基本介紹
- 中文名：硬質粘土
- 主要組成：高嶺石及硬水鋁石伊利石葉臘石
- 含量：為30~50%
- 耐火度：達1630~1700℃
介紹,成因類型,工業類型,分布情況,主要工業指標,礦石性質,工藝特性,主要用途,產品質量標準,利用工藝技術,開發利用現狀,發展趨勢,
介紹
一、 ；一、 ；礦產名稱 耐火粘土（Fire Clay）
二、 ；二、 礦床類型及其分布d
成因類型
中國套用的耐火粘土礦床的成因類型幾乎全部屬於沉積型。如表1所示。
表1 耐火粘土礦床成因類型與實例
礦床類型 ；礦 ；床 ；特 ；征 ；礦床實例
礦床賦存層位 ；礦石礦物成分 ；礦床規模
沉積在較老岩層不整合面上的礦床 ；石炭系二疊系底部 ；水鋁石、高嶺石為主 ；一般較大，沿走向延長1000~3500m，傾斜延深300~500m，厚幾至十幾米 ；河北趙各莊、山西太湖石、浙江方蒙山等礦床
夾於砂岩，砂頁岩、凝灰質岩中的礦床 ；石炭系、二疊系、侏羅系、第三系、第四系 ；高嶺石類礦物為主，含少量石英 ；一般厚1m左右，沿走向、傾斜延展幾十至幾千米，產狀平緩 ；河北古樓莊、內蒙古大青山、貴州陶關、吉林水曲柳等礦床
含煤岩系中的高嶺土質礦床 ；石炭系、二疊系 ；高嶺石為主。少量—水軟鋁石 ；與煤層共生，亦能構成單獨礦床 ；山西大同、內蒙古準格爾、陝西銅川等礦床
殘積礦床 ；高嶺石 ；中、小型 ；江西高嶺礦床
工業類型
耐火粘土是指耐火度大於1580℃的粘土，依其理化性能、礦石特徵和工業用途，一般分為軟質粘土、半軟質粘土、硬質粘土和高鋁粘土等四種。其相應的礦石工業類型劃分，見表2。
表2 ；耐火粘土礦石工業類型
礦石工業類型 ；礦物成分 Al2O3
含量% Fe2O3含量，
% ；耐火度℃ ；礦石外觀特徵 ；工業
用途 ；備註
主要礦物 ；次要礦物
高鋁
粘土 ；一水硬鋁石 ；高嶺石、—水軟鋁石 >50 <3 ；≥1770 ；豆狀、鮞狀、角礫狀、緻密塊狀、堅硬粗糙狀、土狀 ；高鋁質耐火材料 ；化學
成分
以熟
料計
硬質
粘土 ；高嶺石 ；一水硬鋁石、三水鋁石、地開石、伊利石、葉蠟石 >30 ；≤3.5 ；≥1630 ；緻密塊狀、鮞狀、貝殼狀 ；粘土質耐火材料
半軟質粘土 ；高嶺石 ；伊利石—水硬鋁石 ；≥25 ；≤3.5 ；≥1630 ；塊狀、片狀 ；結合劑 ；化學成分以生料計
軟質
粘土 ；高嶺石—伊利石 >22 ；≤3.5 ；≥1580 ；土狀、片狀 ；結合劑
鈉蒙脫石—伊利石
註：高鋁粘土、硬質粘土不具可塑性，半軟質粘土、軟質粘土具有可塑性。
分布情況
耐火粘土是中國的優勢資源，也是世界上耐火粘土的主要出口國。中國的耐火粘土礦石類型及品種齊全，礦床分布廣泛，全國礦產地達254處以上，主要分布在山西、河南、河北、山東、貴州、遼寧、內蒙、吉林及湖北等省，這八個省區已探明的儲量占全國的76%。山西、河南及貴州主要產高鋁粘土，硬質粘土則多產於遼寧、內蒙、河北、山東、河南、湖北、安徽和四川，軟質粘土主要分布在黑龍江、吉林、內蒙、山西、湖南及廣東等地。
耐火粘土礦多分布於儲煤盆地內，對開發十分有利，主要礦產地有：山西陽泉、孝義、河南鞏義、新安、河北唐山、沙河、山東章丘、淄博、貴州修文、內蒙準格爾、遼寧復縣、吉林舒蘭、黑龍江牡丹江、安徽淮北、湖北恩施、宜城、陝西銅川等耐火粘土
