无机非金属材料固化工艺

1、第七章 无机非金属材料固化工艺固化工艺的作用及意义是提高产品性能，到达质量标准要求，含枯燥脱水、分解、相变、 共熔、熔融、溶解、结晶、相的凝固、剩余玻璃、烧结等一系列复杂的物理化学反响。固化可分为加结合剂固化及变温固化二大类。 结合剂是一种将矿物材料胶结成型并进一步凝结固化的粘结材料。结合剂的使用能保证各 种材料集合体能粘结成型，保证材料产品具有所要求的强度和功能性能。粘结剂一般可分为无机粘结剂和有机粘结剂及复合粘结剂三类。选择使用时应考虑：是否符 合制品性能的要求，保证制品质量，来源尽可能广泛，本钱低，使用方便。第一节 无机结合剂一、无机胶凝材料无机胶凝剂分水硬性及气硬性胶凝材料二大类一常见

2、的种类1、硅酸盐水泥 水硬性材料原料种类，熟料成分，配料要求及调整：C3S+C2S 75%硅酸盐矿物影响水泥强度和质量C3A+C4AF疋25% 溶煤矿物一促进 C3S、C2S形成铝酸盐水泥高铝水泥 、粉煤灰水泥、矿渣水泥、白色水泥、特种水泥等。 矿物组成 CA、 CA2、 C12A 7钙英长石 C2AS、 C4AF。 在常温下，高温下均可作为粘结剂，在耐火材料中应用广泛。 要加速或延缓高铝水泥硬化和改善作业性能，需用各种添加剂。2 、 石灰3、石膏气硬性胶凝材料4、含水氯镁盐胶凝体，镁质胶凝材料是指苛性苦土 MgO 和苛性白云石，苛性苦土 由碳酸镁加工，苛性白云石由白云石加工。由蛇纹石可生产镁

3、质胶凝材料，其它还有海水，冶 炼镁合金的熔渣。菱镁矿、白云石的煅烧细磨而得到镁质胶凝材料。 氯镁矿在氧化镁浆体中的作用：以氯化镁溶液代替水作用MgO 的调和剂，可以提高镁质胶凝材料的性能。当满足4< MgO/MgCI < 6时可形成水化物 Mg 30H5C1 4H20，此时该水化物是稳定的，但 超出这个范围都会伴随着硬化的进行而发生相的转变，而这种转变将导致结构网的破坏和强度 降低。镁质胶凝材料的硬化强度来源：结晶结构网多孔多相结构 抗水性差，因为氯盐吸湿性大结晶接触点的溶解度高结晶结构网的破坏改善：掺入少量的磷酸或磷酸盐改氯盐为硫酸镁，铁钒。二无机胶凝材料水化物 1水化硅酸钙胶凝

4、性很强，强度高，水中溶解小。 2水化铝酸钙易溶于水，强度低。 3水化硫铝酸钙针状大结晶体，不溶于水，强度很多。 4氢氧化钙、碳酸钙片状晶体，易溶于水。 5含水硫酸钙易溶于水。 6含水氯镁盐易溶于水。三无机胶凝材料的水化反响 水化反响的概念：水化反响是物质在一定条件下与水分子所起的化学作用，即物质从无水 状态转变为含结合水状态、生成水化产物的化学反响。无机胶凝材料中新生矿物的稳定性很低 原子排列的有序程度降低 ，与水接触 水化时， 其 CaO 键键能增加显著， 且趋向稳定。 这说明水化反响是胶凝材料从脱水后的不稳定状态向 重新吸水转化为稳定状态的动力学过程。水化反响的重要作用：CaO+H2O C

5、a0H2C2H4 乙烯CH2+H2OTCH3CH2OH 乙醇水泥的水化反响如下：C2S、C3S与水反响生成水化硅酸钙类 C S H 并析出氢氧化钙，成为水泥砂浆和混凝 土及其制品强度的根底。C3A 和 C4AF 在水的作用下与二水石膏和氢氧化钙反响，分别生成水化硫铝酸钙类物质， 对水泥凝结起调节作用，且填充硬化水泥浆体的孔隙，增进水泥制品强度。粉煤灰、煤渣和粒化高炉矿渣的作用： 其主要含活性二氧化硅，活性三氧化二铝，在水存在的条件下与氢氧化钙发生水化反响， 生成水化硅酸钙类、水化铝酸钙类，从而成为以各种废渣为主要原料的硅酸盐制品的强度重要 根底。消石灰的反响：CaO 2+CO CaCO+HO消

