摘  要

蠟石是一種天然的礦物，習慣上也稱(chēng)葉蠟石，從礦物組成和化學(xué)成分來(lái)分類(lèi)，共分成4種類(lèi)型。本文對4種類(lèi)型的葉蠟石礦物的礦物組成、化學(xué)成分、加熱變化等耐火材料特性分別進(jìn)行了描述。結合國內葉蠟石礦的現狀，提出了鋼鐵行業(yè)耐火材料用葉蠟石的粒度規格和化學(xué)成分分級建議，對葉蠟石在鋼鐵行業(yè)的穩定使用有著(zhù)建設性的意義。

關(guān)鍵詞：葉蠟石     鋼鐵     耐火材料     炮泥     蠟石磚  

1 、葉蠟石概況

蠟石是一種天然的礦物，其主要組成礦物為葉蠟石(Pyrophyllite)，一般以致密塊狀產(chǎn)出，具有油脂或蠟狀光澤，觸摸有滑膩感，故得名蠟石，習慣上也稱(chēng)作葉蠟石。世界上五大洲均有蠟石礦產(chǎn)出，但規模大、有價(jià)值的礦床則集中分布于環(huán)太平洋的中國、日本、韓國、美國、澳大利亞等國。中國已探明的蠟石礦主要分布在福建、浙江兩省，約占全國總數的75%。

葉蠟石的外觀(guān)顏色隨伴生礦物的不同而變化，有白色、灰白、淺綠、黃褐、黑色等，較純的葉蠟石礦石呈白色，莫氏硬度1.0~2.5，比重2.66~2.99g/cm3，耐火度1610~1710℃，水鋁石質(zhì)蠟石耐火度高達1730~1770℃，線(xiàn)膨脹系數平均為6×10^-6/℃。

2 、葉蠟石的分類(lèi)

葉蠟石是蠟石礦中的最主要礦物，其化學(xué)式為：Al₂ [Si₄O₁₀](OH)₂，或可寫(xiě)成Al₂O₃·4SiO₂·H₂O，理論化學(xué)成分：Al₂O₃含量28.3%，SiO₂含量66.7%，H₂O含量5.0%。

自然界中單獨以純葉蠟石礦物形態(tài)存在的蠟石礦非常少見(jiàn)，一般會(huì )同時(shí)伴生好幾種礦物，除了葉蠟石以外，其他的伴生礦物主要有：水鋁石、高嶺石族礦物(高嶺石、迪開(kāi)石等)、絹云母、石英類(lèi)物質(zhì)(石英、玉髓等)。

組成蠟石的礦物成分相當繁多，其礦物組成差別也很大，一般按其礦物組成再結合化學(xué)成分而進(jìn)行分類(lèi)，分為硅質(zhì)蠟石、葉蠟石質(zhì)蠟石、高嶺石質(zhì)蠟石、水鋁石質(zhì)蠟石等4種，如表1所示。

表1  葉蠟石的分類(lèi)

硅質(zhì)蠟石中主要礦物為葉蠟石，次要礦物有石英、玉髓等，雜質(zhì)礦物主要有褐鐵礦等。此類(lèi)蠟石在葉蠟石礦中占比最大，廣泛應用于陶瓷、填料、玻璃纖維及耐火材料等。

葉蠟石質(zhì)蠟石主要礦物為葉蠟石，含量在90%以上，其他為玉髓、褐鐵礦、水鋁石等。此類(lèi)蠟石是品味最好的蠟石，廣泛應用于雕刻、陶瓷、填料、玻璃纖維及耐火材料等。

高嶺石質(zhì)蠟石主要礦物為高嶺石，次要礦物為葉蠟石和絹云母，雜質(zhì)礦物有褐鐵礦、金紅石等，可以用于制造陶瓷、玻璃纖維、耐火材料等。

水鋁石質(zhì)葉蠟石主要礦物為葉蠟石，次要礦物為水鋁石，含微量褐鐵礦、金紅石等，可以用于制造耐火材料、玻璃坩堝。

表中可見(jiàn)四種蠟石化學(xué)成分的變化，Al₂O₃含量從左到右逐漸提升，SiO₂含量從左到右逐漸降低。

3 、葉蠟石的耐火材料特性

3.1 化學(xué)成分

蠟石礦中除了葉蠟石以外，還伴生有石英、玉髓、高嶺石、絹云母、水鋁石等礦物，所以，除了葉蠟石型蠟石的化學(xué)組成接近理論組成外，其余類(lèi)型的蠟石，化學(xué)組成與理論組成相差較大。

蠟石的一般化學(xué)成分為：Al₂O₃：15~40%，SiO₂：55~85%，LOI：3~10%，Fe₂O₃、TiO₂、R₂O、CaO、MgO等雜質(zhì)含量一般較低。LOI隨SiO₂含量的增加或Al₂O₃含量的減少而下降。雜質(zhì)含量主要受伴生礦物的影響，與Al₂O₃、SiO₂之間基本沒(méi)有規律性。Fe₂O₃和R₂O是蠟石礦物中最常見(jiàn)的有害雜質(zhì)，其含量高的話(huà)會(huì )明顯降低蠟石礦物的耐火度，而且還會(huì )影響到產(chǎn)品的抗侵蝕性能。