礦。
耐火粘土礦多分布於古陸邊緣，有一些礦床分布於古侵蝕面上。約有80%的礦床產於石炭——二疊紀，10%礦床產於侏羅紀，其餘產於第三紀、第四紀。
主要工業指標
耐火粘土地質評價用的一般工業指標見表3。
表3 ；耐火粘土地質評價用的一般工業指標
礦石
類型 ；礦石
品級 ；主要化學組分，% ；燒失量
≤，% ；耐火度
≥，℃ ；可塑性
指 標 ；說明
Al2O3，≥ Fe2O3，≤ CaO，≤
高鋁
粘土 ；特級 85 2.0 0.6 15 1770 ；化
學
組
分
以
熟
料
計
Ⅰ級 80 2.5 0.6 15 1770
Ⅱ級 ；甲 70 3.0 0.8 15 1770
乙 60 3.0 0.8 15 1770
Ⅲ級 50 2.5 0.8 15 1770
硬質
粘土 ；特級 44 1.2 15 1750
Ⅰ級 40 2.5 15 1730
Ⅱ級 35 3.0 15 1670
Ⅲ級 30 3.5 15 1630
半軟
質粘
土 ；Ⅰ級 35 2.0 16 1690 1~2.5 ；化學
組分
以生
料計
Ⅱ級 30 2.5 16 1670
Ⅲ級 25 3.5 16 1630
軟質粘土 ；Ⅰ級 30 2.0 18 1670 ；≥2.5
Ⅱ級 26 2.5 18 1610
Ⅲ級 22 3.5 18 1580
開採技術條件：礦石最低可采厚度（真厚度），地下開採0.8~1.0m；露天開採0.5~0.8m；夾石剔除厚度0.5~0.8m；露天剝離比≤15。
當粘土礦石中雜質含量高時，可參考如下指標：
① 高鹼質高鋁粘土：除按一般要求外，並要求K2O+Na2O<1.5~2%，TiO2<4.5%（只能制低級高鋁製品或無荷重軟化溫度要求的澆鑄用磚）。
② 高鹼硬質粘土：某些地區的高鹼硬質粘土，當其它有害組分含量較低時，也可作耐火粘土使用，其參考指標見表4。
③ 高鈦耐火粘土：除按一般工業要求外，並要求TiO2<15%（高鋁粘土）和TiO2≤7.5%（硬質粘土）。
④ 高鐵硬質粘土：在缺少硬質粘土的地區，或硬質粘土的鐵質以結核狀黃鐵礦、白鐵礦等形式存在時，如採用特殊工藝制磚，對Fe2O3含量要求可小於5%；如鐵質以分散狀態存在並採用化學方法處理時，Fe2O3可要求<14%。
表4 ；高鹼硬質粘土的參考指標
品級 ；化 ；學 ；成 ；分， % ；耐火度
℃≤ ；用 ；途
Al2O3, Fe2O3 K2O+Na2O
Ⅰ級 ；≥43 ；≤1.3 <1.3 <1730 ；可制通用磚
Ⅱ級 ；≥40 ；≤1.8 ；≤2.8 <1670 ；可制下注磚
Ⅲ級 ；≥38 ；≤2.2 <4 >1630 ；亦可制下注磚
註：以上各品級礦石雜質總量均應<9%。
礦石性質
⒈礦石的礦物組成
耐火粘土中常見的主要礦物有：一水硬鋁石、一水軟鋁石、三水鋁石、珍珠陶土、高嶺石、地開石、水鋁英石、埃洛石、伊利石、葉臘石、蒙脫石；次要礦物有：褐鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦、菱鎂礦、鈦鐵礦、金紅石、白鈦礦、脫鈦礦、石英、蛋白石、玉髓、電氣石、鋯石、石榴石、長石、角閃石、輝石、榍石、方解石、白雲石、石膏等。
