硬质粘土

耐火粘土是指耐火度大于1580℃的粘土，依其理化性能、矿石特征和工业用途，一般分为软质粘土、半软质粘土、硬质粘土和高铝粘土等四种。其相应的矿石工业类型划分，见表2。

表2 ;耐火粘土矿石工业类型

矿石工业类型 ;矿物成分 Al2O3

含量% Fe2O3含量，

% ;耐火度℃ ;矿石外观特征 ;工业

用途 ;备注

主要矿物 ;次要矿物

高铝

粘土 ;一水硬铝石 ;高岭石、-水软铝石 >50 <3 ;≥1770 ;豆状、鲕状、角砾状、致密块状、坚硬粗糙状、土状 ;高铝质耐火材料 ;化学

成分

以熟

料计

硬质

粘土 ;高岭石 ;一水硬铝石、三水铝石、地开石、伊利石、叶蜡石 >30 ;≤3.5 ;≥1630 ;致密块状、鲕状、贝壳状 ;粘土质耐火材料

半软质粘土 ;高岭石 ;伊利石-水硬铝石 ;≥25 ;≤3.5 ;≥1630 ;块状、片状 ;结合剂 ;化学成分以生料计

软质

粘土 ;高岭石-伊利石 >22 ;≤3.5 ;≥1580 ;土状、片状 ;结合剂

钠蒙脱石-伊利石

注:高铝粘土、硬质粘土不具可塑性，半软质粘土、软质粘土具有可塑性。

耐火粘土是中国的优势资源，也是世界上耐火粘土的主要出口国。中国的耐火粘土矿石类型及品种齐全，矿床分布广泛，全国矿产地达254处以上，主要分布在山西、河南、河北、山东、贵州、辽宁、内蒙、吉林及湖北等省，这八个省区已探明的储量占全国的76%。山西、河南及贵州主要产高铝粘土，硬质粘土则多产于辽宁、内蒙、河北、山东、河南、湖北、安徽和四川，软质粘土主要分布在黑龙江、吉林、内蒙、山西、湖南及广东等地。

耐火粘土矿多分布于储煤盆地内，对开发十分有利，主要矿产地有:山西阳泉、孝义、河南巩义、新安、河北唐山、沙河、山东章丘、淄博、贵州修文、内蒙准格尔、辽宁复县、吉林舒兰、黑龙江牡丹江、安徽淮北、湖北恩施、宜城、陕西铜川等耐火粘土

矿。

耐火粘土矿多分布于古陆边缘，有一些矿床分布于古侵蚀面上。约有80%的矿床产于石炭--二叠纪，10%矿床产于侏罗纪，其余产于第三纪、第四纪。

中国应用的耐火粘土矿床的成因类型几乎全部属于沉积型。如表1所示。

表1 耐火粘土矿床成因类型与实例

矿床类型 ;矿 ;床 ;特 ;征 ;矿床实例

矿床赋存层位 ;矿石矿物成分 ;矿床规模

沉积在较老岩层不整合面上的矿床 ;石炭系二叠系底部 ;水铝石、高岭石为主 ;一般较大，沿走向延长1000~3500m，倾斜延深300~500m，厚几至十几米 ;河北赵各庄、山西太湖石、浙江方蒙山等矿床

夹于砂岩，砂页岩、凝灰质岩中的矿床 ;石炭系、二叠系、侏罗系、第三系、第四系 ;高岭石类矿物为主，含少量石英 ;一般厚1m左右，沿走向、倾斜延展几十至几千米，产状平缓 ;河北古楼庄、内蒙古大青山、贵州陶关、吉林水曲柳等矿床

含煤岩系中的高岭土质矿床 ;石炭系、二叠系 ;高岭石为主。少量-水软铝石 ;与煤层共生，亦能构成单独矿床 ;山西大同、内蒙古准格尔、陕西铜川等矿床

残积矿床 ;高岭石 ;中、小型 ;江西高岭矿床

一、 ;一、 ;矿产名称 耐火粘土(Fire Clay)

二、 ;二、 矿床类型及其分布d

⒈矿石的矿物组成

耐火粘土中常见的主要矿物有:一水硬铝石、一水软铝石、三水铝石、珍珠陶土、高岭石、地开石、水铝英石、埃洛石、伊利石、叶腊石、蒙脱石;次要矿物有:褐铁矿、赤铁矿、黄铁矿、菱镁矿、钛铁矿、金红石、白钛矿、脱钛矿、石英、蛋白石、玉髓、电气石、锆石、石榴石、长石、角闪石、辉石、榍石、方解石、白云石、石膏等。