6、石灰与砂中所含的二氧化硅缓慢结合成为水化硅酸钙，使石灰砂浆产生强度。 水泥与其它材料水化反响的区别： 硅酸盐水泥的水化是依靠熟料中的组成矿物，迅速生成水化硅酸钙凝胶类水化生成物，使 水化砂浆或混凝土在短期内获得高强度。 煤灰、二氧化硅、硅藻土、三氧化二铝等是依靠掺合石灰或石膏，在水存在的条件下发 生水化反响而产生强度。而在高压下水蒸汽及高温条件下养护，那么水化反响更趋完善，从而可 制得高强度材料。 灰砂制品， 硅酸钙板， 微孔硅酸钙， 石棉水泥板及其它纤维增强无机复合材料正是基于 上述理论根底的。二、无机胶结材料胶凝材料与胶结材料的区别：胶凝胶结凝固，胶结材料本身是否会凝固。1、硅酸钠又称水玻

7、璃或泡花碱，分子式N&0nSQ2或N&0nSQ2 XH2O。有液体和粉末状两种。硅酸钠含水量的多少影响其常温下的流动性(粘度)及被粘结的矿物材料的性能。 优点：粘结性优良，价格廉价，无毒，加热时不臭，常用于耐火材料，保温绝热材料及建 筑材料。缺点：碱性强，密度大，常温下硬化缓慢(应加促硬剂) 。 硬化剂：氟硅酸钠、聚氯酸铝、氯化铝、磷酸钠等。2、磷酸钠及磷酸盐 二者可用于不烧砖和不定形耐火材料、绝热材料。HPO正磷酸、也最稳定，可直接用作结合剂。 磷酸具有反响性H+,与氧化物能形成胶结。MgO+bPQ t Mg(HP0)+H2O生产不烧制品要求 40%-45%的勺低浓度和1.

8、251.29g/cm3密度的磷酸。正磷酸加热后熔化，脱水(100-200 °C)升华(3000C)形成焦磷酸和偏磷酸，此反响是 可逆的。 磷酸铝 由磷酸与氢氧化铝反响而制得。之是一种高温粘结剂，受热固化。为加速其常温硬化，可适量增加促硬剂。常用于酸性耐火材料及绝热材料的结合剂。 聚合磷酸钠 是碱性耐火材料常用的结合剂。用第一磷酸钠(NaHPQ)加热缩合成聚磷酸钠(NaPO) n,才能使结合体获得较高的强度。 或将NaHPQ同碱土金属氧化物(MgO等制成混合料，那么在常温下即可反响，生成Mg(HPQ)2,枯燥后将形成 MgHPO之具有较高的粘结性，使混合料快速硬化。MgHPO再加热(5

9、000C)时，分别缩合成聚磷酸镁 Mg(PO3)2n和(MgzPzQ)，其结合强度进一 步提高。3、硫酸铝 硫酸铝受水解后,生成凝胶体而凝结硬化,反响为：Al2(SO4)3+2H2OtAl2(SO4)2(OH)+H2SO4 Al2(SO4)2(OH)2+2H2OtAl2(SO4)(OH) 4+H2SO4 Al2(SO4)(OH)4+2H2Ot2Al(OH) 3+H2SO44、聚合氯化铝 之用作捣打料、浇注料及塑性料的结合剂。用促凝剂(MgO白云石，硅酸镁、矶土水泥和固体水玻璃等)不提高聚合氯化铝的结合效果。5、硅胶 硅胶硅酸溶液的胶体溶液。 主要用于高耐火度的含材料作结合剂。它的颗粒尺寸越细粒