耐火粘土的有害雜質主要有鐵的氧化物、氫氧化物、硫化物、碳酸鹽、游離SiO2、鈣和鎂的碳酸鹽和硫酸鹽、錳的氧化物、鉀、鈉的氧化物、碳質和有機質等。此外，鈦的氧化物常因其含量的多少，而在耐火粘土中有不同的作用。
耐火粘土的化學成分，一般不穩定，其主要成分為Al2O3、SiO2、H2O，次要成分為TiO2、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、Na2O、K2O、CO2、SO3以及有機物等。
⒉目的礦物的礦物特徵
耐火粘土是一種以高嶺石為主體的多種礦物的混合物。中國根據現行耐火原料的化學成分技術指標，將耐火度大於1580℃的粘土和耐火度大於1770℃的鋁土礦通稱為耐火粘土。
軟質粘土的主要礦物組成為高嶺石、伊利石和蒙脫石，Al2O3含量低，一般為22~30%，耐火度大於1580℃，較硬質粘土低。軟質粘土一般呈土狀或似土狀，顆粒細小，粒徑常小於5微米，易風化，在水中易浸散，可塑性好，結合性強。
半軟質粘土的主要礦物組成為高嶺石，也含伊利石和硬水鋁石，Al2O3含量為25~30%，有的達30%以上。其特性介於軟質及硬質粘土之間，可塑性較低，有一定的結合性，耐火度一般大於1630℃。
高鋁粘土的主要礦物為一水硬鋁石，其它有軟水鋁石、三水鋁石和高嶺石等，Al2O3含量（熟料）在50%以上，有時可達90%以上，耐火度在1770℃以上，在高溫下強度大，抗渣性強。高鋁粘土呈緻密塊狀或鮞狀，表面粗糙，硬度大。難風化，沒有可塑性。
工藝特性
⒈工藝特性
耐火粘土的工藝特性主要有分散性、可塑性、結合性和燒結性。這些性質直接影響其作為耐火材料的套用性能。
耐火粘土的分散性取決於其微細粒級（小於0.2~2微米）含量的多少，因此，軟質粘土是一種高分散性的物質，而其它耐火粘土的分散性則由研磨後的粉碎程度決定。
耐火粘土的可塑性和結合性均由其分散性決定，並且可塑性與結合性關係密切。在多數情況下，可塑性強，其結合性亦強。因此，在生產中通常都以可塑性來判斷其結合性能的強弱，並根據可塑性確定成型工藝和結合劑的配比，以製作各種耐火製品。
耐火粘土的燒結性是指耐火粘土經煅燒後能獲得一定密度和強度的性能，無論對結合粘土還是對燒制熟料用的高鋁粘土和硬質粘土，都是一項重要的工藝性質。一般來說，原料的燒結性取決於其礦物組成和化學成分，Al2O3含量高的燒結性好，而雜質含量高時會降低其燒結性。
主要用途
耐火粘土的主要用途是製作耐火材料。用耐火粘土製作的耐火材料具有耐火度高，熱穩定性好以及抗酸、鹼性爐渣的性能，加之資源豐富，有傳統的套用經驗，工藝較簡便，生產成本低等特點，所以套用範圍最廣，品種最多，用量最大，幾乎所有工業窯爐及熱工設備都要用耐火粘土製品。中國耐火材料產量中，耐火粘土製品占80%以上。其中硬質粘土主要作為耐火粘土磚的骨料，用於鋼鐵工業的各種冶煉爐及盛鋼桶的襯磚、流鋼磚、澆鋼設施、也用於加熱爐、均熱爐及其它工業窯爐。硬質粘土與工業氧化鋁結合，可製作合成莫來石；與石墨結合，可製作耐火製品石墨—粘土磚和石墨—粘土坩堝等。高鋁粘土主要用作高鋁耐火材料高鋁磚的骨料，用於鋼鐵工業高爐、平爐、電爐、盛鋼桶及加熱爐、均熱爐等重要部位的內襯，以及其它工業窯爐的重要部位；還可與煅燒鎂砂製作鋁鎂磚；與燒結氧化鋁配合製作剛玉磚等。Fe2O3含量高的高鋁粘土還作為鐵礬土原料，用於煉鋼的造渣料，或用於水泥工業製作高鋁水泥。軟質粘土和半軟質粘土多作為結合粘土，用於製品成型的結合劑。
