耐火材料中的水分對于礦物的影響

耐火材料中的水有結構水、結晶水、游離水（又稱為自由水），下面請看詳細介紹。

 

 

什么叫結構水？

礦物中的結構水一般是指呈H+、OH-或H30+的離子狀態(tài)(較常見的是OH負離子）加入礦物晶格構造的。這些離子在礦物晶格中占有一定的位置，其含量一定，結合牢固。只有在600?l000°C的條件下，晶格的結構被破壞后，才能逸出。如高嶺石失水溫度為580°C，滑石為950℃，蛇紋石為670°C，氫氧鎂石為410℃。

 

什么叫結晶水？

水以中性分子（H20)的形式參加礦物的結晶構造，并占有固定的位置，水分子的數(shù)量與礦物中其他成分成簡單整數(shù)比的水叫結晶水。結晶水在礦物晶格中結合牢固程度遠比結構水差。一般當受熱達到200?500°C時，會失水。個別礦物的失水溫度高達600℃。伴隨著結晶水的脫失，原礦物的晶體結構要發(fā)生破壞或被改造，從而重建新的晶格成為另一種礦物，并引起礦物物理性質的變化。

 

什么叫自由水？

自由水又稱為游離水，是指不參與礦物的晶格組成，而是以機械吸附的形式存在于礦物中的水，因而含量不定。物料中所含的水分超出平衡水分的那一部分。平衡水分是指當物料與空氣相接觸時，物料表面所產(chǎn)生的蒸氣壓與空氣中水蒸氣分壓相等時，物料中所含的水分。此時物料中的水分與空氣處于動平衡狀態(tài)。游離水分是能用一般的干燥方法除去。

 

由于表面能作用而吸附在礦物表面和縫隙中的普通水，也叫吸附水。它視其存在狀態(tài)又可分為薄膜水、毛細管水、膠體水。吸附水的含量隨溫度的不同而變化。在常壓下，當加熱到100?110℃時，可全部從礦物中逸出，但膠體水逸出的溫度較高，約100?250℃。

 

此外還有以中性分子形式存在于某些具有層狀結構的硅酸鹽礦物中的層間水，存在于沸石族礦物晶格中的沸石水。它們的性質相似，介于結晶水與吸附水之間。

 

高爐爐料中的水(游離水和結晶水)的蒸發(fā)對高爐生產(chǎn)有什么影響?

爐料中的結晶水主要存在于水化物礦石(如褐鐵礦2Fe2O3·3H20)和高嶺土(Al2O3·2SiO2·2H20)中間。高嶺土是黏土的主要成分，有些礦石中含有離嶺土。試驗表明，褐鐵礦中的結晶水從200℃：開始分解，到400?500℃才能分解完畢。高嶺土中的結晶水從400℃開始分解，但分解速度很慢，到500 - 600℃迅速分解，全部除去結晶水要達到800?1000℃。

 

高溫下分解出來的結晶水與高爐內的碳發(fā)生下列反應：

500?850℃之間：

850℃以上：

可見，高溫區(qū)分解結晶水，對高爐冶煉是不利的，它不僅消耗焦炭，而旦吸收高溫區(qū)熱量，增加熱消耗，降低爐缸溫度。

到達高溫區(qū)分解參加上述反應的結晶水所占比例稱為結晶水高溫區(qū)分解率，一般ФH2O = 0.3?0.5，即有30% ~50%的結晶水在高溫區(qū)分解。

 

高爐原料中的游離水對高爐冶煉的影響

游離水存在于礦石和焦炭的表面和空隙里。爐料進入高爐之后，由于上升煤氣流的加熱作用，游離水首先開始蒸發(fā)。游離水蒸發(fā)的理論溫度是100℃，但是要料塊內部也達到100℃，從而使爐料中的游離水全部蒸發(fā)掉，就需要更高的溫度。根據(jù)料塊大小的不同，需要到120℃，或者對大塊來說，甚至要達到200℃游離水才能全部蒸發(fā)掉。

一般用天然礦或冷燒結礦的高爐，其爐頂溫度為150?300℃， 

因此，爐料中的游離水進入高爐之后，不久就蒸發(fā)完畢，不增加爐內燃料消耗。相反，游離水的蒸發(fā)降低了爐頂溫度，有利于爐頂設備的維護，延長其壽命。另一方而，爐頂溫度降低使煤氣體積縮小，降低煤氣流速，從而減少爐塵吹出量。

 

膠體對耐火礦物原料的影響

膠體是—種物質的微細質點（1?100nm)分散在另一種物質中所形成的不均勻分散，是礦物存在的形式之一。被分散的質點稱為分散質或分散相，分散質所在的另一種物質稱為分散劑或分散媒。分散質可以是固體、液體或氣體，在礦物中主要是固體；分散劑可以是固體、液體或氣體。

 

在分散中當分散劑遠多于分散質時，這種物質稱為膠凝體。膠凝體凝結之后即成為含有少量水的礦物。隨著時間的推移，膠體將逐漸失去水分而由非結晶體變?yōu)榻Y晶體。一水鋁石和三水鋁石都是這樣形成的。自然界產(chǎn)出的膠體及變膠體礦物在形態(tài)上常呈鱗狀，結核狀，皮殼狀或同心層狀，在水膠溶體及水膠凝體的形成過程中，分散質常常選擇性地吸附介質中各種元素的異號離子，致使膠體礦物的化學組成變得復雜。