耐火原料(refractoryrawmaterial)

天然的和人工合成的耐高溫礦物原料。將耐火骨料和粉料結合成整體，在生產、使用條件下既能保持一定強度，又不損害其性能的各種結合劑、礦化劑等稱為耐火材料的輔助原料。

簡史人類自青銅器時代就開始利用粘土類礦物砌筑銅冶煉爐，有的地方則用當地產耐火石切塊筑爐。在中國鄭州市郊區的東漢煉鐵遺址，發現用粘土加硅砂、稻殼或碎木炭等打結的煉鐵爐襯。英國在1615年用斯圖伯勒格粘土制成熔玻璃的坩堝，不久又制成耐火磚并在銅冶煉爐上試用成功。由于窯爐容積的擴大，用這種磚損壞太快。改用硅砂加結合劑石灰，在使用中取得成功。1822年楊格(w．w．Young)按硅砂加石灰的方法制成了硅磚，后又用硅巖制成了硅磚。1838年美國人諾頓(J．L.Norton)用高嶺土為原料，經煅燒成熟料，制成了粘土磚。1855年貝塞麥發明了轉爐煉鋼法，1856年西門子發明了用耐火磚砌有蓄熱室的反射爐(即現在的平爐)，出現了生鐵一礦石煉鋼法。但當時受耐火磚性質所限，只能用低磷生鐵煉鋼，即酸性煉鋼法。直到1879年英國用煅燒白云石加焦油打結爐底成功，才開始使用堿性煉鋼法。

1868年卡倫(Caran)提出菱鎂礦是一種耐火原料，并介紹了用菱鎂礦制磚的方法。奧地利施佩特龍(KalSpidon)在施蒂里亞州發現菱鎂礦的大型礦床。這種礦石是屬于菱鎂礦與菱鐵礦的混合物，因含鐵量高，易燒結，歐洲則開始用此燒結鎂砂摻焦油打結爐底使用成功，并迅速推廣。

爐底用堿性耐火材料，爐上部用酸性耐火材料，在兩者的接觸帶上使用中侵蝕嚴重，后用鉻礦砂將兩者隔開獲得成功。1886年英國用鉻礦制磚成功。1915年英國威那姆的專利介紹用20％～80％的鉻礦和燒結鎂砂配合制成鎂鉻質及鉻鎂質磚。但直到20世紀30年代，在英、美、德等國才有鎂鉻質或鉻鎂質磚作為商品出售。

1915年前后，奧地利制的拉捷克(A．Radex)牌號鎂磚，因加入少量的Al2O3，而改善了鎂磚的耐剝落性。后經研究發現，磚在燒成中形成了鎂鋁尖晶石(MgO•Al2O3)礦物，因鎂鋁尖晶石礦物的線膨脹系數小，結構強度大，改善了磚的耐剝落性。

1821年在法國樂波克斯發現鋁土礦或稱鋁礬土、礬土礦，主要由一水鋁石、三水鋁石等礦物組成。

剛玉為天然礦物，其硬度僅次于金剛石，顏色鮮艷，早為人類稱為寶石，自然界很少。1896年德國人莫卡特發明人造剛玉制法。

1924年英國人鮑文等在經過高溫燒成的粘土料中發現3Al2O3•2SiO2的新礦物，不久發表了Al2O3一SiO2系平衡狀態圖。隨后在英格蘭的莫爾島上發現了這種礦物，鮑文將3Al2O3一2SiO2礦物命名為莫來石。合成莫來石在1926年由電熔法制成，1928年研制成燒結法制莫來石。

