锆英石质耐火材料

锆英石质耐火材料是以天然锆英石砂(ZrSiO4)为原料制得的耐火砖。它属于酸性耐火材料，其抗渣性强，热膨胀率较小，导热系数随温度升高而降低，荷重软化点高，耐磨强度大，耐热震性好。已成为各种领域中的重要耐火材料。

锆英石质耐火材料有单一锆英石烧制成的锆英石耐火砖，还有以锆英石为主要原料，加入适当的烧结剂(最常用的是耐火粘土)制成的锆质砖。为了改善锆英石砖的性能，还有加入其它成分(如高铝矾土、电熔刚玉或氧化铬等等的特殊锆英石耐火砖。

一、锆英石原料的性质

锆英石(ZrSiO4)的理论组成为ZrO2 67.2%，SiO2 32.8%。经常含有0.5%～3.0% H2O，0～2%ThO2和微量稀土氧化物，因而带有微量的放射性。它主要是由酸性火成岩风化后，其母岩中的锆英石随着独居石，钛铁矿，金红石及石榴石等冲积至河床或海岸形成的沉积矿床。

锆英石是化学惰性物质，与酸(除HF外)、碱和一些熔融金属都不发生作用。纯ZrSiO4的耐火度在2000℃以上，若有杂质存在，会随杂质含量增加、耐火度相应降低。

锆英石在高温下会发生分解。由于锆英石的纯度、研究方法和试验条件的不同。许多研究所得的分解温度极不相同，其范围为1540～2000℃，而且随着温度的升高，分解愈加剧烈。分解产物为单斜型ZrO2和非品质SiO2。影响锆英石分解的因素有原料中杂质、粒度、加热温度、最高温度下的保温时间、炉内气氛、加热速度和冷却速度等。杂质中特别是与SiO2反应性强的(如Na2O、K2O、MgO、CaO、CrO、BeO、B2O3等)氧化物能显著促进锆英石的分解。所以在生产中必须注意原料的选择。

锆英石的烧结较困难。在高温下靠固相扩散作用，其速度非常缓慢，难于充分烧结。加入某些氧化物可促进其烧结。国外研究了28种氧化物对锆英石在1500℃烧结的影响表明，能促进其烧结而又不促进其分解的氧化物有：Cu2O、CuO、BeO、CeO、TiO2、P2O5、Fe2O3、NiO等八种。

二、锆英石质耐火材料的生产工艺

生产锆英石质耐火材料可以采用半干法、泥浆浇注法或挤压法等方法成型。由于锆英石原料本身无塑性并在高温下分解，所以在生产中对结合剂、粒度配合和烧成条件等方面必须采取与其相适应的工艺措施。通常，工业用的锆英石原料为砂粒状，粒度约为0.1～0.2mm，不能直接用来制耐火砖。为了便于调整耐火砖的颗粒组成和减少烧成收缩，一般采用两段的生产方法，即将锆英石砂和细粉预先制成团块，在低于锆英石分解温度下煅烧后，再将团块粉碎至适当粒度使用。生产锆英石砖时，将烧块用颚式破碎机破碎，再用滚式粉碎机粉碎。已粉碎的锆英石经磁选除铁，然后筛分成大于0.5mm和小于0.5mm的颗粒。小于0.5mm的颗粒可在振动磨中再细磨成＜0.088mm的细粉。

为了使耐火砖砖坯达到足够的密度，必须选择适宜的颗粒组成。

耐火砖砖坯要有足够的强度，需加入有机结合剂，采用半千法成型。由于锆石英本身烧结性差，而过高温度烧成，又会引起显著分解。因此，砖坯在烧成时要特别注意，通常以1550～1660℃温度烧成。.

锆英石耐火砖在使用时，由于耐火度高，受熔渣的化学侵蚀不易溶解，但熔渣可通过气孔向砖内部侵透，同时与分解了的锆英石粒子发生反应，形成变质层，使砖组织崩坯。为提高锆英石砖的使用效果，必须降低其熔渣的侵透性。改进方法有：

(1)通过调整颗粒组成和改变成型方法来制取气孔率和透气性低的耐火砖。不过用此方法制成的耐火砖，难免会使其耐热震性降低。

(2)向砖内加入某些物质、提高耐火砖与熔渣作用生成物的粘性。在实际生产中，可向锆英石料中加入高铝矾土或电熔氧化铝制成锆铝砖，以提高耐火砖的抗侵透性。但加入量不能过多，若A12O3超过20%时，由于被熔渣溶解的溶解度增加，会使耐火砖的抗渣性变坏。由于锆英石可塑性和烧结性都较差，可向砖料中加入粘土，能大大改善成型过程，提高干燥和烧成后耐火砖的密度，以及降低烧成温度。这样即是以锆英石作为抗侵蚀的瘠化料，用粘土作结合剂烧结而制得的锆质砖。

三、锆英石质耐火材料的性质及应用

锆英石砖的耐火度和荷重软化点均较高，热膨胀率小，其显著特点是使用时抗侵蚀性强，特别是对酸性渣和玻璃液具有较高的抵抗性，因而在建材工业广泛用于玻璃熔窑与玻璃液直接接触之处和上部结构。玻璃窑用致密锆英石砖按其理化指标可分为高级致密型zs—G和致密型zs—z二种牌号，其理化指标见下图。

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