[科普中国]-泡砂石

简介

泡砂石是一种高岭石胶结的石英砂岩，我国矿源极为丰富，盛产于四川、湖北、广西等地，开采方便，价格便宜，长期以来为长江沿岸和西南地区各玻璃工厂及冶金工业所采用的天然耐火材料。

泡砂石耐火度在1600～1700℃之间，含铁量较低，其成分与玻璃有些接近，抗玻璃液侵蚀性能较好，加工方便，价格只有刚玉砖的十分之一左右。但是，泡砂石由于是天然岩石，其化学成分及物理性质随着产地的不同变异甚大，即使同一矿床，波动范围也不小，这主要取决于生成的天然压力和结合粘土的含量。1

化学组成泡砂石的主要化学成分二氧化硅（SiO2）80～86%，三氧化二铝（Al2O3）10～15%，仍可作为Al2O3含量在15%左右的半酸性耐火材料的一种，属SiO2－Al2O3系统。四川省各地所产泡砂石的化学成分见表1。 按泡砂石的外观色泽区分，其化学成分见表2。

岩相组成泡砂石的矿物组成是由高岭石胶结的石英砂岩，砂状结构，成层状构造。砂粒形状一般呈棱角状，大小为0.1～0.8毫米，彼此间不规则分布，砂粒的堆积密度松紧不一致，主要由石英（50%），其次由岩质（矽质岩、高岭石），少量白云母、电气石等组成。胶结物主要为高岭石，少量绢云母、石英等。泡砂石的晶体大小在0.02毫米以下，分布于上述碎屑之间，为孔隙式胶结，胶结物的含量约25%。泡砂石层与层间有其它杂质掺合，这些杂质的组成和性能与泡砂石有差别，因此生泡砂石容易一层一层（一片一片）剥落，在外观上就形成“纹路”。2

物理性质泡砂石是天然矿石，种类繁多，有硬质的、软质的、有纯白色的、灰色的、粉红色的、淡黄色的等等，其物理性质也由于产区的不同及外观色泽的不同而变异，见表13和14。

泡砂石的热膨胀系数要比一般的耐火材料大得多，根据其纹路方向的不同，膨胀系数也有所不同。有些泡砂石的烧成膨胀按纹路方向可达5%，纹路的垂直方向为2%左右。经煅烧后的泡砂石即熟泡砂石再次升温时，热膨胀系数极小，砖体体积无明显变化。

应用泡砂石常在玻璃厂做耐火材料。在玻璃厂应用方法如下：

泡砂石的质量挑选外观质量要求外观致密、颜色清白、不含有明显的杂质条纹。化学组成SiO2及Al2O3的含量应高，以提高抗玻璃液的侵蚀性能和耐火度。如广西柳城出产的泡砂石含SiO2量达95%以上，耐火度在1730℃，耐压强度在613kg/cm2以上，而四川的泡砂石SiO2含量为80%左右，耐火度在1630～1650℃之间，耐压强度400kg/cm2左右，性能差别较大。

在物理性质方面，除要求耐压强度、耐火度高外，气孔率应越小越好，比重则越大越好。

泡砂石的煅烧用泡砂石作为拉丝炉炉体材料有生的和熟的两种。熟泡砂石是将生泡砂石在窑内经1450℃以上高温煅烧而成。

生泡砂石进行煅烧的原因是：

由于生泡砂石内含有大量的高温挥发物质，在使用初期不断的从砖体中逸出大量的气体，从而使玻璃液中带有大量的1毫米直径以上的气泡。这些气泡，在拉丝炉刚升温时，如果升温速度太快，含有大量气泡的玻璃液有时会溢出埚外，将加球管堵塞而无法加球，、甚至于可以将埚盖拱起。在拉丝中，这些气泡将严重影响正常作业。熟泡砂石因为在煅烧中，大部分气体已经逸出，上述现象可以大为改善。

生泡砂石热稳定性很差，热膨胀系数很大且不一，较易炸裂。熟泡砂石热稳定性较好，热膨胀系数极小而不易炸裂，因此，拉丝炉的升温速度可以加快，提前投产。

生泡砂石在加工及砌埚体时，“纹路”的选择极为重要，因为泡砂石成层（片）状构造，层与层间有其它杂质掺合，共组成、性能和泡砂石本体有差别，如果“纹路”与工作面平行，层间容易开裂和剥落，影响拉丝与使用寿命，因此， “纹路”应与工作面垂直：根据试验，由于“纹路"的朝向不同，其抗玻璃液侵蚀性能可影响33%左右。

泡砂石对玻璃液质量的影响泡砂石对玻璃的成分影响不大，玻璃组成中的各氧化物含量均在控制范围之内，因此，不会影响玻璃纤维的使用性能。同时，由于泡砂石中的石英砂微小颗粒和高岭土物质很容易被玻璃液所侵蚀并易熔于玻璃液相之中，因此在拉丝时，极少发现泡砂石的结石、塞孔或短时大量密集断头等现象。但是，泡砂石中的石英和高岭土侵蚀下来的熔融物，溶解于玻璃液相以后，这种富硅和富铝的玻璃熔团，如果得不到足够时间的扩散和均化，会造成玻璃液粘度不均，使拉丝时出现断头、飞丝增多的情况，在拉制无碱玻璃纤维时更甚。同时，由于生泡砂石内气孔率和有机物质含量都较高，这些都是形成泡核的条件。泡砂石在高温玻璃液的作用下，有气泡成核作用，使气泡源源不断从泡砂石中逸出到玻璃液中，另外，从泡砂石壁内毛细孔道中放出气泡，可以持续较长时间，使纤维成型过程中出现气泡的断头和飞丝。但是，泡砂石产生的这种气泡并非是永久性的，当达到相对平衡后，气泡数量明显减少。使用熟泡砂石时，初期的气泡可以大为减少。

目前国内，泡砂石较多的使用于拉制中碱玻璃纤维，特别是非铂拉丝炉。