توجد أنواع عديدة من المواد الخام المقاومة للحرارة وطرق تصنيف متنوعة. وهناك ست فئات بشكل عام.
أولاً، وفقًا لتصنيف المكونات الكيميائية للمواد الخام المقاومة للحرارة
يمكن تقسيمها إلى مواد خام أكسيدية ومواد خام غير أكسيدية. ومع تطور العلوم والتكنولوجيا الحديثة، أصبحت بعض المركبات العضوية مواد أولية أو مواد مساعدة في صناعة مواد خام عالية الأداء مقاومة للحريق.
ثانياً، وفقاً لتصنيف المكونات الكيميائية للمواد الخام المقاومة للحرارة
وفقًا للخصائص الكيميائية، يمكن تقسيم المواد الخام المقاومة للحريق إلى مواد خام مقاومة للحريق الحمضي، مثل السيليكا والزركون، وما إلى ذلك؛ ومواد خام مقاومة للحريق متعادلة، مثل الكوروندوم والبوكسيت (حمضي)، والموليت (حمضي)، والبيريت (قلوي)، والجرافيت، وما إلى ذلك؛ ومواد خام مقاومة للحريق قلوية، مثل المغنيسيا ورمل الدولوميت ورمل المغنيسيا والكالسيوم، وما إلى ذلك.
ثالثًا، وفقًا لتصنيف وظائف عملية الإنتاج
وفقًا لدورها في عملية إنتاج المواد الحرارية، يمكن تقسيم المواد الخام الحرارية إلى مواد خام رئيسية ومواد خام مساعدة.
المادة الخام الأساسية هي المادة الرئيسية للمواد الحرارية. يمكن تقسيم المواد الخام المساعدة إلى مواد رابطة ومواد مضافة. تتمثل وظيفة المادة الرابطة في منح المادة الحرارية القوة الكافية أثناء عملية الإنتاج والاستخدام. ومن المواد الشائعة الاستخدام: سائل نفايات لب الكبريتيت، والأسفلت، وراتنج الفينول، وأسمنت الألومينات، وسيليكات الصوديوم، وحمض الفوسفوريك، والفوسفات، والكبريتات. كما أن بعض المواد الخام الأساسية نفسها تعمل كعوامل رابطة، مثل الطين المُرتبط. أما المواد المضافة، فتتمثل وظيفتها في تحسين عملية إنتاج أو بناء المواد الحرارية، أو تعزيز بعض خصائصها، مثل: المُثبِّت، ومُخفِّض الماء، والمُثبِّط، والمُلدِّن، ومُشتِّت الرغوة، ومُوسِّع التمدد، ومُضاد الأكسدة، وغيرها.
أربعة، وفقًا لطبيعة تصنيف الأحماض والقواعد
بحسب الأحماض والقلويات، يمكن تقسيم المواد الخام المقاومة للحرارة بشكل رئيسي إلى الفئات الخمس التالية.
(1) المواد الخام الحمضية
تتكون المواد الخام السيليسية بشكل أساسي من مواد مثل الكوارتز، والكوارتز السكوام، والكوارتزيت، والكالسيدوني، والصوان، والأوبال، ورمل السيليكا الأبيض، والدياتوميت. تحتوي هذه المواد على السيليكا (SiO2) بنسبة لا تقل عن 90%، بينما تصل نسبة السيليكا في المواد الخام النقية إلى أكثر من 99%. تتميز المواد الخام السيليسية بحموضتها في التفاعلات الكيميائية عند درجات الحرارة العالية، حيث تتحد مع أكاسيد المعادن أو عند تعرضها لتفاعلات كيميائية، مكونةً سيليكات قابلة للانصهار. لذلك، فإن احتواء المادة الخام السيليسية على كمية ضئيلة من أكسيد المعدن سيؤثر سلبًا على مقاومتها للحرارة.
(2) المواد الخام شبه الحمضية
يتكون أساسًا من الطين الحراري. في التصنيفات السابقة، كان الطين يُصنف كمادة حمضية، وهذا غير دقيق. تعتمد حموضة المواد الخام الحرارية على السيليكا الحرة (SiO2) كمكون رئيسي، لأنه وفقًا للتركيب الكيميائي للطين الحراري والمواد الخام السيليسية، فإن نسبة السيليكا الحرة في الطين الحراري أقل بكثير من نسبتها في المواد الخام السيليسية.