3.2 加熱變化

3.2.1、機械強度與硬度變化

葉蠟石在加熱過(guò)程中耐壓強度、硬度隨著(zhù)溫度升高而升高，如表2和表3所列，其原因是隨著(zhù)溫度升高，葉蠟石脫水過(guò)程中物相和結構發(fā)生了變化。

表2 葉蠟石加熱過(guò)程中的耐壓強度變化

表3 葉蠟石加熱過(guò)程中的硬度變化

3.2.2、加熱脫水

葉蠟石在600℃左右開(kāi)始脫水逐漸轉變?yōu)槊撍~蠟石，至900℃脫水基本完成，至1200℃左右，脫水葉蠟石開(kāi)始轉變?yōu)槟獊?lái)石和方石英，其反應式如圖1所示：

圖1  葉蠟石脫水反應式

在1200～1350℃，隨著(zhù)莫來(lái)石、方石英含量增加，總體呈現出膨脹，在此溫度段，礦物中的石英也逐步轉化為方石英，體積明顯產(chǎn)生膨脹。從室溫開(kāi)始的整個(gè)升溫過(guò)程中，總的膨脹范圍在1.2~2.1%之間。

由于葉蠟石含結構水很少(僅5.0%左右)，在加熱過(guò)程中因脫水產(chǎn)生的體積收縮小，脫水過(guò)程比較緩慢，脫水過(guò)程也較長(cháng)，從600℃延續到900℃左右，加熱脫水后至1200℃之前仍保持原來(lái)晶體結構，不發(fā)生新的結晶作用與結合，晶體結構較為穩定?；谝陨闲再|(zhì)，蠟石作為耐火材料，可以不用煅燒，而是直接使用生料。

4 、鋼鐵行業(yè)耐火材料應用

4.1 葉蠟石現有標準

葉蠟石相關(guān)的現有最新國家標準或行業(yè)標準，是冶金標準YB/T 4701-2018《耐火材料用葉蠟石》。其規定了耐火材料用葉蠟石的術(shù)語(yǔ)和定義、牌號、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規則、包裝、標志、運輸、儲存和質(zhì)量證明書(shū)。

現行冶金標準YB/T 4701-2018《耐火材料用葉蠟石》中，將葉蠟石分為L(cháng)S72、LS78、LS82幾個(gè)牌號，如表5所示。

然而，現行冶金標準YB/T 4701-2018《耐火材料用葉蠟石》這幾種牌號并不能真正反映葉蠟石的實(shí)際情況，其化學(xué)成分與實(shí)際情況出入較大。

表4 冶金標準YB/T 4701-2018《耐火材料用葉蠟石》理化指標

4.2 葉蠟石在鋼鐵行業(yè)耐火材料中的常規應用

葉蠟石型蠟石和硅質(zhì)蠟石這兩類(lèi)蠟石，具有低鋁高硅的特性，可以用來(lái)生產(chǎn)耐堿磚，也可以生產(chǎn)鋼包內襯材料，即蠟石磚。這一是利用葉蠟石受熱后具有不太大的膨脹性，有利于提高砌筑體的整體性，降低熔渣對磚縫的侵蝕作用；二是熔渣與磚面接觸后，能形成約1~2mm的有黏度的硅酸鹽熔融物，阻礙了熔渣向磚內的滲透，從而提高了制品的抗熔渣侵蝕能力。

葉蠟石型蠟石和硅質(zhì)蠟石這兩類(lèi)蠟石，在耐火材料中還有一個(gè)非常重要的應用，是作為高爐炮泥的重要原料。作為炮泥原料的葉蠟石，其應用的粒度范圍比較寬，包括粗顆粒、細顆粒、細粉、微粉等，幾乎覆蓋了炮泥原料的全部粒度范圍。在炮泥原料中，葉蠟石可以有效代替棕剛玉、礬土、焦寶石、藍晶石、絹云母、粘土等常用原料，代替后可以保持同等的炮泥品質(zhì)。

葉蠟石在作為蠟石磚原料和炮泥原料使用時(shí)，無(wú)需經(jīng)過(guò)煅燒，可以直接使用生料，有效減少了煅燒過(guò)程中不可避免的溫室氣體排放，對環(huán)境有益。同時(shí)，葉蠟石的價(jià)格低廉，性?xún)r(jià)比極高，明顯的降低了制品的綜合成本。

4.3 葉蠟石常用粒度規格

作為耐火材料原料的葉蠟石，粒度規格有5~3mm、3~1mm、1~0mm、200目、325目、微粉等幾種。最常用的有3種，分別是3~1mm粗粒、1~0mm細粒和200目細粉。其中用量最大的3~1mm粗粒，占比70%以上，1~0mm細粒和200目細粉占比20~25%。葉蠟石3種常用粒度規格的控制范圍見(jiàn)下表：