產品質量標準
⒈有用元素及主要伴生元素對原料的影響
耐火粘土的性能主要取決於有益組分鋁礦物和粘土礦物的量，其它雜質礦物如Fe2O3、SiO2、K2O、Na2O、CaO、MgO及TiO2等統稱為“熔劑”組分，含量多時會降低原料的耐火度。
⒉部頒標準
①． ；①． ；高鋁粘土熟料產品部頒標準：見表5。
②． ；②． ；硬質粘土熟料產品部頒標準：見表6。
③． ；③． ；軟質及半軟質粘土產品部頒標準：見表7。
④． ；④． ；用於陶瓷原料對耐火粘土的質量要求：原料質量均一；Fe2O3≤0.5%；具有適當的可塑性；燒成後色澤純白，不變形；成型乾燥時收縮均一，無龜裂。
⑤． ；⑤． ；其它用途的質量要求：尚無標準，可參考主要用途質量要求。
表5 ；高鋁粘土熟料產品物理化學性質指標（YB2212—82）
等 ；級 ；化 學 組 分， % ；耐火度
℃ ；密度
g/cm3
Al2O3, CaO Fe2O3
特級品 >85 ；≤0.6 ；≤2.0 ；≥1790 ；≥3.00
一級品 >80 ；≤0.6 ；≤3.0 ；≥1790 ；≥2.80
甲70~80 ；≤0.8 ；≤3.0 ；≥1790 ；≥2.65
二級品 ；乙60~70 ；≤0.8 ；≤3.0 ；≥1770 ；≥2.55
三級品 50~60 ；≤0.8 ；≤2.5 ；≥1770 ；≥2.45
表6 ；硬質粘土熟料產品物理化學性質指標（YB2211—82）
等 ；級 ；化 學 組 分， % ；耐火度
℃ ；密度
g/cm3
Al2O3 Fe2O3
特級品 44~50 ；≤1.2 ；≥1750 ；≥2.45
一級品 ；甲44~50 ；≤1.6 ；≥1750 ；≥2.40
乙42~50 ；≤2.5 ；≥1730 ；≥2.35
二級品 36~42 ；≤3.5 ；≥1670 ；≥2.30
三級品 30~36 ；≤3.5 ；≥1630 ；≥2.25
表7 軟質及半軟質粘土產品物理化學性質指標（YB2213—78）
指標
等級 ；化 學 組 分， % ；耐火度
℃ ；燒失量
%
Al2O3 Fe2O3
一級品 >30 ；≤2.0 ；≥1670 ；≤17
二級品 26~30 ；≤2.5 ；≥1610 ；≤17
三級品 22~26 ；≤3.5 ；≥1580 ；≤17
⒊企業標準
中國主要耐火粘土礦產品原料企業及生產的產品、規格見表8。
中國生產耐火粘土製品的廠家有：上海耐火材料廠、鞍鋼耐火材料廠、武鋼耐火材料廠、洛陽耐火材料廠等。
表8 中國生產耐火粘土的主要企業、產品及規格
企 ；業 ；名 ；稱 ；主要產品 ；規 ；格， %
Al2O3, Fe2O3 SiO2
攀鋼二灘粘土礦 ；粘土礦 40~60 ；≤3
重鋼樂山粘土礦 ；粘土礦 47~49.7 ；≤2.56
武鋼焦作粘土礦 ；軟質粘土
硬質粘土 36.31
40~48 1.51
⒈2~1.5
包鋼峙峪軟質粘土礦 ；軟質粘土 29.56 2.16
包鋼雜懷溝硬質粘土礦 ；硬質粘土 37~42 0.7~1.2
太鋼東山軟質粘土礦 ；軟質粘土 >30 <3.5
秦皇島耐火材料廠礦山 ；粘土礦 36~48 <3.5