10、度约为7卩m,SiO2 25% , 一般凝结时间越短，25天凝结。6、a -Al 2Q由三水铝石Al 2Q 3fO在减压条件下低温脱水如 400Pa以下600 ° C制得。 具有复水性，a -AlAl2Q 3fO+Al2Q1-2H 2O。成为勃姆石凝胶。a -Al 2O主要作为耐火浇注料的有效粘结剂。7、粘土与超微细粉结合剂主要用于陶瓷及高温耐火材料的浇注材料。如用高铝水泥，SiO2, AI2Q, CrQ等0.1卩m以下的超微细粉与集料混合后，生产混合浇注料。第二节 有机粘结剂一、传统的有机结合剂1 、亚硫酸纸浆废液用作结合剂可以提高砖坯或制品的强度， 提高料坯的可塑性及成型密度，

11、降低泥料的内摩擦 力。一般使用酸性纸浆废液。2、沥青类粘结剂煤焦油沥青煤油别离之后的残渣，用于耐火材料及碳石墨、碳纤维制品。 石油沥青炼制石油的副产品。沥青软化点与其组分有直接关系，其中 a树脂甲苯不溶物或游离碳含量高，其软化点 也越高，粘结性降低。沥青粘度与温度成反比，与 B树脂含量成正比，参加添加剂可降低粘度甲苯、煤油、油 酸等。沥青结合剂在应用时，在被结合物料的颗粒之间被碳化，形成颗粒间的结合碳，产生牢固 的碳结合。结合剂挥发损失越少，碳化率越高，结合性越好。碳化率大小与沥青的组成，苯及甲苯不溶物含量，升温速度，环境压力等相关。添加改性 剂，可以提高碳化率。沥青结合剂优缺点： 优点：不含

12、水，不浸水，残碳高，适于作含钙材料的结合剂与其它溶剂，配合使用，可以 冷态成型。缺点：呈固体，150°c以上才呈流动性较好的液体状，故须热混炼、成型，生产工艺复杂， 污染环境，毒害人体。沥青与树脂混合使用，能提高高温抗折强度。二、树脂1、热固性树脂 热固性树脂是具有加热固化特性的一类树脂。 原料是处于固化状态，在加工中通过催化剂或其它固化剂，使其完全固化，但需热量以引 发化学反响。热量可以来自加热器，加压灯光，也可来自固化和树脂的反响热或固化剂与树脂催化剂的 反响。化学交联，由液态树脂转变成硬而脆的固体物质。一旦固化完毕，热固性树脂优成为不可熔融的物质，具有脆性，可与增强纤维复合后，

13、制 成变强度的复合材料。1环氧树脂 是一类含有一个或二个以上环氧基的混合物。 使用环氧树脂作基体制造复合材料时，都要使用催化剂，催化剂能自身聚合，起到固化剂 的作用。聚合物在低温下成玻璃态，在高温下呈橡胶态。树脂固化过程中可以参加各种添加剂以改善固化后的根本性能。包括：参加稀释剂能降 低固化前的浓度， 以便于操作和浸润 通常稀释剂会降低工作温度 。参加增塑剂 或软化剂 能降低弹性模量，增加断裂伸长率。橡胶增韧剂是从反响的基体中析出的橡胶态微粒，它能 防止或减少基体中裂纹的扩展。 参加惰性填充物， 能改变材料密度、 本钱和基体的有效模量。环氧树脂的优点： 能为特殊用途提供最正确性能。 由于环氧分

14、子中具有羟基、 醚基和环 氧基等到极性基团，与材料外表浸润性好，故粘结力强。能控制断裂韧性。无挥发物，收 缩率低。抗化学性好，热稳定性好，并具有高的胶结强度。环氧树脂的缺点：本钱高。由于固化速度慢和粘度大，故使用不方便。对某些有机 材料如有机酸和酚的抗腐蚀性能和高温性能差。性脆。环氧树脂的用途：绝缘材料，力学工程材料，施工材料，高强结构材料。 2聚酯树脂是由二元酸与二元醇或二元酚的混合物缩合而成。优点：初始粘度低，易浸润增强体；本钱低，原材料易获得；易于操作及改变固化 条件；对特殊用途易于施工与操作；有良好的环境耐久性。缺点：固化过程升温高，收缩率大， 导致产生加工应力， 从而使纤维/基体间的