表5  葉蠟石3種常用粒度規格的控制范圍

由于葉蠟石的使用特性，3~1mm粗粒的需求量最大，在生產(chǎn)過(guò)程中3~1mm粗粒是主產(chǎn)品，粒度相對較容易控制在范圍內；細粉是在專(zhuān)門(mén)的磨粉機器內加工，完全可以按細粉粒度的需要來(lái)控制相應的粒度。而處于中間段的1~0mm細粒，是加工3~1mm粗粒的副產(chǎn)品，隨著(zhù)礦石來(lái)源地不同、品位不同、水分波動(dòng)、空氣濕度影響以及生產(chǎn)設備自身等原因，1~0mm細粒的粒度經(jīng)常會(huì )出現細粒過(guò)少、細粉偏多的情況，市面上的1~0mm細粒大部分都存在此情況，導致炮泥加油量波動(dòng)較大，無(wú)法正?？刂?，進(jìn)而影響炮泥使用品質(zhì)。所以，控制1~0mm細粒的粒度在正常粒度范圍內是其決定能否正常使用的關(guān)鍵所在。

4.4 葉蠟石化學(xué)成分

葉蠟石理論化學(xué)成分：Al₂O₃含量28.3%，SiO₂含量66.7%，H₂O：5.0%。

耐火材料常用的蠟石的化學(xué)成分范圍為：Al₂O₃含量12~25%，SiO₂含量70~85%，LOI范圍3~5%，Fe₂O₃≤1%， K₂O≤1%， Na₂O≤1%，TiO₂、CaO、MgO等雜質(zhì)不計。

葉蠟石化學(xué)成分中Fe₂O₃、K₂O、Na₂O等雜質(zhì)的含量，主要與伴生的礦物組成有關(guān)，與Al₂O₃含量和SiO₂含量并無(wú)關(guān)系。因此，不宜以Al₂O₃含量和SiO₂含量的變化來(lái)相應制定Fe₂O₃、K₂O、Na₂O等雜質(zhì)的含量范圍，而是把Fe₂O₃、K₂O、Na₂O當作單獨的指標來(lái)制訂。

對于耐火材料常用的葉蠟石型蠟石和硅質(zhì)蠟石，首先，Al₂O₃含量和SiO₂含量是一對重要的指標，一般的情況是：Al₂O₃含量更高的蠟石品質(zhì)更優(yōu)，其相應的SiO₂含量低。

Fe₂O₃、K₂O、Na₂O是相對獨立的指標，在耐火原料使用習慣上常把K₂O+Na₂O作為一個(gè)整體來(lái)評價(jià)。葉蠟石與高嶺土、云母類(lèi)礦物類(lèi)似，經(jīng)常伴生有含水氧化鐵、褐鐵礦、云母、長(cháng)石類(lèi)等礦物，因而，Fe₂O₃、K₂O、Na₂O的范圍很寬。常用的控制指標是：Fe₂O₃含量≤1%、K₂O含量≤1%、Na₂O含量≤0.5%。

4.5 葉蠟石建議分級方法

基于以上分析的葉蠟石化學(xué)成分的情況，我們提出葉蠟石提議分級標準，如表6所示。以葉蠟石的Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O這四種成分為基礎，逐個(gè)對這四種成分單獨確定其對應的等級，如表7實(shí)施例1，其四種化學(xué)成分對應的等級分別為B、A、B、A；表7實(shí)施例2中，其四種化學(xué)成分對應的等級分別為B、B、C、B。表7實(shí)施例3中，其四種化學(xué)成分對應的等級分別為B、D、B、A。

表 6 葉蠟石建議分級標準

總評時(shí)，在每種原料對應的四個(gè)等級中，去除最低的一個(gè)等級檔次，以比最低檔高一檔的評級及對應數量作為總評結果。實(shí)施例1中，去除2個(gè)B級，總評為2A級；實(shí)施例2中，去除1個(gè)C級，總評為3B級。實(shí)施例3中，最低級為D級，總評為C級。

表 7 葉蠟石建議分級標準實(shí)施例

葉蠟石作為中型以上高爐（內容積2000m3以上）炮泥或蠟石磚應用時(shí)，建議選用等級為A級或以上的產(chǎn)品，即Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O這4個(gè)指標中，至少有1項為A級或AA級，另外的幾項全部為B級。在特大型高爐（內容積4000m3以上）炮泥應用時(shí)，建議選用AA級產(chǎn)品，即Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O這4個(gè)指標中，至少有1項AA級，另外的幾項全部為A級。

葉蠟石作為小型高爐炮泥應用時(shí)，建議選用等級為B級以上的產(chǎn)品，即Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O這4個(gè)指標中，至少有1項為B級或B級以上，另外的幾項全部為C級。

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