杂质和高温液相对莫来石化动力学和抗热震性的影响.pdf

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1、48·REFRACT0RIES&LIMEAug．2014·V01．39NO．4杂质和高温液相对莫来石化动力学和抗热震性的影响摘要：研究了煅烧红柱石颗粒的莫来石化和生成莫来石的显微结构。众所周知，莫来石生成的机理为：加热过程中，红柱石单晶转变为组成为3：2的莫来石单晶，毛细网络由富二氧化硅液相所填充。但是很少有人研究杂质对莫来石化动力学的影响。本研究表明，红柱石中杂质(主要是铁和碱金属)的存在增加了液相量，降低了液体黏度。莫来石化动力学由红柱石的粒度、化学组成、红柱石矿的产地、液相含量和特性所决定。因为特殊的显微结构和液相的存在，在空气中

2、进行热震时，已莫来石化了的红柱石晶体表现出典型的复合材料的特点：微裂纹被莫来石／玻璃相界面偏移了，而且在玻璃相区域终止。继续加热后，热震产生的裂纹又得到愈合。关键词：显微结构；莫来石化动力学；热震；莫来石；红柱石中图分类号：TQ175．712．1文献标识码：A文章编号：1673—7792(2014)04—0048—05红柱石的莫来石化被认为是固相反应的结果，生成1前言大量针状莫来石的取向与主晶有关。莫来石使耐火陶瓷表现出引人注目的性能：高耐火度，低热导率，低热膨胀，好的化学稳定性和高温下突出的机械性能。莫来石含量高的耐火材料有可能通过煅

3、烧天然红柱石原料而获得。红柱石(A1，O·SiO，)是一种发现于低品级变质岩中的天然矿物。可利用的红柱石精矿粒状颗粒尺寸可达8mm。每个颗粒由一个单晶或单晶的碎片组成。红柱石精矿的含量一般在90％95％左右，它们的主要图1在1600℃下加热红柱石晶体所形成的莫来石一玻璃相复合材料，抛光部分的背散射电子SEM显微图近矿物杂质为石英、黑云母、绢云母、钛铁矿、黄铁矿等。似平行于初始红柱石晶体的(001)平面加热过程中，红柱石转化为3：2的莫来石(3A1，O·2SiO，)和富二氧化硅玻璃相。完全转化精矿中的杂质主要是碱金属和铁，因此在低温会得到

4、近80％的莫来石和20％的玻璃相。已莫来下就会局部熔融。红柱石颗粒中的杂质(石英、各石化的红柱石颗粒显示出特殊的显微结构特性。加种片状硅酸盐、钛铁矿、黄铁矿氧化所产生的铁的氧热过程中，颗粒形状和大部分化学性质保持不变，单化物)在低温熔融时产生的液相起着重要的作用。晶颗粒转化为由3：2莫来石单晶和玻璃相填充其中杂质存在于颗粒表面的裂纹或开口的蚀变条纹中，的毛细网络组成的复合材料(图1)。莫来石的局部形成交叉的十字型图案。生成的液相促进了原子扩定向与主晶有关，它的C轴平行于初始红柱石的C散，使得莫来石化按照熔解一沉淀机理来进行。轴。被玻璃相

5、填充的毛细管形成具有微米直径的高莫来石化从富夹杂物区域开始，反应边缘起于互联管道，并且沿着新生莫来石和母体红柱石晶体颗粒的表面和裂纹或受扰区域。因为莫来石和红柱共同的c轴延伸。石间的局部定向反应，所有原子核具有相同的方向，玻璃相为富二氧化硅，其组成与纯A1：0，一SiO并且随着它们的生长结合在一起，包围了部分周围系统中的共熔液相稍微有点不同：SiO：91％，的液相。莫来石单晶的生长伴随着低温相的出现，A1，0一9％。包括红柱石里面的次要杂质相中的玻并且逐渐侵入整个颗粒。璃相含有铁(Fe0一1％～3％)、钾(K01％～有资料研究了红柱石在

6、高温下转化为莫来石单3％)和含量低于1％的其它元素。在二元A1：0，一晶和富二氧化硅玻璃相填充的毛细网络组成的复合SiO，系统中，最低共熔点为1587℃，此温度以下的材料，关系到富二氧化硅液相的熔解一沉淀机理也2014年8月第39卷第4期耐火与石灰·49·已确定。但是，初始红柱石中的杂质对液相性能和量矿物组成可以通过相似岩石的岩石学标准的计莫来石化动力学的影响还不甚了解。算结果来评估。计算包括了理论上的红柱石、石本文的目的是研究杂质和与莫来石转化相关的英、钛铁矿、钙长石和典型的云母[结构式(K，Na)高温液相对红柱石颗粒莫来石化动力学和

7、烧后红柱(FeMgA12-3(x川2)(A1Si30。0)(OH)2]。所用的石颗粒在热震下的影响。红柱石精矿的化学组成见表1。将30g的颗粒放入氧化铝坩埚，用具有温控和2实验时控的电炉加热一定时间，加热速率为900℃·h～。研究了由DAMREC提供的平均尺寸为5txm、用x射线定量分析每一个试样来确定莫来石的量，55m、200m和1500m的标准红柱石砂在绿铬矿(Cr0)作为内部标准，参考的莫来石试样1200～1400℃间的莫来石化动力学。精矿的定具有3：2的莫来石量。测量的相对误差约为±5％。表1使用的红柱石精矿的化学组成和计算出的

8、理论红柱石含量／％3结果雹篓粟莫量麓萎墨通过X射线定量分析确定的莫来石含量计算的莫来石量的结果一致(表2)。表2红柱石精矿完全莫来石化的莫来石最大量尽管x射线数据只是揭示了整个烧后试样的莫来石化。在1500