15、胶接度较 差；假设体系具有足够的剪切强度，那么变得较脆；耐碱蚀性差。 3酚醛树脂是由酚类苯酚或甲酚和甲醛缩合，发生聚合反响而制得。酚醛树脂的优点： 具有良好的电绝缘性能，化学稳定性好，机械强度高。酚醛树脂的缺点： 聚合物反响期间需要施加高压，并要加热； 颜色差由棕褐色到黑 色；由于空隙含量高， 复合材料的力学性能比其它复合材料差些， 例如产品冲击强度差； 制品硬度较高，易造成噪音及打滑现象。酚醛树脂的用途： 酚醛树脂的改善途径，主要是采用一些有机化合物使其连结在苯酚环上，从结构上形成具 有较大塑性的支链，从而改变树脂性能。如：聚乙烯醇 -酚醛树脂；松香改性酚醛树脂；桐油改性酚醛树脂，腰果壳油改

16、性酚醛树脂；三聚氰胺-腰果油改性树脂；橡胶-酚醛树脂共混改性、磷酸酯阻燃剂改性酚醛树脂等。生产耐火材料及碳石墨制品，使用酚醛树脂比使用沥青粘结剂更强，烧结后强度大，能在 较低温度下产生硬化，有害物质少。残碳量是复合材料结合剂性能要求的指标之一，随成分的变化而变化，而且影响材料的高 温性能，残碳率愈高，高温性能越好。残碳率=碳化率-未被挥发而产生牢固的碳结合。几种热固性树脂的性能见表 7-1。表7- 1常用热固性树脂性能树 脂 种 类密度3(kg/m )弹性模量2GN/m抗拉强度2MN/m压缩强度2Mn/m 泊松比弯曲强度2MN/m环氧树脂1100-14003-635-100-100-130聚酯

17、树脂1200-15002-4.540-9092-19060-120酚醛树脂1300-132040-8588-11078-120有机硅树脂1700-190020-4564-130-692、热塑性树脂与热固性树脂不同，热塑性树脂的分子间没有交联交联导致了高分子键三维网络的紧密 结合，机械性能取决于组成网络的分子单元和交联的长度与密度，强度和刚度来源于单体键所固有的性质及其高分子量。热塑性塑料中存在着高度集中的分子缠结一缠结起着类似交联的作用，加热时，分子间缠 结解脱，便以刚性固体变为粘性液体一这就是热塑性树脂受热熔化的根本原理。热塑性树脂用作复合材料粘结剂，主要应用于低温常温下工作环境。种类：聚乙

18、烯PE;聚氯乙烯PVC；聚乙烯醇PVA；聚丙烯PP;聚碳酸脂DC； 聚酰铵PA ；聚酰亚铵PL；聚甲醛。三、橡胶聚合物1、橡胶聚合物是弹性体高分子聚合物材料。具有高弹性，韧性和强度。良好的低温磨擦 性及粘结性能。缺点：不耐高温，在空气中易老化，在使用时，须添加各种配合剂硫化剂、促进剂、防 老化剂。硫化是橡胶形成高弹、高强和三维结构的必需条件。2、硫化机理橡胶同硫磺或其它硫化剂相互作用发生关联的过程叫硫化。生胶的分子链具有运动的独立性，所以生胶是可溶性的而又是热塑性的。硫化后分子链结 合在一起生成空间网，硫化胶便失去可溶性，而只能有限地膨胀。由于分子链间生成横链，塑 性流动发生困难，故硫化胶比生

19、胶弹性更大。硫化橡胶中分子之间除范德华吸引力外，同时在分子链彼此结合的地方有原子价力发生作 用，故强度增大。3、橡胶性能1是良好的弹性体；回弹力高。2机械强度高，耐挠屈性好。3良好的耐透气性。4是良好的电绝缘材料，且不受环境的影响。5化学反响能力强，故易形成硫化橡胶。6耐碱不耐酸。缺点：在空气中易吸氧而变成氧化物，使分子键断裂和过度交联， 发生粘化和龟裂一老化,但可添加防老剂而得以改善。耐浓强酸，耐油，耐溶剂性很差。表7-2硫化对制品性能的影响工程硫化前硫化后项目硫化前硫化后可塑性有无耐老化差好弹性低高适用温度范围狭宽强度低高溶解性溶不溶仅溶胀伸长高低硬度低高变形大小电性能根本不变4、橡胶分类