雖早在1881年德國人就從海水中提取出氫氧化鎂，但工業規模用海水生產耐火原料合成鎂砂是1938年由英國斯蒂特利公司開始的。

20世紀初用硅石熔融成石英玻璃(即熔融石英)，60年代成功地用于連鑄的浸入式水口。

分類隨著高溫技術的發展，對耐火材料的要求不斷提高，并要求研制新的耐火原料以滿足使用要求。除了發掘天然原料外，人工合成耐火原料也不斷研制成功，如碳化物、氮化物、硼化物等。另外，還研制出無機纖維類及空心球類(見隔熱耐火材料)原料；在輔助原料中又有多種有機結合劑、無機結合劑。關于耐火原料的分類，世界各國不完全一致。按化學性質分為酸性耐火原料、堿性耐火原料、中性耐火原料。但通常將耐火原料分為A1。0，Si02系耐火原料、堿性耐火原料、隔熱耐火原料、耐火材料結合劑、其他耐火原料。

Al2O3一SiO2系耐火原料有硅石、半硅質粘土(含葉蠟石)、耐火粘土(含高嶺石)及其熟料、鋁土礦(含硅線石族礦物、水鋁石、莫來石)及其熟料、剛玉及工業氧化鋁等。

堿性耐火原料有石灰石、白云石、菱鎂石、水鎂石、鎂橄欖石等的煅燒料或電熔料及鎂鋁尖晶石、鎂鉻尖晶石砂等。

其他耐火原料有鋯石(含氧化鋯)、鉻鐵礦、碳化物類、石墨、氮化物類及硼化物類等。

隔熱耐火原料有珍珠巖、蛭石、硅藻土、礦棉、漂珠、耐火纖維及空心球等。

耐火材料結合劑有結合粘土、亞硫酸紙漿廢液、水玻璃(硅酸鈉)、糊精、磷酸鹽、氯化鹽、硫酸鹽、鋁酸鹽、硅酸鹽、樹脂及溶膠類等。

原料加工為適應使用要求，提高制品質量和試制新品種，對耐火原料的質量要求日益提高；天然優質耐火原料儲量不多，且用量不斷增加；天然耐火原料一般都是從礦體上取下的大塊礦石須要破碎，同時礦石中都含有不同的雜質。因此，對天然耐火原料都需要進行揀選、破碎、粉碎，有的需進行選礦。有的天然原料，如Al2O3一SiO2系耐火原料中的絕大多數都含有結晶水或結構水；如石灰石、白云石、菱鎂礦等是以碳酸鹽狀態存在，含有二氧化碳；有的天然原料雖然不含或很少含有在加熱時分解揮發物，但其礦物在第一次加熱時的體積變化較大，直接用作耐火材料，就難保證制品的外形或結構的要求。因此，天然耐火原料的絕大多數是要經過加工的。耐火原料的加工分為破碎、粉碎及篩分；選礦和煅燒等工序。

破碎與粉碎天然礦石在成礦的長期作用下，除結合粘土及硅砂類外，多是以堅硬的礦體存在。來自礦山的原料礦石，多采用顎式破碎機進行粗破碎，然后經篩分，按粒度分開。如硅石類不需要選礦和煅燒，則按規定礦塊供給制磚用。多數原料需要揀選或煅燒加工，而后經過中破碎及細粉碎，并按粒度分級。中破碎，一般用顎式破碎機、輥式破碎機等。不經選礦或均勻化處理直接進行煅燒的礦石，要按所用的煅燒設備的要求，加工成不同的礦塊以供煅燒。如礦石要經過均勻化處理，選礦或直接利用碎礦時，則要按進一步處理的要求將礦石粉碎并按粒度分級。礦石的粉碎，多采用輥式破碎機、自磨機、離心輥磨機及球磨機等。

選礦提純原料礦物的選礦首先是將礦石中含有較大雜質礦塊揀選出去，進而要求盡可能將礦石中細小而量大的雜質礦物除去，或從貧礦中富集有用礦物進行原料的選礦。隨著各種礦物的成礦條件、所含雜質礦物的不同，采用的選礦方法也不同。根據被分離礦物的物理和化學性質、存在狀態和被分離礦物的大小，決定原礦粉碎的程度和選礦的方法。如：揀選法、重選法、磁選法、電選法、浮選法和化學選等。根據被分離礦物性質的不同，可用單一方法，也可用兩種以上方法聯合應用。

