蛭石独特的工业性能是高温下具有较高的稳定性和高的耐火度,其工业价值在于烧成时在400~1 000℃的温度范围内具有快速体积膨胀性,可以达到初始体积的20倍以上。在用还原剂对蛭石进行热处理时,首先会还原出铁。目前,从矿物原料中去除金属的方法是湿法冶金加工。这种方法步骤复杂而且劳动量大。有研究介绍了利用氢气在900 ℃以上的温度下去除陶瓷原料中金属的可能性。俄罗斯的研究人员根据此研究结果研究了利用氢气去除蛭石中的铁的工艺。试验所用原料的组成(w):MgO 18%,Fe2O3 17%,FeO 3%,SiO2 40%,Al2O3 12%,H2O 8,K2O5%,TiO2 1.5%,C 3.5%。
试验所得数据热力学分析结果:在所进行的体系中,高于500 ℃的温度下出现氢气,同时产生一氧化碳。在这一温度下还生成有富氏体,这种富氏体的生成与蛭石的分解有关,并能从中分解出FeO。从700 ℃开始发生铁的还原,形成气相氢化铁FeH,随着氢化铁的生成,铁含量逐渐降低到零。1 100 ℃后FeH生成反应最剧烈。蛭石与氢气的反应采用了两种方法,第一种是在高温下使用未烧的石油焦作为氢气源,第二种方法是使用含有煤焦粉的水蒸气为氢气源。
研究蛭石除铁工艺时,将原始的蛭石和采用两种方法焙烧的蛭石破碎到同样的粒度,用化学分析法分析其铁含量,结果见表1。
表1 原始的蛭石和烧成后蛭石中铁含量
蛭石试样的焙烧 |
焙烧温度 |
试样中铁含量/% | |
原始料中 |
焙烧料中 | ||
使用石油焦 |
1 100 |
15.5 |
5.8 |
1 200 |
15.5 |
8.5 | |
1 300 |
15.5 |
9.3 | |
使用煤焦和水蒸气 |
1 100 |
15.5 |
5.2 |
1 200 |
15.5 |
3.8 | |
1 300 |
15.5 |
3.6 | |
注:升温速度10 ℃·min-1,焙烧时间0.5 h。 |
从焙烧后试样的显微照片中可以看出使用石油焦焙烧的蛭石试样中体积显著增大。由此可以认为与原来的膨胀蛭石相比焙烧后蛭石体积的增加可降低其热导率,因此可以提高蛭石的隔热性能。
根据试验结果可以认定,膨胀蛭石与氢气在1 100~1 200 ℃的温度范围内发生反应可形成挥发性化合物FeH(气态),将铁从蛭石中去除后有助于颗粒内各连接层的进一步分裂,可增大其体积,提高蛭石的隔热性能。
(编译自俄刊《新型耐火材料》2010,№9)