石英砂在耐火材料行業中的使用主要通過以下方式實現:
一、作為耐火原料直接使用
骨料角色
在許多耐火材料配方中,石英砂可作為骨料使用。由於其高熔點(1713℃)和化學穩定性,能夠在高溫環境下為耐火材料提供基本的骨架結構。例如,在製造矽磚時,石英砂是主要的原料之一。矽磚主要用於砌築玻璃熔爐、焦爐等高溫窯爐的拱頂和牆體部位。在生產過程中,石英砂經過成型、幹燥和高溫燒成等工藝,其中的石英晶體發生晶型轉變(α - 石英→β - 石英→鱗石英等),形成一種具有高強度和良好耐火性的結構體。
填充料作用
石英砂也可作為填充料使用。在一些耐火澆注料或搗打料中,石英砂可以填充到其他耐火材料顆粒之間的空隙中,提高材料的致密性。例如,在鋁鎂澆注料中加入適量的石英砂,能夠改善澆注料的物理性能,如降低氣孔率、提高抗壓強度等。同時,石英砂的化學穩定性有助於提高整個耐火材料體係在高溫下的化學穩定性,抵抗熔渣等的侵蝕。
二、與其他材料複合使用
與結合劑配合
石英砂需要與合適的結合劑配合才能在耐火材料中發揮好的效果。常見的結合劑有黏土、水玻璃、磷酸鹽等。以黏土為例,當石英砂與黏土混合時,黏土在較低溫度下形成液相,將石英砂顆粒粘結在一起。
在加熱過程中,隨著溫度升高,石英砂自身的特性逐漸發揮作用,與黏土共同形成具有一定強度和耐火性的耐火材料。這種複合方式常用於製造一些傳統的耐火磚,如黏土磚中可能含有一定比例的石英砂,以提高其耐火度和熱穩定性。
與添加劑協同
為了進一步優化石英砂在耐火材料中的性能,還會添加一些特殊的添加劑。例如,在一些需要提高抗熱震性的耐火材料中,會添加少量的氧化鋁或氧化鋯等添加劑。這些添加劑與石英砂相互作用,在石英砂晶體結構之間形成一定的增強相或緩衝相。當耐火材料受到溫度急劇變化時,這些相能夠吸收能量、緩解應力,從而提高耐火材料的抗熱震性。這種協同作用在製造一些用於周期性溫度變化較大的窯爐(如回轉窯)的耐火材料時尤為重要。
三、加工處理後使用
粒度控製
根據不同的耐火材料應用需求,對石英砂進行粒度控製。通過破碎、篩分等工藝,可以得到不同粒度的石英砂產品。例如,在製造高精度的耐火陶瓷製品時,可能需要使用較細粒度的石英砂(如200 - 300目),以確保製品的表麵光潔度和致密性。而在一些大型耐火磚的製造中,可能會使用多種粒度搭配的石英砂,大顆粒石英砂作為骨料提供主要支撐,小顆粒石英砂填充空隙,從而優化材料的整體性能。
提純處理
對於一些高端耐火材料,需要對石英砂進行提純處理。去除其中的雜質(如鐵、鈦等金屬氧化物雜質),可以提高石英砂的耐火性和化學穩定性。提純後的石英砂可用於製造一些特殊要求的耐火材料,如用於航天領域的高溫隔熱材料或電子工業用的高溫爐襯材料。