هناك أنواع عديدة من المواد الخام المقاومة للحرارة وطرق تصنيف متنوعة. هناك ست فئات عامة.
أولاً، وفقًا للمكونات الكيميائية لتصنيف المواد الخام المقاومة للحرارة
يمكن تقسيمها إلى مواد خام أكسيدية ومواد خام غير أكسيدية. مع تطور العلوم والتكنولوجيا الحديثة، أصبحت بعض المركبات العضوية مواد أولية أو مساعدة للمواد الخام عالية الأداء المقاومة للحريق.
اثنان، وفقا للمكونات الكيميائية لتصنيف المواد الخام المقاومة للحرارة
وفقًا للخصائص الكيميائية، يمكن تقسيم المواد الخام المقاومة للحريق إلى مواد خام مقاومة للحريق الحمضية، مثل السيليكا والزركون وما إلى ذلك؛ مواد خام مقاومة للحريق المحايدة، مثل الكوراندوم والبوكسيت (الحمضي) والموليت (الحمضي) والبيريت (القلوي) والجرافيت وما إلى ذلك؛ مواد خام مقاومة للحريق القلوية، مثل المغنيسيا ورمل الدولوميت ورمل المغنيسيا والكالسيوم وما إلى ذلك.
ثالثا، وفقا لتصنيف وظيفة عملية الإنتاج
وفقا لدورها في عملية إنتاج المواد المقاومة للحرارة، يمكن تقسيم المواد الخام المقاومة للحرارة إلى مواد خام رئيسية ومواد خام مساعدة.
المادة الخام الرئيسية هي الهيكل الرئيسي للمواد المقاومة للحرارة. يمكن تقسيم المواد الخام المساعدة إلى مواد رابطة ومواد مضافة. وظيفة المادة الرابطة هي زيادة متانة الهيكل المقاوم للحرارة أثناء عملية الإنتاج والاستخدام. من بين المواد المستخدمة بشكل شائع: سائل نفايات لب الكبريتيت، والإسفلت، وراتنج الفينول، وأسمنت الألومينات، وسيليكات الصوديوم، وحمض الفوسفوريك، والفوسفات، والكبريتات. كما أن بعض المواد الخام الرئيسية نفسها لها دور عوامل رابطة، مثل الطين الملتصق. أما المواد المضافة، فتهدف إلى تحسين عملية إنتاج أو بناء المواد المقاومة للحرارة، أو تعزيز بعض خصائصها، مثل المثبت، ومخفض الماء، والمثبط، والملين، وعامل الرغوة، والمشتت، وعامل التمدد، ومضاد الأكسدة، وغيرها.
أربعة، حسب طبيعة تصنيف الأحماض والقواعد
وفقًا للأحماض والقلويات، يمكن تقسيم المواد الخام المقاومة للحرارة بشكل أساسي إلى الفئات الخمس التالية.
(1) المواد الخام الحمضية
المواد الخام السيليسية هي في الغالب مواد خام سيليسية، مثل الكوارتز، والكوارتز الصخري، والكوارتزيت، والعقيق الأبيض، والصوان، والأوبال، والكوارتزيت، ورمل السيليكا الأبيض، والدياتوميت. تحتوي هذه المواد الخام السيليسية على السيليكا (SiO2) بنسبة تزيد عن 90%، بينما تحتوي المواد الخام النقية على السيليكا بنسبة تزيد عن 99%. تتميز المواد الخام السيليسية بحموضتها في التفاعلات الكيميائية عالية الحرارة، عند وجود أكاسيد معدنية، أو عند ملامستها للتفاعلات الكيميائية، وتتحد لتُشكل سيليكات قابلة للانصهار. لذلك، إذا احتوت المادة الخام السيليسية على كمية صغيرة من أكسيد المعدن، فسيؤثر ذلك بشكل خطير على مقاومتها للحرارة.
(2) المواد الخام شبه الحمضية
يتكون أساسًا من طين حراري. في التصنيف السابق، كان الطين يُصنف كمادة حمضية، وهو في الواقع غير مناسب. تعتمد حموضة المواد الخام الحرارية على السيليكا الحرة (SiO2) كجسم رئيسي، لأن السيليكا الحرة في الطين الحراري أقل بكثير من تلك الموجودة في المواد الخام السيليسية، وفقًا للتركيب الكيميائي للطين الحراري والمواد الخام السيليسية.
