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莫来石的基本性质和种类

编辑:耐火砖厂家   分类:行业资讯  发布:2018-03-12   浏览:

  一、莫来石的基本性质

  莫来石的晶体结构属斜方晶系,是一种具有氧空位缺陷的硅线石(Al2O3·SiO2)结构,与硅线石晶体结构非常相似。其基本性质如表1所列。

  表1 莫来石的基本性质

  莫来石的基本性质

  二、莫来石相区

  人们很早己开始对Al2O3-SiO2二元系在常压下的平衡关系进行研究。在最初的相平衡图中,把硅线石(Al2O3·SiO2)看成是高温稳定相。后来的研究表明,硅线石在1545℃发生热分解变为新化合物莫来石和SiO2,其相平衡图如图1a中所示。它表明常压下不产生组成相当于Al2O3·SiO2的化合物,以前认为是人造硅线石的矿物乃是莫来石之误;莫来石为不一致熔化合物,在1810℃按下列关系熔融分解或析晶:

  3Al2O3·SiO2(莫来石) → α-Al2O3 (刚玉)+ L (液相)

  即莫来石在加热时,于1810℃发生热分解变为刚玉和液相;反过来,相当于莫来石组成的熔体冷却,则在熔融曲线AC上的1920℃左右,先析出刚玉,随温度下降,刚玉量不断增加。到1810℃析晶出来的刚玉晶体与液相反应开始生成莫来石。这时如能保持完全的平衡,常压下有三个相共存,所以是不变点,直到刚玉反应完毕为止,温度保持不变。但是,如冷却速度过快,破坏了平衡,则在1810℃以下,液相成分沿CE曲线变化, 在未来得及进行反应而残留下来的刚玉周围析出莫来石,即生成包晶结构。这种结晶作用, 在制造电熔莫来石时,因冷却速度较快而容易发生。

  有些研究也表明,莫来石为一致熔化合物,并同Al2O3生成固溶体(图1b)。此乃由于不同的实验条件造成的。当在空气中试验(非密封条件下),莫来石均为不一致熔化合物:当使用高纯原料并在密封条件下作相平衡时,则莫来石为一致熔化合物,在一般的硅酸盐材料中,特别是在工业生产条件下,莫来石大多以不一致熔状态存在。刚玉的析晶能力很强,它有利于促使莫来石的不一致熔融。另外,当有杂质成分存在,特别是碱金属氧化物的存在,也会促进莫来石的熔融分解。

  三、莫来石固溶体

  用X射线对天然和人工合成莫来石进行研究,发现有三种晶胞轴比不同的莫来石存在,即α-莫来石,β-莫来石,γ-莫来石。

  (1) α-莫来石

  相当于纯的3Al2O3·2SiO2,组成符合Al2O3 71. 8%,SiO2 28. 2%的典型成分。

  (2) β-莫来石 固溶有过剩的Al2O3,晶格略显膨胀。从图1(b)中可见, 莫来石固溶体的组成处在 3Al2O3·2SiO2 与 2Al2O3·SiO2 (饱和固溶体)之间,饱和固溶体的组成为 Al2O3 77.2%,SiO2 22.8%,即β-莫来石最多可固溶5. 4%的Al2O3。有人认为,从含48%和60% Al2O3的熔体中结晶出的莫来石组成是α型或β型。在亚稳平衡条件下(淬火)结晶出的β-莫来石在热处理过程中将改变其组成,即脱溶出Al2O3后变成稳定的α-莫来石, 脱溶出的Al2O3进入玻璃相中。

  (3) γ-莫来石 固溶有少量的Fe2O3和TiO2。 莫来石晶体格子中的Pe3-代替 Al3-。莫来石中最多可能含有8%〜9%的随温度升高,Fe2O3含量降低而转移到液相中:随温度下降,Fe2O3又从液相中返回到莫来石中。当在还原气筑烧成时,莫来石中的Fe2O3含量比在氧化气氛烧成时要低,表明二价铁不能或很少存在于莫来石晶格中。在高温下莫来石含Fe2O3较低,一部分三价铁还原成二价铁也是一个原因„

  根据CBaudin等的研究,TiO2在莫来石中的固溶极限为2.9±0.2 mass%。在极限以内添加TiO2有助于莫来石的初期烧结和晶粒生长;超过极限则抑制烧结,并使莫来石总孔隙率和平均孔径显著增大。此点对合成莫来石具指导意义。

  有人认为Ti4-可能进入莫来石晶格代替Si4-促使格子胀大和扭曲。也有人认为,考虑到Al3-和Ti4-离子半径间的关系,在莫来石晶格各位置中,Ti4-替代Al3- (在添加Al2O3的TiO2中己观察到过这种情况)是最可能的固溶体机制。这些取代在八面体各位置中能够产生铝离子空位,有助于质量迁移过程并因此提高烧结速率。当TiO2含量超过极限时,稳定相是莫来石与钛酸铝。

  Al2O3-SiO2二元系相平衡图

  图1 Al2O3-SiO2二元系相平衡图

  莫来石的三种变体均可由人工方法合成而得。但在天然矿物中发现有β型和γ型莫来石。β型可含Al2O3 77.2%,由α型到β型,其晶格常数显著变化;少量存在Fe2O3或(和)TiO2 时,变为γ型,晶格常数增大。

  四、合成莫来石的种类

  合成莫来石的种类很多。按合成的方法有烧结莫来石和电溶莫来石;按原料化学成分有低铝莫来石、中铝莫来石、高铝莫来石及锆莫来石等:若按所使用的原料种类则有锻烧高岭土(低铝)、锻烧蓝晶石(中铝)、全天然料莫来石(高铝)、高纯莫来石等

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