Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина Институт «Материаловедения и металлургии» Кафедра «Металлургия железа и сплавов»
		ОЦЕНКА _____________________ Члены комиссии_________________ «_____» ___________2015 г.
	ПРИРОДНОЕ И ИСКУССТВЕННОЕ СЫРЬЕ ОГНЕУПОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ РЕФЕРАТ
	Руководитель, доцент, к.т.н. _____________________ Гилева Л.Ю. Нормоконтролер, доцент, к.т.н. _____________________ Лозовая Е.Ю. Студент _____________________ Ацын Д.Ю. Группа МтЗ-410110
	Екатеринбург. 2015

С ОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ Error: Reference source not found

1 ПРИРОДНОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ОГНЕУПОРОВ, ЕГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ И ЗАПАСЫ Error: Reference source not found

1.1 Огнеупорные глины Error: Reference source not found

1.2 Каолины Error: Reference source not found

1.3 Кварциты и песчанники Error: Reference source not found

1.4 Высокоглиноземистые материалы Error: Reference source not found

1.5 Доломиты Error: Reference source not found

1.6 Магнезиты Error: Reference source not found

1.7 Брусит Error: Reference source not found

1.8 Сырье для производства форстеритовых огнеупоров Error: Reference source not found

1.9 Хромиты Error: Reference source not found

1.10 Графит Error: Reference source not found

2 ИСКУССТВЕННОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ОГНЕУПОРОВ Error: Reference source not found

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Error: Reference source not found

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 54

(обязательное)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

Природное и искусственное сырье огнеупорной промышленности

Лит.

Листов

УРФУ, ИММТ, кафедра «Металлургия железа и сплавов» МтЗ 410110

Введение

Огнеупорные материалы (огнеупоры) — это материалы, изготавливаемые на основе минерального сырья и отличающиеся способностью сохранять без существенных нарушений свои функциональные свойства в разнообразных условиях службы при высоких температурах. Применяются для проведения  металлургических процессов  (плавка, отжиг, обжиг, испарение и дистилляция), конструирования печей, высокотемпературных агрегатов (реакторы, двигатели, конструкционные элементы и др).

Огнеупоры имеют очень много областей применения, но всех их можно разбить на две основные группы, это огнеупоры (огнеупорные изделия, например, кирпич) общего назначения, и огнеупоры, спроектированные специально для какого-либо теплового агрегата.

Подавляющую часть промышленных огнеупоров производят из различного минерального сырья – глин, каолинов, доломитов, магнезитов и др.

1 Природное сырье для производства огнеупоров, его месторождения и запасы.

1. Огнеупорные глины

По стандартам, действующим в России, огнеупорными считаются гли­нистые породы, имеющие температуру плавления не ниже 1580 °С, туго­плавкими - от 1350 до 1580 °С и легкоплавкими - менее 1350 °С.

Огнеупорные глины применяют в основном для производства шамот­ных и полукислых огнеупорных изделий различного качества и ассор­тимента.

Огнеупорные глины представляют собой тонкообломочные (пелитовые) осадочные горные породы различного химико-минерального соста­ва, встречающиеся в природе в рыхлом или уплотненном состоянии. При обжиге они теряют химически связанную воду и при дальнейшем повыше­нии температуры приобретают механическую прочность, свойственную камню.

Залежи огнеупорных глин обычно не отличаются большой мощнос­тью и протяженностью; они образуют линзы и пласты среди песчано-глинистых пород и характеризуются большой изменчивостью своего состава по простиранию и вертикали, переходя в песчанистые разности, пески, гравий, углистые глины и угли.

Огнеупорным глинам свойственны следующие структуры: пелитовая, алевропелитовая, аренопелитовая и органопелитовая. Среди пелитовых струк­тур различают две основные группы: илистые структуры, когда глинистая порода преимущественно состоит из частиц размерами 0,01-0,001 мм, и гелевые структуры, когда преобладают частицы <0,001 мм; часто наблюда­ются смешанные структуры.

Огнеупорные глины характеризуются большим разнообразием текстур и структур. Они встречаются в природе в виде пластичных, тощих и камнеподобных разновидностей, известных под различными наименованиями, например «мыленка», «полусухарь», «сухарь», «кремневка», «кристалл» и т.д.