نظرًا لاحتواء الطين الحراري عمومًا على نسبة تتراوح بين 30% و45% من الألومينا، ونادرًا ما توجد الألومينا في حالتها الحرة، إذ ترتبط بالسيليكا لتكوين الكاولينيت (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O)، فإن تأثيرها، حتى مع وجود كمية قليلة من السيليكا الزائدة، يكون ضئيلاً للغاية. لذا، فإن الخاصية الحمضية للطين الحراري أضعف بكثير من تلك الموجودة في المواد الخام السيليسية. يعتقد البعض أن الطين الحراري يتحلل عند درجات الحرارة العالية إلى سيليكات حرة وألومينا حرة، ولكنهما لا يبقيان على حالهما، بل يتحدان لتكوين الكوارتز (Al₂O₃·2SiO₂) عند استمرار التسخين. يتمتع الكوارتز بمقاومة جيدة للأحماض، وخاصةً الخبث القلوي. ومع زيادة نسبة الألومينا في الطين الحراري، تضعف المادة الحمضية تدريجيًا، وعندما تصل نسبة الألومينا إلى 50%، يصبح الطين قلويًا أو متعادلًا. يتميز هذا الطين، خاصةً عند تصنيعه تحت ضغط عالٍ، بكثافة عالية، وتماسك دقيق، ومسامية منخفضة، مما يجعله أكثر مقاومة للخبث القلوي من السيليكا في درجات الحرارة العالية. كما أن الكوارتز بطيء التآكل، لذا يُصنف الطين الحراري ضمن الطين شبه الحمضي. ويُعد الطين الحراري المادة الخام الأساسية والأكثر استخدامًا في صناعة المواد الحرارية.
(3) مواد خام محايدة
تتكون المواد الخام المحايدة بشكل رئيسي من الكروميت والجرافيت وكربيد السيليكون (الصناعي)، وهي لا تتفاعل مع الخبث الحمضي أو القلوي تحت أي ظروف حرارية. يوجد حاليًا نوعان من هذه المواد في الطبيعة، وهما الكروميت والجرافيت. بالإضافة إلى الجرافيت الطبيعي، يوجد الجرافيت الصناعي. تتميز هذه المواد الخام المحايدة بمقاومة عالية للخبث، مما يجعلها الأنسب للمواد الحرارية القلوية والعزل الحراري الحمضي.
(4) المواد الخام الحرارية القلوية
تتكون هذه المواد الخام بشكل رئيسي من المغنيزيت (المغنيزيت)، والدولوميت، والجير، والأوليفين، والسربنتين، والألومينا العالية، والأكسجين (وأحيانًا مواد متعادلة)، وتتمتع هذه المواد الخام بمقاومة قوية للخبث القلوي، وتستخدم في الغالب في أفران البناء القلوية، ولكنها تتفاعل بسهولة خاصة مع الخبث الحمضي وتتحول إلى ملح.
(5) مواد حرارية خاصة
تتكون هذه المواد الخام بشكل أساسي من الزركونيا، وأكسيد التيتانيوم، وأكسيد البريليوم، وأكسيد السيريوم، وأكسيد الثوريوم، وأكسيد الإيتريوم، وغيرها. وتختلف هذه المواد في درجة مقاومتها لأنواع الخبث المختلفة، ولكن نظرًا لقلة مصادرها، لا يمكن استخدامها على نطاق واسع في صناعة المواد الحرارية، بل تقتصر على ظروف خاصة، ولذلك تُسمى مواد خام خاصة مقاومة للحريق.
خمسة، وفقًا لتصنيف توليد المواد الخام
بحسب نوع المواد الخام، يمكن تقسيمها إلى فئتين: المواد الخام الطبيعية والمواد الخام الاصطناعية.