20、：天然橡胶、合成橡胶。合成橡胶：是烯类聚合物，通过聚合方法合成的。A. 丁苯橡胶B. 丁晴橡胶 C.氟橡胶D.硅橡胶等。5、橡胶应用的处理A. 橡胶在气油或其它溶剂中溶化成胶浆，后与纤维填料混合。B. 橡胶与纤维、填料在练胶机上混练。C. 橡胶塑炼t压片t溶化t与树脂掺与t与纤维、填料混合。橡胶主要用于密封材料中。四、有机粘结剂的作用机理基体主要是将应力传递和分配到各处纤维上，并将孤立的纤维粘结在一起，使之按要求取 向。基体可保护纤维，使其免受磨损，与湿空气及其它环境介质的填接接触。同时基体能使纤 维成为一个整体，抵抗受负荷后的破坏和变形。纤维一基体界面的结合强度是决定复合材料在使用过程中能以

21、何种程度发挥并维持其潜在 性能的关键因素。界面粘结力必须满足以抵抗因纤维和基体热膨胀系数不同以及固化过程中基体的收缩等因 素产生的应力。此外，基体最好能耐液体渗透且无空洞。五、纤维与基体的粘结作用方式 纤维和基体粘结剂依靠界面的粘结组成复合材料，故纤维基体界面、结构和性能对 复合材料的力学性能及物理性能起着重要作用。作用在基体上的应力是通过界面传递给纤维的。纤维与基体的粘结方式 吸附和浸润当两个电中性的外表不很粗糙的物体在足够靠近时会产生物理吸附。粘结的首 要条件是必须浸润基材，假设增强材料完全被树脂浸润，那么由物理吸附所提供的粘结强度从理论 上讲能超过树脂的内聚能。 但在实际上系统中， 树脂

22、浸润必须与水及其它可能的弱外表层竞争。 当两个固体外表靠在一起时， 外表微观原子尺寸上的粗糙不平， 使得它们之间不能有效地接触， 此外，外表被沾污等都影响物理吸附。要使纤维外表有效地浸润，使液态覆盖外表上的每一个峰谷，须将空气排净，才可得到良 好的物理吸收粘着。1. 相互扩散 两种聚合物外表化，有可能通过一个外表上聚合物分子向另一个外表分子网络扩散而形成 粘接。粘结的强度取决于界面上分子缠结的数量各所包含的分子数目。相互扩散自粘着 一个外表上聚合物分子向另一个外表分子网络扩散而形成粘结，粘结强度取决于界面上分 子缠结的数量和所包含的分子数目。溶剂和增塑剂的存在有助于相互扩散。相互扩散可以局部说

23、明在纤维与基体复合之前进行 聚合物涂层处理而实现结合的原因。相对于粘结，相互扩散被称为自粘着作用。2. 静电吸引 当一个外表携带有净正电荷，而另一个外表携带净负电荷时，两个外表产生吸引力。像酸 碱反响与离子键合那样，界面强度取决于电荷密度。3. 化学键结合 化学键结合是在纤维外表的化学基团同基体中相容的化学基团之间形成的结合。键合强度 取决于化学键的数量及类型主要界面粘结力。偶联剂可以进一步改善化学键和力。4. 机械粘着 是两外表的纯机械连锁而形成的粘结。树脂将纤维外表完全浸润，固化后依外表的各个细 部形状而定型。这种结合力拉抻强度不高，以剪切强度为主，并取决于外表粗糙程度。而外表 的纯机械连

24、锁而形成的粘结，结合强度不高。仙相互扩JR的 自粘看作用打mULiujj« W XZWWAc»电吸引的 粘结5植11度毒膻的 机秋联ttttftv7/Q化学會的X7 Q 0 :B岁申敬 吐 、&图7-1聚合物与纤维或填料粘结机理示意图第三节高温固化一、概述高温固化是一个复杂的物理化学反响过程，这个反响过程可分为枯燥脱水、分解、熔融、 相变、共熔、溶解、玻璃相的凝固、烧成结晶等步骤。二、高温固化工艺过程一枯燥过程1. 原材料中水分存在的形式根据结合方式分类，可分为：1吸附水不参加晶格，不属于原材料组分，渗入在矿物集合体中，为颗粒或裂隙外表机械吸附的中 性水分子。100