耐火粘土的有害杂质主要有铁的氧化物、氢氧化物、硫化物、碳酸盐、游离SiO2、钙和镁的碳酸盐和硫酸盐、锰的氧化物、钾、钠的氧化物、碳质和有机质等。此外，钛的氧化物常因其含量的多少，而在耐火粘土中有不同的作用。

耐火粘土的化学成分，一般不稳定，其主要成分为Al2O3、SiO2、H2O，次要成分为TiO2、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、Na2O、K2O、CO2、SO3以及有机物等。

⒉目的矿物的矿物特征

耐火粘土是一种以高岭石为主体的多种矿物的混合物。中国根据现行耐火原料的化学成分技术指标，将耐火度大于1580℃的粘土和耐火度大于1770℃的铝土矿通称为耐火粘土。

软质粘土的主要矿物组成为高岭石、伊利石和蒙脱石，Al2O3含量低，一般为22~30%，耐火度大于1580℃，较硬质粘土低。软质粘土一般呈土状或似土状，颗粒细小，粒径常小于5微米，易风化，在水中易浸散，可塑性好，结合性强。

半软质粘土的主要矿物组成为高岭石，也含伊利石和硬水铝石，Al2O3含量为25~30%，有的达30%以上。其特性介于软质及硬质粘土之间，可塑性较低，有一定的结合性，耐火度一般大于1630℃。

高铝粘土的主要矿物为一水硬铝石，其它有软水铝石、三水铝石和高岭石等，Al2O3含量(熟料)在50%以上，有时可达90%以上，耐火度在1770℃以上，在高温下强度大，抗渣性强。高铝粘土呈致密块状或鲕状，表面粗糙，硬度大。难风化，没有可塑性。

⒈ 1. 综合利用技术方法及工艺流程

耐火粘土选矿提纯的目的主要是降低"熔剂"组分的含量。针对矿石中的有害杂质成分而分别采取不同的方法。

① 耐火粘土的脱硅:脱硅一般采用单一浮选法。

② 高铝粘土脱铁、钛杂质:以黄铁矿存在的粗粒嵌布铁杂质采用浮选法脱除;以微细粒嵌布的铁、钛杂质可用高梯度磁分离技术脱除;对于以微细粒、超显微包体及类质同象形式存在的铁、钛杂质，采用选择性的氯化挥发方法是较为有效的途径。

③ 高铝粘土的脱钾、钠杂质:钾、钠主要以水云母和白云母的形式存在于矿石中，可采用浮选法脱除。

⒉ 2. 开发生产实例

① 耐火粘土的脱硅

如对山西、河南等地的耐火粘土矿石，经细磨至-200目占97%，以碳酸钠为调整剂，六偏磷酸钠为抑制剂，氧化石腊皂和塔尔油为捕收剂，浮选结果，矿石的铝硅比由5左右提高至8以上。

② 高铝粘土脱铁、钛杂质

对湖南辰溪矿石，经磨矿至-200目占30~50%，在自然pH条件下，用丁基黄药作捕收剂，用量50g/t，并加适量2号油，采用最简单的一次选别流程可有效地脱除黄铁矿杂质。

采用高梯度磁分离技术对山西阳泉特级矿进行分离试验，Fe2O3由1.48%降至0.70%，TiO2的脱除率达到88%。

③ 高铝粘土的脱钾、钠杂质

对河南巩义二级高铝粘土矿石，经磨矿至-37um占80%，矿浆pH值9~10，六偏磷酸钠为分散剂，用量100g/t，以油酸钠和塔尔油混用作为捕收剂，用量分别为500和1000g/t，经一次粗选五次精选流程，K2O和Na2O的含量分别由2.25%和0.14%降至0.43%和0.05%。

⒈工艺特性

耐火粘土的工艺特性主要有分散性、可塑性、结合性和烧结性。这些性质直接影响其作为耐火材料的应用性能。

耐火粘土的分散性取决于其微细粒级(小于0.2~2微米)含量的多少，因此，软质粘土是一种高分散性的物质，而其它耐火粘土的分散性则由研磨后的粉碎程度决定。

耐火粘土的可塑性和结合性均由其分散性决定，并且可塑性与结合性关系密切。在多数情况下，可塑性强，其结合性亦强。因此，在生产中通常都以可塑性来判断其结合性能的强弱，并根据可塑性确定成型工艺和结合剂的配比，以制作各种耐火制品。

