定原矿粉碎的程度和选矿的方法。如：拣选法、重选法、磁选法、电选法、浮选法和化学选等。根据被分离矿物性质的不同，可用单一方法，也可用两种以上方法联合应用。

煅烧 其作用是在高温下除去结晶水、碳酸根及易挥发物，使耐火原料在制品的烧成或直接在高温下使用时的体积能基本稳定；为以后高温下使用时将形成的耐火矿物相能预先形成，有的并使结晶长大。因此，除一般用的耐火粘土、铝矾土、菱镁矿及白云石等矿石直接用于煅烧外，其粉矿一般都要加入结合剂，混匀成球，干燥后才能进行煅烧。但须注意除尘，以减少对环境的污染。

煅烧耐火原料所用的设备主要有竖窑及回转窑两种。根据所煅烧原料的纯度与煅烧温度的不同，所用的燃料有煤、焦炭(有灰燃料)、燃油和燃气(无灰燃料)。如耐火粘土，多用有灰燃料在1200～1400℃下煅烧；Al2O3含量在65％以下的铝土矿等多在1400～1550℃下煅烧；各种菱镁矿、白云石及Al2O3含量在65％以上的铝土矿等多在1500～1800℃或更高的温度下煅烧。为避免杂质掺入，需在1600℃以上高温煅烧的，只有用高发热量的无灰燃料。

人工制造(合成)耐火原料 人工制造耐火原料有化学合成原料、烧结合成原料、高温合成原料、熔融原料等。品种不同，合成的工艺也各不相同。(1)化学合成原料：铝土矿用拜尔法制取工业氧化铝、锆英石经化学处理制取氧化锆等。(2)烧结合成原料：用工业氧化铝配入适量的纯净耐火粘土烧结合成莫来石(3Al2O3•2SiO2)、用镁砂(或轻烧镁粉)按尖晶石组成配入适量的氧化铝或铬矿，经烧结合成镁铝尖晶石(MgO•Al2O3)或镁铬尖晶石(MgO•Cr2O3)等。(3)高温合成原料：艾奇逊(Acheson)发明的用硅砂、焦炭、木屑及食盐配料，用碳质发热电阻炉合成碳化硅(SiC)；以多晶硅(Si)为原料，在密封电炉内抽真空，通入纯氮气，加热到高温而制得氮化硅(Si3N4)或氧氮化硅(Si2ON2)。(4)熔融耐火原料：以工业氧化铝(或铝矾土加铁粉)，经熔融而制得熔融刚玉(棕刚玉)；以菱镁矿，经电熔制得电熔镁砂等。(5)其他合成耐火原料：高炉渣或粉煤灰等经熔化后用高压空气或蒸汽喷吹制成矿棉等。

资源 中国除铬矿及硅线石族矿物尚未大量开采外，多数耐火原料品种资源丰富。如石灰石及硅石，多数省、自治区都有储量较大的矿体；蜡石产于浙江、福建两省；结合粘土产于山东、山西、河北、河南、吉林、辽宁及贵州等省；耐火粘土产于山东、山西及贵州等省；铝土矿产于山东、山西、河南及贵州等省；菱镁矿集中在辽宁、山东两省；锆英石集中在海南、广东及台湾等省；石墨产于黑龙江、内蒙古、山东及河南等省、自治区；铬矿产于新疆、西藏两自治区；硅线石族矿物产于在河南、河北、湖南、黑龙江等省。隔热耐火原料(如珍珠岩)储量丰富，产于辽宁、吉林、黑龙江、河北、河南等省；硅藻土产于吉林、山东及云南等省；蛭石在多数省、自治区都有产出。

世界其它国家耐火原料也多有产出。铝土矿主要产于圭亚那、苏里南、印度等国；硅线石族矿物主要产于印度、加拿大、南非等国；菱镁矿主要产于朝鲜、乌克兰、奥地利、捷克、希腊、印度等国；铬矿主要产于菲律宾、俄罗斯、印度及土耳其等国；锆英石主要产于澳大利亚、印度、美国、巴西及南非等国；石墨主要产于斯里兰卡、朝鲜、俄罗斯及马达加斯加等国。