Многообразны состав и свойства огнеупорных глин. По минералогическому составу глины являются полиминеральными породами, в которых наиболее существенную роль играют каолинит, галлуазит и монотермит (иллит, гидромусковит) - в качестве глинообразующих минералов, а так­же кварц, слюды, гидрослюды, железистые (лимонит, пирит), известковистые (карбонаты кальция и железа) и органические соединения - в ка­честве минералов-примесей.

Кроме них в глинах почти всегда обнаруживаются те или иные акцессорные минералы. По преобладанию породообразующего минерала разли­чаются каолинитовые, галлуазитовые, монотермитовые или смешанные глины. Иногда содержание кварца или слюды бывает столь значительным, что глины делятся по основной минеральной массе на кварцево-каолинитовые или слюдисто-каолинитовые, кварцево-галлуазитовые и т.д.

Минеральные примеси в огнеупорных глинах бывают вредные (загрязняющие) и полезные (повышающие качество). К первым относятся железистые минералы- гидрооксиды железа, пирит, сидерит, а также карбонаты и сульфаты кальция, влияющие на окраску черепка и вызываю­щие образование мушки и выплавок при обжиге и снижение огнеупорнос­ти глин. Присутствие органических примесей в виде углистого вещества или растительных остатков в больших количествах также нежелательно, так как обусловливает высокую пористость черепка и вздутие его при обжиге. Полезными примесями в умеренном количестве могут считаться полевые шпаты или светлые слюды, снижающие температуру спекания глин; гли­ноземистые минералы в виде гиббсита или диаспора повышают огнеупор­ность, термическую стойкость и другие технически ценные свойства глин.

Химический состав, являясь функцией минерального состава, дает количественное представление о содержании в глинах важнейших оксидов (кремнезема и глинозема). По содержанию глинозема глины принято раз­делять: на основные - более 30 % Аl₂О₃, полукислые - от 15 до 30 % А1₂О₃ и кислые - менее 15 % А1₂0_з. Соотношением глинозема к кремнезему определяется химический характер глины: если соотношение близко 1 : 2, это свидетельствует о том, что в составе глины преобладают минералы каолинитового типа. Значительные отклонения от указанного соотношения указывают либо на некаолинитовый характер глины (монотермитовый, гидрослюдистый), либо на большое содержание в ней кварца, либо на при­сутствие гидрооксидов алюминия.

При химическом анализе огнеупорных глин определяются, кроме крем­незема и глинозема, содержание Fe₂О_з, ТiO₂, СаО, МgО, К₂О, Nа₂0, поте­ри массы при прокаливании. Помимо классических химических анализов, все чаще применяют спектральные методы анализа глин.

Важнейшее значение для характеристики и технической оценки огне­упорных глин имеет их гранулометрический состав. Содержание различных по величине частиц в глинах сходного минерального состава дает основа­ния судить о физико-технических свойствах глин, позволяет отделить более тонкодисперсные глины от грубодисперсных, дает возможность установить зависимость некоторых важных свойств глин (пластичности, связности, усадки) от гранулометрического состава.

Огнеупорные глины, как правило, весьма разнообразны по грануло­метрическому составу. Пластичные разновидности их характеризуются вы­соким содержанием частиц <0,001 мм (60—80 %), в тощих глинах количествоуказанных частиц снижается в результате увеличения количества «средних» (0,01-0,001 мм) или «грубых» фракций (> 0,01 мм/

Важнейшими физико-керамическими свойствами огнеупорных глин являются пластичность и связность, воздушная и огневая усадка, спекаемость и огнеупорность. Под пластичностью понимают способность глины во влажном состоянии под влиянием внешних воздействий изменять свою форму без разрыва сплошности и сохранять приданную форму тогда, когда это воздействие устранено. Пластические свойства глин проявляются лишь в смеси с водой и с некоторыми другими жидкостями. Эти свойства зави­сят от ряда факторов: минерального состава, степени дисперсности и фор­мы частиц глины, присутствия в ней электролитов и гумусовых веществ, взаимоотношений дисперсной фазы (глинистых частиц) и дисперсионной среды (воды или другой жидкости). Пластичность является обратимым свой­ством глин при нагревании их до 110-150 °С; повышение температуры на­гревания постепенно ухудшает это свойство, после завершения процесса дегидратации глины (450-600 °С) пластичность может совсем исчезнуть. Пластические свойства глины легко снизить введением отощителей (квар­ца, шамота и др.), повышается же пластичность глин только после дли­тельного их вылеживания или тонкого измельчения или же при добавле­нии электролитов. По степени пластичности глинистые породы можно раз­делить на три группы: пластичные, полностью распускающиеся в воде; полупластичные, не полностью размокающие в воде, и непластичные (камнеподобные), совершенно не размокающие в воде. В тесной связи с плас­тичностью находятся другие свойства глин - связность и связующая спо­собность. Под первым понимается способность глины после высушивания на воздухе сохранять приданную ей форму, под вторым - способность связывать трещины другого вещества - отощителя в общую, достаточно прочную при высыхании массу.

