3.4. Огнеупорные наполнители

В соответствии с классификацией (см. табл. 3.1) к огнеупорным наполнителям относятся минералы с температурой плавления 1200-1600 °С и служащие в основном в качестве наполнителей противо­пригарных покрытий при изготовлении тонкостенных чугунных от­ливок и разнообразных отливок из цветных сплавов. Эту группу ма­териалов представляют так называемые слюдоподобные силикаты - тальк и пирофиллит [12].

Физические свойства талька и пирофиллита находятся в тесной зависимости от особенностей кристаллической структуры. Строе­ние плоских сеток проявляется прежде всего в облике кристаллов, обладающих симметрией, очень близкой к гексагональной. Слои­стое строение кристаллической структуры обусловливает низкую твердость талька и пирофиллита, их необычайно легкую расщепляемость на эластичные пластинки, отсутствие упругости.

Характерной химической особенностью слюдоподобных минера­лов является присутствие гидроксильной группы ОН, нередко вместе с фтором. Из катионов, которые вместе с гидроксильными группами непосредственно связаны со слоями кремнекислородных тетраэдров кроме Mg2+ и А13+ распространены замещающие их ионы - Fe2+, Ni2+, Li+, Fe3+, реже Cr3+, V3+. В минералах, в структуре которых тетраэд­ры SiO4 частично замещены на АЮ4, имеются дополнительные круп­ные катионы К+, Na+ Ca2+, а также молекулы воды. Все они в виде связующих элементов располагаются между слоистыми пакетами, составленными кремнекислородными слоями и ионами.

Тальк Mg3[Si4O10][OH]2 или 3MgO4SiO2-H2O. Химический со­став (%): MgO - 31,7; SiO2 - 63,5; Н2О - 4,8. Обычно часть оксида магния бывает замещена оксидом железа (до 2-5%). Часто присут­ствует оксид алюминия (до 2%), изредка оксид никеля (до десятых долей процента).

Цвет талька бледно-зеленый или белый с желтоватым, бурова­тым, зеленоватым оттенком. Тонкие листочки прозрачны или про­свечивают. Блеск стеклянный с перламутровым отливом. Твердость по шкале Мооса около единицы, жирный на ощупь. Плотность 2700-2800 кг/м3. Плохой проводник тепла и электричества. Темпе­ратура плавления 1300-1400 °С. При сильном прокаливании приоб­ретает значительную твердость (около 6). Конституционная вода, связанная в виде группы OH+

Механическая прочность образцов из плавленного талька и пи­рофиллита при обжиге до 1000 °С несколько ниже механической прочности образцов из исходных материалов. В процессе нагрева исходного талька выше 800 °С происходит образование протоэнстатита и к 1300 °С структура талька совершенно исчезает.

Основная составляющая плавленного талька - клиноэнстатит. При нагреве до 1400 °С клиноэнстатит переходит в устойчивую вы­сокотемпературную фазу - протоэнстатит. Соотношение минераль­ных фаз в плавленном тальке (%} такое: клиноэнстатит и протоэн­статит - 52, стекло - 40, форстерит - 6, магнетит-2.

Пирофиллит Аl2[Si4O10][ОН]2 или Al2O3-4SiO2*H2O. Химический состав, %: А12О3 - 28,3; SiO2 - 66,7; Н2О - 5. Примеси: MgO (до 9%), FeO, Fe2O3 (до 5%). Распространен в виде пластинчато-лучистых агрегатов или скрыточешуйчатых масс.

Цвет пирофиллита белый с желтоватым оттенком или бледно-зеленый. Блеск стеклянный с перламутровым отливом. Твердость около единицы. Жирный на ощупь, тонкие листочки гибки, но не упруги. Плотность 2700-2900 кг/м3.

Химический состав пирофиллита (%):

SiO2	51,22-77,41	Са	0,15-0,64
А12Оз	23,68-35,59	MgO	0,03-0,16
TiO2	0,41-0,94	К2О	0,05-2,27
Fe2O3	0,3-7,03	Na2O	0,25
FeO	0,28-0,55	SO3	0,02-0,10
MnO	0,002	Р2О5	0,12
		ППП	2,70-9,72

В процессе нагрева и дегидратации из пирофиллита удаляются летучие примеси, химически связанная и адсорбированная вода, двуокись углерода, органические примеси. При температуре 665°С наблюдается эндотермический эффект, вызванный выделением из пирофиллита конституционной воды, в результате чего силы связи между слоями уменьшаются и он легко послойно расщепляется, что сопровождается уменьшением объемного веса и прочности. Эндо­термический эффект (570 °С) вызван выделением конституционной воды с образованием нестабильной фазы метакаолинита, а экзо­термический (900 °С) - разложением метакаолинита на муллит 3AI2O3-2SiO2 и кремнезем.

Пирофиллит может быть стабилизирован тепловой обработкой путем получения муллита.

Механическая прочность прокаленного при 1100°С и выше пиро­филлита в несколько раз превышает прочность исходного продукта.