開灤古冶礬土礦 ；硬質粘土
軟質粘土
鐵鋁礬土 45.5~66.84
39.15~42.25
>48 1.46~2
2~2.06
13~15 >23
吉林舒蘭縣吉田水曲柳粘土礦 ；粘土礦 20~35 2~4
本鋼田師傅粘土礦 ；粘土礦 >39 <2.5
鞍鋼復州灣粘土礦 ；粘土礦 35~39 2.1~2.3
山東洪山鋁土礦 ；硬質粘土
高鋁礬土 39.8
25 1.3
⒈3
山東博山粘土礦 ；粘土礦 36~41 <2.5
利用工藝技術
⒈ 1． 綜合利用技術方法及工藝流程
耐火粘土選礦提純的目的主要是降低“熔劑”組分的含量。針對礦石中的有害雜質成分而分別採取不同的方法。
① 耐火粘土的脫矽：脫矽一般採用單一浮選法。
② 高鋁粘土脫鐵、鈦雜質：以黃鐵礦存在的粗粒嵌布鐵雜質採用浮選法脫除；以微細粒嵌布的鐵、鈦雜質可用高梯度磁分離技術脫除；對於以微細粒、超顯微包體及類質同象形式存在的鐵、鈦雜質，採用選擇性的氯化揮發方法是較為有效的途徑。
③ 高鋁粘土的脫鉀、鈉雜質：鉀、鈉主要以水雲母和白雲母的形式存在於礦石中，可採用浮選法脫除。
⒉ 2． 開發生產實例
① 耐火粘土的脫矽
如對山西、河南等地的耐火粘土礦石，經細磨至-200目占97%，以碳酸鈉為調整劑，六偏磷酸鈉為抑制劑，氧化石臘皂和塔爾油為捕收劑，浮選結果，礦石的鋁矽比由5左右提高至8以上。
② 高鋁粘土脫鐵、鈦雜質
對湖南辰溪礦石，經磨礦至-200目占30~50%，在自然pH條件下，用丁基黃藥作捕收劑，用量50g/t，並加適量2號油，採用最簡單的一次選別流程可有效地脫除黃鐵礦雜質。
採用高梯度磁分離技術對山西陽泉特級礦進行分離試驗，Fe2O3由1.48%降至0.70%，TiO2的脫除率達到88%。
③ 高鋁粘土的脫鉀、鈉雜質
對河南鞏義二級高鋁粘土礦石，經磨礦至-37um占80%，礦漿pH值9~10，六偏磷酸鈉為分散劑，用量100g/t，以油酸鈉和塔爾油混用作為捕收劑，用量分別為500和1000g/t，經一次粗選五次精選流程，K2O和Na2O的含量分別由2.25%和0.14%降至0.43%和0.05%。
開發利用現狀
⒈ 1． 開發利用現狀、存在問題及解決對策
截止1994年，全國已開發利用的礦產地有115處，另外還有地方中小企業和集體礦山1000餘座。1994年全國耐火粘土成品礦產量874.5萬噸。在對外貿易中，耐火粘土礦以出口為主，也有少量進口。高鋁粘土是中國耐火粘土礦出口的主要品種，在國際上享有盛譽，具有較強的競爭力。
全國所需耐火粘土的很大部分是由集體礦山和民采提供的，而國有礦山產量僅占總產量的18%左右。比例嚴重失調。
針對這一情況應採取的措施：打破行業界限，實行一礦為主、多種經營，加速礦山採礦和加工技術改造，提高礦山的經濟效益。鼓勵和扶植小礦聯合經營，形成生產規模、走集約化的道路。
發展趨勢
隨著科學技術的進步，耐火粘土的套用領域也在不斷擴大，出口產品的數量逐年遞增，為適應鋼鐵冶金及高溫節能技術的發展要求，要擴大出口貿易，今後耐火粘土的發展趨勢是提高產品質量、增加產品品種，降低消耗；為了提高資源利用率，要大力提倡資源綜合開發和綜合利用；要以出口為導向促進中國耐火粘土由初級產品向高純、超細、均化、合成、改性和產品系列化的深加工方向發展。