(1) المواد الخام المقاومة للحرارة الطبيعية
لا تزال المواد الخام المعدنية الطبيعية تشكل الجزء الأكبر من المواد الخام. تتكون المعادن الموجودة في الطبيعة من العناصر المكونة لها. وقد ثبت حاليًا أن إجمالي كمية الأكسجين والسيليكون والألومنيوم يمثل حوالي 90% من إجمالي كمية العناصر في القشرة الأرضية، وأن معادن الأكاسيد والسيليكات والألومينوسيليكات تتمتع بمزايا واضحة، مما يجعلها احتياطيات هائلة من المواد الخام الطبيعية.
تتمتع الصين بموارد وفيرة ومتنوعة من المواد الخام المقاومة للحرارة. ويمكن اعتبار المغنيزيت والبوكسيت والجرافيت وغيرها من الموارد بمثابة الركائز الثلاث للمواد الخام المقاومة للحرارة في الصين؛ فالمغنيزيت والبوكسيت متوفران بكميات كبيرة وبجودة عالية؛ كما تنتشر على نطاق واسع موارد أخرى من الطين المقاوم للحرارة عالي الجودة، والسيليكا، والدولوميت، ودولوميت المغنيسيا، وأوليفين المغنيسيا، والسربنتين، والزركون.
الأنواع الرئيسية للمواد الخام الطبيعية هي: السيليكا، والكوارتز، والدياتوميت، والشمع، والطين، والبوكسيت، والسيانيت، والمغنيزيت، والدولوميت، والحجر الجيري، والمغنيزيت، والأوليفين، والسربنتين، والتلك، والكلوريت، والزركون، والبلاجيوزركون، والبيرلايت، والحديد الكرومي، والجرافيت الطبيعي.
سادساً، يمكن تقسيم المواد الخام الحرارية الطبيعية، وفقاً لتركيبها الكيميائي، إلى:
السيليسي: مثل السيليكا البلورية، ورمل الكوارتز، والسيليكا الملتصقة، وما إلى ذلك؛
② شبه سيليسي (فيلاكيت، إلخ)
③ الطين: مثل الطين الصلب، والطين اللين، إلخ؛ اخلط الطين مع الكلنكر الطيني
(4) الألومنيوم العالي: المعروف أيضًا باسم اليشم، مثل البوكسيت العالي، ومعادن السيليمانيت؛
⑤ المغنيسيوم: المغنيسيت؛
⑥ الدولوميت؛
⑦ الكروميت [(Fe,Mg)O·(Cr,Al)2O3]؛
الزركون (ZrO2·SiO2).
عادة ما تحتوي المواد الخام الطبيعية على المزيد من الشوائب، ويكون تركيبها غير مستقر، ويتذبذب أداؤها بشكل كبير، ولا يمكن استخدام سوى عدد قليل من المواد الخام مباشرة، ويجب تنقية معظمها أو تصنيفها أو حتى تكليسها لتلبية متطلبات إنتاج المواد المقاومة للحرارة.
(2) مواد خام اصطناعية مقاومة للحريق
تُعدّ أنواع المعادن الطبيعية المستخدمة كمواد خام محدودة، وغالبًا ما تعجز عن تلبية متطلبات المواد الحرارية عالية الجودة والتقنية، والتي تُلبي الاحتياجات الخاصة للصناعات الحديثة. أما المواد الخام الحرارية الاصطناعية، فتُحقق التركيب الكيميائي والبنية المعدنية المُصممة مسبقًا، وتتميز بنقائها وكثافتها وسهولة التحكم في تركيبها الكيميائي، مما يضمن جودة ثابتة. ويمكن استخدامها في تصنيع مجموعة متنوعة من المواد الحرارية المتقدمة، وهي تُعدّ المادة الخام الرئيسية للمواد الحرارية الحديثة عالية التقنية. وقد شهدت المواد الحرارية الاصطناعية تطورًا سريعًا للغاية خلال العشرين عامًا الماضية.
تتكون المواد الخام الحرارية الاصطناعية بشكل رئيسي من الإسبينيل المغنيسيوم والألومنيوم، والموليت الاصطناعي، والمغنيسيا البحرية، والكوردييريت المغنيسيوم الاصطناعي، والكوروندوم المتكلس، وتيتانات الألومنيوم، وكربيد السيليكون، وما إلى ذلك.
تاريخ النشر: 19 مايو 2023
