علم سرامیک

مواد نسوز (Refractory Materials)

مواد نسوز، موادی هستند غیر آلی و غیرفلزی که مشخصات فنی خود را در دمای بالا به سختی از دست می دهند و به عنوان مواد سازنده بدنه کوره های صنعتی کاربرد دارند. دمای بالا در سیستم های استاندارد مختلف دنیا بر اساس نقطه ذوب آهن تعریف شده است. بعنوان مثال در سیستم DIN آلمان 1580 درجه سانتی گراد (معادل مخروط زگر 26) و در سیستم ASTM آمریکا 1430 درجه سانتی گراد (معادل PCE15) بعنوان دمای بالا تعریف شده است.

کانیهای نسوز (Refractory Minerals)

کانیهای صنعتی با خواص نسوز در بین سایر کانی ها دارای بازار خوبی بوده و علاوه بر آن بسیاری از افزودنی ها، بایندرها (چسب ها) و سایر مواد شیمیایی برای تولید کنندگان محصولات نسوز مورد نیاز می باشند.

در صنایع مصرف کننده کیفیت از جایگاه خاصی برخوردار است، کیفیت مطلوب میتواند روی قیمت تمام شده محصولات از جمله آهن، فولاد، سیمان و ... اثرگذار باشد. با توجه به بحث بهره وری و کاهش قیمت تمام شده حجم ویژه مصرفی نسوز معنی پیدا می کند، به عبارتی مشتریان بدنبال کاهش مصرف نسوز برای هر تن محصول خود می باشند، از این رو کیفیت محصولات جدید با طول عمر بالا جایگاه پیدا می کند و بدنبال خود مواد معدنی مربوطه را تحت تأثیر قرار می دهد.

طبقه بندی مواد اولیه نسوز

الف) اسیدی

ب) قلیائی

ج) ویژه

د) عایق

الف) مواد اولیه نسوز اسیدی (Acidic Redractory Raw Materiaals)

               (مجموعه : SiO₂ – Al₂O₃)

1. مواد اولیه سیلیسی (Silica)

2. مواد اولیه آلومین پایین (Low Alumia)

3. مواد اولیه آلومین بالا (High – Alumina)

1) مواد اولیه سیلیسی (Silica) :

1-1) کوارتز (Quartz)

* آمار تولید جهانی در این کتاب مربوط به سال 2008 می باشید.

زمین شناسی

کوارتز یکی از فراوان ترین کانی های مقاوم شیمیایی بوده که از توده های رسوبی، آذرین و دگرگونی در پوسته زمین بوجود می آید.

سه نوع اصلی این سنگ ها عبارتند از :

·        سنگ های دگرگونی متشکل از توده بلوری درشت

·        سنگ های رسوبی متشکل از بلورهای ریز متراکم شده

·        ماسه های سیلیسی که از هوازدگی طبیعی و یا فرآوری سنگ های رسوبی و دگرگونی بوجود می آیند.

درجه بندی نسوز

* رسوبات سیلیسی :

با بیش از 96 درصد SiO₂ که با افزودن حداکثر 4 درصد Cas بعنوان کمک ذوب در دمای 600 درجه سانتی گراد تشکیل ولاستونیت میدهد.

* سیلیس ذوبی :

با بیش از 5/99 درصد SiO₂ که از طریق ذوب ماسه های سیلیسی توسط الکترود کربنی، قوس کربنی، قوس پلاسما یا اکستروژن پیوسته گازی تولید می گردد و دارای انبساط حرارتی و مقاومت به شوک بسیار پایین می باشند.

