[科普中國]-泡砂石

簡介

泡砂石是一種高嶺石膠結(jié)的石英砂巖，我國礦源極為豐富，盛產(chǎn)于四川、湖北、廣西等地，開采方便，價格便宜，長期以來為長江沿岸和西南地區(qū)各玻璃工廠及冶金工業(yè)所采用的天然耐火材料。

泡砂石耐火度在1600～1700℃之間，含鐵量較低，其成分與玻璃有些接近，抗玻璃液侵蝕性能較好，加工方便，價格只有剛玉磚的十分之一左右。但是，泡砂石由于是天然巖石，其化學(xué)成分及物理性質(zhì)隨著產(chǎn)地的不同變異甚大，即使同一礦床，波動范圍也不小，這主要取決于生成的天然壓力和結(jié)合粘土的含量。1

化學(xué)組成泡砂石的主要化學(xué)成分二氧化硅（SiO2）80～86%，三氧化二鋁（Al2O3）10～15%，仍可作為Al2O3含量在15%左右的半酸性耐火材料的一種，屬SiO2－Al2O3系統(tǒng)。四川省各地所產(chǎn)泡砂石的化學(xué)成分見表1。 按泡砂石的外觀色澤區(qū)分，其化學(xué)成分見表2。

巖相組成泡砂石的礦物組成是由高嶺石膠結(jié)的石英砂巖，砂狀結(jié)構(gòu)，成層狀構(gòu)造。砂粒形狀一般呈棱角狀，大小為0.1～0.8毫米，彼此間不規(guī)則分布，砂粒的堆積密度松緊不一致，主要由石英（50%），其次由巖質(zhì)（矽質(zhì)巖、高嶺石），少量白云母、電氣石等組成。膠結(jié)物主要為高嶺石，少量絹云母、石英等。泡砂石的晶體大小在0.02毫米以下，分布于上述碎屑之間，為孔隙式膠結(jié)，膠結(jié)物的含量約25%。泡砂石層與層間有其它雜質(zhì)摻合，這些雜質(zhì)的組成和性能與泡砂石有差別，因此生泡砂石容易一層一層（一片一片）剝落，在外觀上就形成“紋路”。2

物理性質(zhì)泡砂石是天然礦石，種類繁多，有硬質(zhì)的、軟質(zhì)的、有純白色的、灰色的、粉紅色的、淡黃色的等等，其物理性質(zhì)也由于產(chǎn)區(qū)的不同及外觀色澤的不同而變異，見表13和14。

泡砂石的熱膨脹系數(shù)要比一般的耐火材料大得多，根據(jù)其紋路方向的不同，膨脹系數(shù)也有所不同。有些泡砂石的燒成膨脹按紋路方向可達(dá)5%，紋路的垂直方向?yàn)?%左右。經(jīng)煅燒后的泡砂石即熟泡砂石再次升溫時，熱膨脹系數(shù)極小，磚體體積無明顯變化。

應(yīng)用泡砂石常在玻璃廠做耐火材料。在玻璃廠應(yīng)用方法如下：

泡砂石的質(zhì)量挑選外觀質(zhì)量要求外觀致密、顏色清白、不含有明顯的雜質(zhì)條紋?；瘜W(xué)組成SiO2及Al2O3的含量應(yīng)高，以提高抗玻璃液的侵蝕性能和耐火度。如廣西柳城出產(chǎn)的泡砂石含SiO2量達(dá)95%以上，耐火度在1730℃，耐壓強(qiáng)度在613kg/cm2以上，而四川的泡砂石SiO2含量為80%左右，耐火度在1630～1650℃之間，耐壓強(qiáng)度400kg/cm2左右，性能差別較大。

在物理性質(zhì)方面，除要求耐壓強(qiáng)度、耐火度高外，氣孔率應(yīng)越小越好，比重則越大越好。

泡砂石的煅燒用泡砂石作為拉絲爐爐體材料有生的和熟的兩種。熟泡砂石是將生泡砂石在窯內(nèi)經(jīng)1450℃以上高溫煅燒而成。

生泡砂石進(jìn)行煅燒的原因是：

由于生泡砂石內(nèi)含有大量的高溫?fù)]發(fā)物質(zhì)，在使用初期不斷的從磚體中逸出大量的氣體，從而使玻璃液中帶有大量的1毫米直徑以上的氣泡。這些氣泡，在拉絲爐剛升溫時，如果升溫速度太快，含有大量氣泡的玻璃液有時會溢出堝外，將加球管堵塞而無法加球，、甚至于可以將堝蓋拱起。在拉絲中，這些氣泡將嚴(yán)重影響正常作業(yè)。熟泡砂石因?yàn)樵陟褵?，大部分氣體已經(jīng)逸出，上述現(xiàn)象可以大為改善。

生泡砂石熱穩(wěn)定性很差，熱膨脹系數(shù)很大且不一，較易炸裂。熟泡砂石熱穩(wěn)定性較好，熱膨脹系數(shù)極小而不易炸裂，因此，拉絲爐的升溫速度可以加快，提前投產(chǎn)。

生泡砂石在加工及砌堝體時，“紋路”的選擇極為重要，因?yàn)榕萆笆蓪樱ㄆ顦?gòu)造，層與層間有其它雜質(zhì)摻合，共組成、性能和泡砂石本體有差別，如果“紋路”與工作面平行，層間容易開裂和剝落，影響拉絲與使用壽命，因此， “紋路”應(yīng)與工作面垂直：根據(jù)試驗(yàn)，由于“紋路"的朝向不同，其抗玻璃液侵蝕性能可影響33%左右。

泡砂石對玻璃液質(zhì)量的影響泡砂石對玻璃的成分影響不大，玻璃組成中的各氧化物含量均在控制范圍之內(nèi)，因此，不會影響玻璃纖維的使用性能。同時，由于泡砂石中的石英砂微小顆粒和高嶺土物質(zhì)很容易被玻璃液所侵蝕并易熔于玻璃液相之中，因此在拉絲時，極少發(fā)現(xiàn)泡砂石的結(jié)石、塞孔或短時大量密集斷頭等現(xiàn)象。但是，泡砂石中的石英和高嶺土侵蝕下來的熔融物，溶解于玻璃液相以后，這種富硅和富鋁的玻璃熔團(tuán)，如果得不到足夠時間的擴(kuò)散和均化，會造成玻璃液粘度不均，使拉絲時出現(xiàn)斷頭、飛絲增多的情況，在拉制無堿玻璃纖維時更甚。同時，由于生泡砂石內(nèi)氣孔率和有機(jī)物質(zhì)含量都較高，這些都是形成泡核的條件。泡砂石在高溫玻璃液的作用下，有氣泡成核作用，使氣泡源源不斷從泡砂石中逸出到玻璃液中，另外，從泡砂石壁內(nèi)毛細(xì)孔道中放出氣泡，可以持續(xù)較長時間，使纖維成型過程中出現(xiàn)氣泡的斷頭和飛絲。但是，泡砂石產(chǎn)生的這種氣泡并非是永久性的，當(dāng)達(dá)到相對平衡后，氣泡數(shù)量明顯減少。使用熟泡砂石時，初期的氣泡可以大為減少。

目前國內(nèi)，泡砂石較多的使用于拉制中堿玻璃纖維，特別是非鉑拉絲爐。