С увеличением пластичности глин почти всегда увеличиваются их связ­ность и связующая способность. Полупластичные глины характеризуются низкими показателями этих свойств, непластичные полностью лишены их в естественном состоянии (до измельчения). Рассматривая такие свойства глин, как пластичность, связность и связующая способность, которые про­являются при воздействии воды, необходимо указать на различный харак­тер воды, находящейся в глинах. Вода в глинах содержится в виде: а) гиг­роскопической, б) воды затворения, или задельной, и в) конституцион­ной, или химически связанной.

Гигроскопическая вода поглощается глиной из атмосферного воздуха. Поглощение происходит до состояния так называемого гигроскопического равновесия, когда тело не отдает своей влаги в окружающую среду и не поглощает ее из этой среды.

Содержание гигроскопической воды в глинах находится в зависимос­ти от их гранулометрии, относительной влажности и температуры воздуха и может меняться в пределах от 1-2 до 15-20 %. В огнеупорных глинах содержание гигроскопической влаги обычно колеблется в сравнительно узких пределах (1-3 %). Под водой затворения следует понимать то количество воды, которое необходимо добавить в глину, чтобы она приобрела нормальное пластич­ное (рабочее) состояние, т.е. состояние оптимальной подвижности и формуемости (такое состояние для каждой глины легко установить опытным путем: недостаток этой воды ведет к «сухости», неформуемости глины, избыток же воды — к ее разжижению и липкости).

Количество воды затворения в огнеупорных глинах находится в зави­симости от их состава и свойств и составляет 20-35 %.

Конституционная или химически связанная вода входит в молекулу глинистого вещества - минерала, слагающего данную глину. При нагрева­нии эта вода удаляется, что сопровождается эндотермической реакцией в интервале температур 450-650 °С в зависимости от минерального состава глин. Нагревание вызывает глубокие изменения в структуре глинистого ве­щества, которые первоначально обусловливаются выделением воды, а за­тем его перекристаллизацией, совершающейся в твердой фазе. После уда­ления воды затворения при высущивании глины на воздухе глинистые ча­стицы сближаются между собой, происходит уменьшение объема глины, которое называется воздушной усадкой. Величина ее колеблется в зависи­мости от пластичности глины и способности ее к водопоглощению. Для пластичных разновидностей огнеупорных глин воздушная усадка составля­ет 6-8, для малопластичных 4-6 и для тощих 3-4 %. При обжигах глин на разные температуры одновременно с физико-химическими превращения­ми изменяется их объем, т.е. происходит огневая усадка. В сумме с воздуш­ной огневая усадка характеризует величину полной усадки глины при дан­ной температуре.

Максимум полной усадки соответствует спеканию глины, т.е. такому ее состоянию, при котором происходит наибольшее уплотнение черепка в результате реакций в твердом состоянии. Спекание — важнейшее свойство глин, зависящее главным образом от их минерального состава и в опреде­ленной мере от степени дисперсности. Огнеупорные глины чисто каолинитового состава без примесей — плавней имеют высокую температуру спе­кания, выше 1350-1400 °С; их принято называть трудно- или высокоспекающимися. Глины монотермитового или гидрослюдистого типа спекаются при сравнительно низкой температуре (1150-1250 °С), глины смешанных типов занимают обычно промежуточное положение. Примеси в виде желе­зистых, щелочных и щелочноземельных минералов оказывают большое влияние на спекаемость глин; при их значительном количестве заметно снижается температура спекания, что не всегда является благоприятным показателем, так как одновременно снижается и огнеупорность глин.

Огнеупорные свойства глин зависят прежде всего от их минерального состава. Наивысшие показатели по огнеупорности имеют чистые каолинитовые глины (1750-1770 °С), примеси кварца, слюды, гидрооксидов желе­за и других минералов (кроме гидратов глинозема), в той или иной степени снижают огнеупорность глин; большие количества примесей влекут за со­бой перевод таких глин из класса огнеупорных в класс тугоплавких с тем­пературой плавления ниже 1580 °С.

