耐火材料中的水分對于礦物的影響

耐火材料中的水有結(jié)構(gòu)水、結(jié)晶水、游離水（又稱為自由水），下面請看詳細(xì)介紹。

 

 

什么叫結(jié)構(gòu)水？

礦物中的結(jié)構(gòu)水一般是指呈H+、OH-或H30+的離子狀態(tài)(較常見的是OH負(fù)離子）加入礦物晶格構(gòu)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(jié)合牢固。只有在600?l000°C的條件下，晶格的結(jié)構(gòu)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(jié)晶水？

水以中性分子（H20)的形式參加礦物的結(jié)晶構(gòu)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(jié)晶水。結(jié)晶水在礦物晶格中結(jié)合牢固程度遠(yuǎn)比結(jié)構(gòu)水差。一般當(dāng)受熱達(dá)到200?500°C時(shí)，會(huì)失水。個(gè)別礦物的失水溫度高達(dá)600℃。伴隨著結(jié)晶水的脫失，原礦物的晶體結(jié)構(gòu)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(zhì)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(jī)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(dāng)物料與空氣相接觸時(shí)，物料表面所產(chǎn)生的蒸氣壓與空氣中水蒸氣分壓相等時(shí)，物料中所含的水分。此時(shí)物料中的水分與空氣處于動(dòng)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(xì)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(dāng)加熱到100?110℃時(shí)，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(jié)構(gòu)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(zhì)相似，介于結(jié)晶水與吸附水之間。

 

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

爐料中的結(jié)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(yàn)表明，褐鐵礦中的結(jié)晶水從200℃：開始分解，到400?500℃才能分解完畢。高嶺土中的結(jié)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(jié)晶水要達(dá)到800?1000℃。

 

高溫下分解出來的結(jié)晶水與高爐內(nèi)的碳發(fā)生下列反應(yīng)：

500?850℃之間：

850℃以上：

可見，高溫區(qū)分解結(jié)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(dá)高溫區(qū)分解參加上述反應(yīng)的結(jié)晶水所占比例稱為結(jié)晶水高溫區(qū)分解率，一般ФH2O = 0.3?0.5，即有30% ~50%的結(jié)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(jìn)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(nèi)部也達(dá)到100℃，從而使?fàn)t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(dá)到200℃游離水才能全部蒸發(fā)掉。

一般用天然礦或冷燒結(jié)礦的高爐，其爐頂溫度為150?300℃， 

因此，爐料中的游離水進(jìn)入高爐之后，不久就蒸發(fā)完畢，不增加爐內(nèi)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(shè)備的維護(hù)，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(zhì)的微細(xì)質(zhì)點(diǎn)（1?100nm)分散在另一種物質(zhì)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(zhì)點(diǎn)稱為分散質(zhì)或分散相，分散質(zhì)所在的另一種物質(zhì)稱為分散劑或分散媒。分散質(zhì)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(dāng)分散劑遠(yuǎn)多于分散質(zhì)時(shí)，這種物質(zhì)稱為膠凝體。膠凝體凝結(jié)之后即成為含有少量水的礦物。隨著時(shí)間的推移，膠體將逐漸失去水分而由非結(jié)晶體變?yōu)榻Y(jié)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(jié)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(zhì)常常選擇性地吸附介質(zhì)中各種元素的異號離子，致使膠體礦物的化學(xué)組成變得復(fù)雜。