لأن نسبة الألومينا في الطين الحراري العام تتراوح بين 30% و45%، ونادرًا ما تكون الألومينا حرة، مما يؤدي إلى اتحادها مع السيليكا لتكوين الكاولينيت (Al2O3·2SiO2·2H2O)، حتى مع وجود فائض ضئيل من السيليكا، فإن دورها ضئيل جدًا. لذلك، فإن الخاصية الحمضية للطين الحراري أضعف بكثير من تلك الخاصة بالمواد الخام السيليسية. يعتقد البعض أن الطين الحراري، عند تحلله في درجات حرارة عالية إلى سيليكات حرة وألومينا حرة، ولكن ليس دون تغيير، سيتحد لتكوين الكوارتز (3Al2O3·2SiO2) عند استمرار تسخينه. يتميز الكوارتز بمقاومة جيدة للأحماض ضد الخبث القلوي، وبسبب زيادة نسبة الألومينا في الطين الحراري، تضعف المادة الحمضية تدريجيًا، وعندما تصل نسبة الألومينا إلى 50%، يتميز بخصائص قلوية أو محايدة، خاصةً عند استخدامه تحت ضغط عالٍ وكثافة عالية وتماسك دقيق ومسامية منخفضة، كما أن مقاومته للخبث القلوي أقوى من مقاومة السيليكا في درجات الحرارة العالية. كما أن الكوارتز بطيء جدًا في التآكل، لذا نعتبر الطين الحراري شبه حمضي. يُعد الطين الحراري المادة الخام الأساسية والأكثر استخدامًا في صناعة المواد الحرارية.
(3) المواد الخام المحايدة
المواد الخام المحايدة هي أساسًا الكروميت والجرافيت وكربيد السيليكون (الاصطناعي)، وهي لا تتفاعل مع الخبث الحمضي أو القلوي تحت أي ظروف حرارية. يوجد حاليًا نوعان من هذه المواد في الطبيعة: الكروميت والجرافيت. بالإضافة إلى الجرافيت الطبيعي، يوجد أيضًا الجرافيت الاصطناعي. تتميز هذه المواد الخام المحايدة بمقاومة عالية للخبث، وهي الأنسب للمواد المقاومة للحرارة القلوية والعزل الحراري الحمضي.
(4) المواد الخام القلوية المقاومة للحرارة
تتكون هذه المواد الخام بشكل رئيسي من المغنسيت (المغنسيت)، الدولوميت، الجير، الزبرجد الزيتوني، السربنتين، الأكسجين عالي الألومينا (محايد في بعض الأحيان)، هذه المواد الخام لديها مقاومة قوية للخبث القلوي، تستخدم في الغالب في فرن البناء القلوي، ولكن خاصة الخبث السهل والحمض التفاعل الكيميائي وتصبح ملح.
(5) المواد الحرارية الخاصة
بشكل رئيسي، الزركونيا، أكسيد التيتانيوم، أكسيد البريليوم، أكسيد السيريوم، أكسيد الثوريوم، أكسيد الإيتريوم، وغيرها. تتميز هذه المواد الخام بدرجات متفاوتة من المقاومة لأنواع مختلفة من الخبث، ولكن نظرًا لقلة مصادرها، لا يمكن استخدامها في عدد كبير من الصناعات المقاومة للحرارة، ولا يمكن استخدامها إلا في ظروف خاصة، لذلك تُسمى مواد خام مقاومة للحريق خاصة.
خمسة، وفقا لتصنيف جيل المواد الخام
وفقا لجيل المواد الخام، يمكن تقسيمها إلى فئتين: المواد الخام الطبيعية والمواد الخام الاصطناعية.