耐火粘土的烧结性是指耐火粘土经煅烧后能获得一定密度和强度的性能，无论对结合粘土还是对烧制熟料用的高铝粘土和硬质粘土，都是一项重要的工艺性质。一般来说，原料的烧结性取决于其矿物组成和化学成分，Al2O3含量高的烧结性好，而杂质含量高时会降低其烧结性。

⒉主要用途

耐火粘土的主要用途是制作耐火材料。用耐火粘土制作的耐火材料具有耐火度高，热稳定性好以及抗酸、碱性炉渣的性能，加之资源丰富，有传统的应用经验，工艺较简便，生产成本低等特点，所以应用范围最广，品种最多，用量最大，几乎所有工业窑炉及热工设备都要用耐火粘土制品。中国耐火材料产量中，耐火粘土制品占80%以上。其中硬质粘土主要作为耐火粘土砖的骨料，用于钢铁工业的各种冶炼炉及盛钢桶的衬砖、流钢砖、浇钢设施、也用于加热炉、均热炉及其它工业窑炉。硬质粘土与工业氧化铝结合，可制作合成莫来石;与石墨结合，可制作耐火制品石墨-粘土砖和石墨-粘土坩埚等。高铝粘土主要用作高铝耐火材料高铝砖的骨料，用于钢铁工业高炉、平炉、电炉、盛钢桶及加热炉、均热炉等重要部位的内衬，以及其它工业窑炉的重要部位;还可与煅烧镁砂制作铝镁砖;与烧结氧化铝配合制作刚玉砖等。Fe2O3含量高的高铝粘土还作为铁矾土原料，用于炼钢的造渣料，或用于水泥工业制作高铝水泥。软质粘土和半软质粘土多作为结合粘土，用于制品成型的结合剂。

耐火粘土地质评价用的一般工业指标见表3。

表3 ;耐火粘土地质评价用的一般工业指标

矿石

类型 ;矿石

品级 ;主要化学组分，% ;烧失量

≤，% ;耐火度

≥，℃ ;可塑性

指 标 ;说明

Al2O3，≥ Fe2O3，≤ CaO，≤

高铝

粘土 ;特级 85 2.0 0.6 15 1770 ;化

学

组

分

以

熟

料

计

Ⅰ级 80 2.5 0.6 15 1770

Ⅱ级 ;甲 70 3.0 0.8 15 1770

乙 60 3.0 0.8 15 1770

Ⅲ级 50 2.5 0.8 15 1770

硬质

粘土 ;特级 44 1.2 15 1750

Ⅰ级 40 2.5 15 1730

Ⅱ级 35 3.0 15 1670

Ⅲ级 30 3.5 15 1630

半软

质粘

土 ;Ⅰ级 35 2.0 16 1690 1~2.5 ;化学

组分

以生

料计

Ⅱ级 30 2.5 16 1670

Ⅲ级 25 3.5 16 1630

软质粘土 ;Ⅰ级 30 2.0 18 1670 ;≥2.5

Ⅱ级 26 2.5 18 1610

Ⅲ级 22 3.5 18 1580

开采技术条件:矿石最低可采厚度(真厚度)，地下开采0.8~1.0m;露天开采0.5~0.8m;夹石剔除厚度0.5~0.8m;露天剥离比≤15。

当粘土矿石中杂质含量高时，可参考如下指标:

① 高碱质高铝粘土:除按一般要求外，并要求K2O+Na2O<1.5~2%，TiO2<4.5%(只能制低级高铝制品或无荷重软化温度要求的浇铸用砖)。

② 高碱硬质粘土:某些地区的高碱硬质粘土，当其它有害组分含量较低时，也可作耐火粘土使用，其参考指标见表4。

③ 高钛耐火粘土:除按一般工业要求外，并要求TiO2<15%(高铝粘土)和TiO2≤7.5%(硬质粘土)。

④ 高铁硬质粘土:在缺少硬质粘土的地区，或硬质粘土的铁质以结核状黄铁矿、白铁矿等形式存在时，如采用特殊工艺制砖，对Fe2O3含量要求可小于5%;如铁质以分散状态存在并采用化学方法处理时，Fe2O3可要求<14%。

