هناك أنواع عديدة من المواد الخام المقاومة للحرارة وطرق تصنيفها 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 جعل الهيكل المقاوم للحرارة يتمتع بقوة كافية أثناء عملية الإنتاج والاستخدام. من بين المواد المستخدمة بشكل شائع: سائل نفايات لب الكبريتيت، والإسفلت، والراتنج الفينولي، 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، فتتمثل في تحسين عملية إنتاج أو بناء المواد المقاومة للحرارة، أو تعزيز بعض خصائصها، مثل المثبت، وعامل اختزال الماء، والمثبط، والملين، وعامل الرغوة، والمشتت، وعامل التمدد، ومضاد الأكسدة، إلخ.
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، مثل الكوارتز، والكوارتز الصخري، والكوارتزيت، والعقيق الأبيض، والصوان، والأوبال، والكوارتزيت، ورمل السيليكا الأبيض، والدياتوميت، تحتوي 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، مما يؤدي إلى تكوين 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%، يتمتع 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 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 المقاومة للقلويات
تتكون بشكل رئيسي من المغنسيت (المغنسيت)، الدولوميت، الجير، الزبرجد، السربنتين، المواد الخام عالية الألومينا الأكسجين (محايدة في بعض الأحيان)، هذه المواد الخام لديها مقاومة قوية لخبث القلوية، تستخدم في الغالب في فرن البناء القلوي، ولكن خاصة الخبث السهل والتفاعل الكيميائي الحمضي 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 لمختلف أنواع 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 الحراري 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 أوليفين، 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، إلخ.)
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 العالي 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 والتقنية المتقدمة للصناعة الحديثة. تلبي المواد الحرارية الاصطناعية التركيب والبنية الكيميائية المعدنية المصممة مسبقًا، وتتميز بملمس نقي وكثافة عالية، وتركيب كيميائي سهل التحكم، ما يضمن استقرار الجودة، ويمكن استخدامها في تصنيع مجموعة متنوعة من المواد الحرارية المتقدمة، وهي المادة الخام الرئيسية للمواد الحرارية الحديثة عالية المهارة والتقنية المتقدمة. شهد تطور المواد الحرارية الاصطناعية تطورًا سريعًا في العشرين عامًا الماضية.
المواد الخام الحرارية الاصطناعية هي في الأساس سبينيل المغنيسيوم والألومنيوم، والموليت الاصطناعي، والمغنيسيا البحرية، وكورديريت المغنيسيوم الاصطناعي، وأكسيد الألومنيوم المسحوق، وتيتانات الألومنيوم، وكربيد السيليكون وما إلى ذلك.
وقت النشر: ١٩ مايو ٢٠٢٣