کاربردها

ترکیب شیمیایی آجرهای سیلیسی

در پخت آجرهای سیلیسی، درجه تغییرات کریستالی کوارتز به عنوان یک نکته کلیدی محسوب میگردد، این آجرها دارای مقاومت شوک حرارتی مناسب در بالای 600 درجه سانتیگراد و همچنین کیفیت مطلوب تا دمای 1700 درجه سانتی گراد بوده، علاوه بر این دارای مقاومت خوبی در مقابل خورندگی سرباره های اسیدی می باشند، در ترکیب آجرهای سیلیسی با انتقال حرارت و تراکم بسیار بالا، سیلیکون کاربید یا سیلیکون نیترید استفاده می شود. سیلیس ذوبی در نسوزهای صنعت شیشه، کوره های کک سازی و مناطق حساس صنایع فلزات غیرآهنی استفاده می شوند.

2) مواد اولیه آلومین پایین (Low Alumia)

1-2) آلومینو ـ فیلوسیلیکات ها (Alumino-Phyllosilicates)

1-1-2) گروه رس ها (Clay Croup)

1-1-1-2) پایروفیلیت (Pyrophyllite)

2-1-1-2) کائولینیت (Kaolinite)

1-1-1-2) پ پایروفیلیت (Pyrophyllite)

زمین شناسی

بطور مشخص پایروفیلیت محصول دگرسانی هیدروترمال اسیدی سنگ های آلومینو ـ سیلیکات در دمای بالای 400 درجه سانتی گراد می باشد.

انواع پایروفیلیت

* Agalmatolite :

بصورت توده متنوع با ترکیبات جزیی دیگری نظیر مسکویت، میکا، کوارتز، کائولین و کیانیت بوده که غالباً در چین یافت می شود.

* Roseki :

نوعی پایروفیلیت با حداقل سر یزیت، کائولین و کوارتز که غالباً در ژاپن و کره جنوبی یافت می شود.

* Wonderston :

نوعی پایروفیلیت با حداقل کلریت، رتیل و اپیدت که غالباً در آفریقای جنوبی یافت می شود.

درجه بندی نسوز

خواص نسوز این گروه از مواد اولیه بستگی به مقدار کانی ها دارد، این ماده اولیه در دمای 1200 درجه سانتیگراد تجزیه و تشکیل ترکیبی از کانی های کریستوبالیت و مولایت میدهد که باعث افزایش سختی از 1 به 8-7 موس می شود، کاهش مقدار سریزیت و قلیائی ها و همچنین تعدیل Fe₂O₃ و TiO₂ به زیر یک درصد و افزایش Al₂O₃ به 21 درصد از الزامات است. میزان Al₂O₃ پایروفیلیت کلسینه بین 29-25 درصد می باشد.

کاربردها

پایروفیلیت در مواد ویژه نسوز آلومینو سیلیکات، آجرهای شاموتی عایق و در واگن های کوره استفاده می شود.

2-1-1-2) کائولینیت (Kaolinite)

زمین شناسی

کائولینیت حاصل دگرسانی سنگ های غنی از آلومینو سیلیکات بدون آب نظیر فلدسپار پتاسیک در گرانیت ناشی از هوازدگی یا هیدروترمال یا هر دو است، این ذخایر ممکن است در محل طبیعی خود بجا مانده (مانند کورن وال انگلستان) و یا تغییر مکان داده و تشکیل لایه های ضخیم بصورت سنگ های رسوبی نرم را بدهند. (مانند جورجیانی آمریکا).

درجه کائولینیتی شدن، سنگی شدن و فرایندهای پس از آن باعث ایجاد منابع گوناگون کانی های نسوز حاوی کائولین با نام رس های نسوز همانند کائولین پرخلوص، کائولین های بوکسیتی،  می گردد

درجه بندی نسوز

کائولینت خام دارای بیش از 38-35 درصد Al₂O₃ و کائولینیت کلسینه معمولاً دارای 47-42 درصد Al₂ با آلکالی ها و آهن کم می باشند. کائولینیت با درجه خلوص بسیار بالا در دمای 1500-1200 درجه سانتیگراد در کوره های دوار یا قائم کلسینه شده و محصول آن شاموت یا کائولین کلسینه می باشد. مقادیر فازهای شیشه ای، مولایت و کریستوبالیت در این کانی بیار با اهمیت است.

کاربردها