表4 ;高碱硬质粘土的参考指标

品级 ;化 ;学 ;成 ;分， % ;耐火度

℃≤ ;用 ;途

Al2O3, Fe2O3 K2O+Na2O

Ⅰ级 ;≥43 ;≤1.3 <1.3 <1730 ;可制通用砖

Ⅱ级 ;≥40 ;≤1.8 ;≤2.8 <1670 ;可制下注砖

Ⅲ级 ;≥38 ;≤2.2 <4 >1630 ;亦可制下注砖

注:以上各品级矿石杂质总量均应<9%。

⒈有用元素及主要伴生元素对原料的影响

耐火粘土的性能主要取决于有益组分铝矿物和粘土矿物的量，其它杂质矿物如Fe2O3、SiO2、K2O、Na2O、CaO、MgO及TiO2等统称为"熔剂"组分，含量多时会降低原料的耐火度。

⒉部颁标准

①. ;①. ;高铝粘土熟料产品部颁标准:见表5。

②. ;②. ;硬质粘土熟料产品部颁标准:见表6。

③. ;③. ;软质及半软质粘土产品部颁标准:见表7。

④. ;④. ;用于陶瓷原料对耐火粘土的质量要求:原料质量均一;Fe2O3≤0.5%;具有适当的可塑性;烧成后色泽纯白，不变形;成型干燥时收缩均一，无龟裂。

⑤. ;⑤. ;其它用途的质量要求:尚无标准，可参考主要用途质量要求。

表5 ;高铝粘土熟料产品物理化学性质指标(YB2212-82)

等 ;级 ;化 学 组 分， % ;耐火度

℃ ;密度

g/cm3

Al2O3, CaO Fe2O3

特级品 >85 ;≤0.6 ;≤2.0 ;≥1790 ;≥3.00

一级品 >80 ;≤0.6 ;≤3.0 ;≥1790 ;≥2.80

甲70~80 ;≤0.8 ;≤3.0 ;≥1790 ;≥2.65

二级品 ;乙60~70 ;≤0.8 ;≤3.0 ;≥1770 ;≥2.55

三级品 50~60 ;≤0.8 ;≤2.5 ;≥1770 ;≥2.45

表6 ;硬质粘土熟料产品物理化学性质指标(YB2211-82)

等 ;级 ;化 学 组 分， % ;耐火度

℃ ;密度

g/cm3

Al2O3 Fe2O3

特级品 44~50 ;≤1.2 ;≥1750 ;≥2.45

一级品 ;甲44~50 ;≤1.6 ;≥1750 ;≥2.40

乙42~50 ;≤2.5 ;≥1730 ;≥2.35

二级品 36~42 ;≤3.5 ;≥1670 ;≥2.30

三级品 30~36 ;≤3.5 ;≥1630 ;≥2.25

表7 软质及半软质粘土产品物理化学性质指标(YB2213-78)

指标

等级 ;化 学 组 分， % ;耐火度

℃ ;烧失量

%

Al2O3 Fe2O3

一级品 >30 ;≤2.0 ;≥1670 ;≤17

二级品 26~30 ;≤2.5 ;≥1610 ;≤17

三级品 22~26 ;≤3.5 ;≥1580 ;≤17

⒊企业标准

中国主要耐火粘土矿产品原料企业及生产的产品、规格见表8。

中国生产耐火粘土制品的厂家有:上海耐火材料厂、鞍钢耐火材料厂、武钢耐火材料厂、洛阳耐火材料厂等。

表8 中国生产耐火粘土的主要企业、产品及规格

企 ;业 ;名 ;称 ;主要产品 ;规 ;格， %

Al2O3, Fe2O3 SiO2

攀钢二滩粘土矿 ;粘土矿 40~60 ;≤3

重钢乐山粘土矿 ;粘土矿 47~49.7 ;≤2.56

武钢焦作粘土矿 ;软质粘土

硬质粘土 36.31

40~48 1.51

⒈2~1.5

包钢峙峪软质粘土矿 ;软质粘土 29.56 2.16

包钢杂怀沟硬质粘土矿 ;硬质粘土 37~42 0.7~1.2

太钢东山软质粘土矿 ;软质粘土 >30 <3.5

秦皇岛耐火材料厂矿山 ;粘土矿 36~48 <3.5

开滦古冶矾土矿 ;硬质粘土

软质粘土

铁铝矾土 45.5~66.84

39.15~42.25

>48 1.46~2

2~2.06

13~15 >23

吉林舒兰县吉田水曲柳粘土矿 ;粘土矿 20~35 2~4

本钢田师傅粘土矿 ;粘土矿 >39 <2.5

鞍钢复州湾粘土矿 ;粘土矿 35~39 2.1~2.3

山东洪山铝土矿 ;硬质粘土

高铝矾土 39.8

25 1.3

⒈3

山东博山粘土矿 ;粘土矿 36~41 <2.5