По данным Российского геологического фонда, на территории стра­ны учтено месторождение огнеупорных глин с суммарными запасами по категориям А + В + С более 2,6 млрд. т. Основная масса запасов огнеупорных глин сосредоточена в России (55 %) и на Украине (37 %). По добыче глин первое место принадлежит России (4,56 млн. т, или 52 %), второе - Укра­ине (3,27 млн. т, или 37 %).

В России большая часть запасов (до 70 %) приходится на Ленинград­ский, Воронежский, Тульский, Свердловский и Челябинский экономические административные районы, которые также занимают ведущее мес­то в добыче огнеупорной глины (86 % добычи по стране). В Новгородской области находятся широко известные Боровичско-Любытинские месторож­дения высококачественных огнеупорных глин (Большевик, Междуречье II, Артем, Брынкино Устье и др.). На базе этих месторождений, разрабатыва­емых преимущественно подземным способом, работает Боровичский ком­бинат огнеупоров.

В Тульской области на базе Суворовской группы месторождений огне­упорных глин (Березовское, Березово-Березовское, Балевское и др.) со­здано Суворовское рудоуправление. Добываемые здесь глины используются огнеупорными предприятиями Центра (Домодедовским, Подольским, Снигиревским. Внуковским заводами и др.) как в сыром, так и в обожженном виде.

В Воронежской области расположено крупнейшее Латненское место­рождение огнеупорных глин. На глинах этого месторождения работает Семилукский огнеупорный завод, они используются также огнеупорными заводами Московской области и некоторыми керамическими и огнеупор­ными предприятиями страны.

Основная масса балансовых запасов огнеупорных глин Свердловской области сосредоточена на трех месторождениях — Белкинском, Троицко- Байновском и Курьинском. Эти месторождения служат сырьевыми базами огнеупорного производства Нижнетагильского металлургического комбината, Богдановического огнеупорного и Сухоложского шамотного заводов.

Наиболее крупными месторождениями огнеупорных глин Южного Урала являются Нижне-Увельское и Бускульское в Челябинской области и Кумакское в Оренбургской области. На Южном Урале разрабатывается Бер­линское месторождение огнеупорных глин, располагающее мощными за­пасами, благоприятными горно-эксплуатационными и транспортными условиями.

В Сибири имеется крупное Трошковское месторождение высококаче­ственных глин, на базе которого работает Восточно-Сибирский огнеупор­ный завод.

Украина располагает мощной, хорошо разведанной сырьевой базой огнеупорных глин различного качества. Добыча высокосортных глин сосредоточена на Часов-Ярском, Ново-Райском, Положском, Кирово­градском и других месторождениях. Добываемые глины не только использу­ются на предприятиях Украины, но вывозятся и в другие страны СНГ.

В Казахстане, помимо Мойского месторождения в Павлодарской об­ласти, из ранее эксплуатируемых Кузнецким металлургическим комбина­том, за последние годы выявлено несколько новых месторождений огне­упорных глин (Карагандинское, Айзин-Томар, Сасык-Кара-Су и др.).

Крупнейшие запасы высококачественных бокситизированных глин в Казахстане. Наибольшее содержание А1₂О₃ имеют бокситсодержащие гли­ны крупнейшего месторождения Турайской группы в Аркалыкской облас­ти (Аркалыкское, Уштобинское, Нижне-Ашутское и др.). Добычу, усред­нение и поставку этого ценного сырья осуществляет Тургайское рудоуп­равление (г. Аркалык). Аркалыкские высокоглиноземистые глины использу­ют ряд предприятий Казахстана и России.

Огнеупорное сырье уникального Аркалыкского месторождения пред­ставлено широким ассортиментом алюмосиликатных пород. Литологичес- кий состав огнеупорных разновидностей сырья варьирует от каолина до боксита включительно, при этом содержание оксида алюминия в породах колеблется в пределах 28-65 %. Главные примесные минералы, отрицатель­но влияющие на физико-керамические свойства, в огнеупорном сырье пред­ставлены преимущественно гидроксидами железа.

Узбекистан располагает несколькими залежами огнеупорных глин, и среди них очень крупным Ангренским месторождением.

В других странах СНГ разведанные месторождения огнеупорных глин не имеют крупных запасов. Некоторые из них эксплуатируются, например Шрошинское - в Грузии, Туманянское - в Армении.