煅燒其作用是在高溫下除去結晶水、碳酸根及易揮發物，使耐火原料在制品的燒成或直接在高溫下使用時的體積能基本穩定；為以后高溫下使用時將形成的耐火礦物相能預先形成，有的并使結晶長大。因此，除一般用的耐火粘土、鋁礬土、菱鎂礦及白云石等礦石直接用于煅燒外，其粉礦一般都要加入結合劑，混勻成球，干燥后才能進行煅燒。但須注意除塵，以減少對環境的污染。

煅燒耐火原料所用的設備主要有豎窯及回轉窯兩種。根據所煅燒原料的純度與煅燒溫度的不同，所用的燃料有煤、焦炭(有灰燃料)、燃油和燃氣(無灰燃料)。如耐火粘土，多用有灰燃料在1200～1400℃下煅燒；Al2O3含量在65％以下的鋁土礦等多在1400～1550℃下煅燒；各種菱鎂礦、白云石及Al2O3含量在65％以上的鋁土礦等多在1500～1800℃或更高的溫度下煅燒。為避免雜質摻入，需在1600℃以上高溫煅燒的，只有用高發熱量的無灰燃料。

人工制造(合成)耐火原料人工制造耐火原料有化學合成原料、燒結合成原料、高溫合成原料、熔融原料等。品種不同，合成的工藝也各不相同。(1)化學合成原料：鋁土礦用拜爾法制取工業氧化鋁、鋯英石經化學處理制取氧化鋯等。(2)燒結合成原料：用工業氧化鋁配入適量的純凈耐火粘土燒結合成莫來石(3Al2O3•2SiO2)、用鎂砂(或輕燒鎂粉)按尖晶石組成配入適量的氧化鋁或鉻礦，經燒結合成鎂鋁尖晶石(MgO•Al2O3)或鎂鉻尖晶石(MgO•Cr2O3)等。(3)高溫合成原料：艾奇遜(Acheson)發明的用硅砂、焦炭、木屑及食鹽配料，用碳質發熱電阻爐合成碳化硅(SiC)；以多晶硅(Si)為原料，在密封電爐內抽真空，通入純氮氣，加熱到高溫而制得氮化硅(Si3N4)或氧氮化硅(Si2ON2)。(4)熔融耐火原料：以工業氧化鋁(或鋁礬土加鐵粉)，經熔融而制得熔融剛玉(棕剛玉)；以菱鎂礦，經電熔制得電熔鎂砂等。(5)其他合成耐火原料：高爐渣或粉煤灰等經熔化后用高壓空氣或蒸汽噴吹制成礦棉等。

資源中國除鉻礦及硅線石族礦物尚未大量開采外，多數耐火原料品種資源豐富。如石灰石及硅石，多數省、自治區都有儲量較大的礦體；蠟石產于浙江、福建兩省；結合粘土產于山東、山西、河北、河南、吉林、遼寧及貴州等省；耐火粘土產于山東、山西及貴州等省；鋁土礦產于山東、山西、河南及貴州等省；菱鎂礦集中在遼寧、山東兩省；鋯英石集中在海南、廣東及臺灣等省；石墨產于黑龍江、內蒙古、山東及河南等省、自治區；鉻礦產于新疆、西藏兩自治區；硅線石族礦物產于在河南、河北、湖南、黑龍江等省。隔熱耐火原料(如珍珠巖)儲量豐富，產于遼寧、吉林、黑龍江、河北、河南等省；硅藻土產于吉林、山東及云南等省；蛭石在多數省、自治區都有產出。

世界其它國家耐火原料也多有產出。鋁土礦主要產于圭亞那、蘇里南、印度等國；硅線石族礦物主要產于印度、加拿大、南非等國；菱鎂礦主要產于朝鮮、烏克蘭、奧地利、捷克、希臘、印度等國；鉻礦主要產于菲律賓、俄羅斯、印度及土耳其等國；鋯英石主要產于澳大利亞、印度、美國、巴西及南非等國；石墨主要產于斯里蘭卡、朝鮮、俄羅斯及馬達加斯加等國。