(1) المواد الخام المقاومة للحرارة الطبيعية
لا تزال المواد الخام المعدنية الطبيعية تُشكّل الجزء الأكبر من المواد الخام. تتكون المعادن الموجودة في الطبيعة من العناصر المكونة لها. وقد ثَبُتَ حاليًا أن إجمالي كمية العناصر الثلاثة، وهي الأكسجين والسيليكون والألومنيوم، تُشكّل حوالي 90% من إجمالي كمية العناصر في القشرة الأرضية، وأن معادن الأكسيد والسيليكات والألومينوسيليكات تُمثّل مزايا واضحة، وهي احتياطيات هائلة من المواد الخام الطبيعية.
تتمتع الصين بموارد غنية ومتنوعة من المواد الخام المقاومة للحرارة. ويُعتبر المغنيسيت والبوكسيت والجرافيت وغيرها من الموارد الركائز الأساسية للمواد الخام المقاومة للحرارة في الصين؛ إذ يتميز المغنيسيت والبوكسيت باحتياطيات كبيرة وجودة عالية؛ كما تنتشر على نطاق واسع موارد الطين المقاوم للحرارة عالي الجودة، والسيليكا، والدولوميت، ودولوميت المغنيسيا، والزبرجد الزيتوني المغنيسيا، والسربنتين، والزركون، وغيرها.
أهم أنواع المواد الخام الطبيعية هي: السيليكا، الكوارتز، الدياتوميت، الشمع، الطين، البوكسيت، المواد الخام المعدنية السيانيت، المغنيسيت، الدولوميت، الحجر الجيري، المغنيسيت الزبرجد، السربنتين، التلك، الكلوريت، الزركون، البلاجيوزركون، البيرلايت، الكروم والحديد والجرافيت الطبيعي.
سادسا، وفقا للتركيب الكيميائي، يمكن تقسيم المواد الخام المقاومة للحرارة الطبيعية إلى:
السيليكا: مثل السيليكا البلورية، والسيليكا المتماسكة برمل الكوارتز، وما إلى ذلك؛
② شبه سيليكوني (فيلاشيت، الخ.)
③ الطين: مثل الطين الصلب والطين الناعم وما إلى ذلك؛ الجمع بين الطين وكلنكر الطين
(4) الألومنيوم العالي: المعروف أيضًا باسم اليشم، مثل معادن البوكسيت العالية والسليمانيت؛
⑤ المغنيسيوم: المغنيسيت؛
⑥ الدولوميت؛
⑦ الكروميت [(Fe,Mg)O·(Cr,Al)2O3]؛
الزركون (ZrO2·SiO2).
تحتوي المواد الخام الطبيعية عادةً على المزيد من الشوائب، كما أن التركيب غير مستقر، ويتقلب الأداء بشكل كبير، ولا يمكن استخدام سوى عدد قليل من المواد الخام بشكل مباشر، ويجب تنقية معظمها أو تصنيفها أو حتى تكليسها لتلبية متطلبات إنتاج المواد المقاومة للحرارة.
(2) المواد الخام المقاومة للحريق الاصطناعية
أنواع المعادن الطبيعية المستخدمة كمواد خام محدودة، وغالبًا ما لا تلبي متطلبات المواد الحرارية عالية الجودة والتكنولوجيا المتقدمة للصناعة الحديثة. أما المواد الحرارية الاصطناعية، فتتميز بتركيبها المعدني الكيميائي وبنيتها المصممة مسبقًا، وتتميز بنقاء ملمسها وكثافتها وسهولة التحكم في تركيبها الكيميائي، ما يضمن ثبات جودتها، ويمكن استخدامها في تصنيع مجموعة متنوعة من المواد الحرارية المتقدمة، وهي المادة الخام الرئيسية للمواد الحرارية الحديثة عالية المهارة والتكنولوجيا المتقدمة. شهد تطور المواد الحرارية الاصطناعية تطورًا سريعًا في العشرين عامًا الماضية.
تتكون المواد الخام الحرارية الاصطناعية بشكل أساسي من سبينيل المغنيسيوم والألمنيوم، والموليت الاصطناعي، والمغنيسيا البحرية، وكورديريت المغنيسيوم الاصطناعي، وأكسيد الألومنيوم المسحوق، وتيتانات الألومنيوم، وكربيد السيليكون وما إلى ذلك.
وقت النشر: ١٩ مايو ٢٠٢٣