25、110° C时即可逸出破坏晶格。2结晶水以中性水分子存在于矿物材料中，在晶格中有固定的位置，是矿物化学组成的一局部，如 CaSQ2fQ不同矿物，脱水温度不同，但脱水温度高于吸附水脱水温度。一旦脱水，晶体结 构即遭破坏。3沸石水存在于沸石簇矿物质中的中性水分子，加热至804000C时大量逸出，但不引晶格破坏。只引起物理性质变化。 4层间水是存在于某些层次状结构硅酸盐的结构层之间的中性水分子。加热至110C时，可大量逸出, 但在潮湿环境中又可重新吸水。 5结构水又称化合水，是以为OH、H、H0离子形成参加矿物晶格的水雾。600-1000 C才能逸出， 此时结构也相应完全破环。 6机械结合

26、水含毛细管水分 ， 润湿水分和空隙水分。如润湿水仅是水和物料的机械混合。 7物理化学结合水又称吸附水 ， 以水化膜的形式存在于物料外表 内外外表 ，对这三类水枯燥除去 ， 坯料体积 会发生收缩等缺陷。2. 根据能否用于燥方法除去来分类1平衡水分 物料中所含水分与周围空气环境到达平衡状态材料外表的水蒸气分压与周围空气中水蒸 气分压相等时吸附水称为平衡水。难以枯燥除去。 2自由水分 物料中所含的大于平衡水分的那一局部水分 ，可在空气状态下自湿物料中枯燥除去。3. 根据矿物中水分去除的难易程度分为1非结合水润湿水 ， 也称孔隙水 ， 纯属物料与水分的机械结合 ， 易于除去。 2结合水这种水分主要是于

27、物化结合方式 ， 故难以枯燥除去。4. 枯燥过程枯燥: 是采用热加工的手段除去矿物或材料中的自由水和吸附水的工艺过程。 热运动与物质结构的关系1特点 :传热和传质并存 ， 两者相互影响、相互制约。 对固体加热使润湿水分汽化的过程叫传热过程。 汽化后的润湿水分蒸汽由于其分压较大而扩散进入气相的过程叫传质过程。 内部传质过程： 为到达枯燥目的必须作到 : 水分易于从外表蒸发 水分易于从材料内部扩散 液体和蒸汽二种形式 枯燥的难易的程度取决于材料内部扩散的难易 ， 外表状态和由环境条件的差异引起的蒸发快慢程度。 2枯燥过程分为 : 加热阶段、等速枯燥阶段、降速枯燥阶段、平衡枯燥阶段。 外表蒸发与吸附

28、到达动态平衡时，表现枯燥速度为零。 3枯燥过程与水分扩散外扩散一材料外表水分汽化，动力是材料外表的水蒸汽压与周围介质的水蒸汽分压之差。内扩散一材料内部水分移至外表的过程，主要借助于扩散渗透力通过毛细血管的渗透作用，服从于扩散定律。内扩散主要有二种形式： 一是因材料内部湿度梯度引起的水分湿扩散水分浓度差，二是因温度梯度引起的水分热扩散。等速枯燥：内扩散速度等于外扩散速度，外扩散控制枯燥速率，生坯收缩的体积相当于排 除水的体积。降速阶段：枯燥引起材料收缩，内扩散阻力增大，扩散速度下降，内扩散控制枯燥速率。平衡阶段自由水分排除完毕，内扩散降至零，外表水分与外界介质到达平衡。这时含水率 过高会降低生坯

29、强度，过低那么会在大气中增湿，浪费枯燥用的能量。以接近生坯与车间环境处 于平衡状态的平衡含水率为宜。影响内扩散的主要因素：材料组分的性质；坯体温度；材料外表与内湿差湿扩散 与湿度梯度成正比关系。枯燥过程中的水分扩散与内扩散过程表现了物质的转移一传质过程。但传质过程是在热能作用下进行的，故枯燥过程的本质是能量交换与物质转移的过程。4枯燥过程中的收缩与变形开裂湿坯料中，固体颗粒被水膜所分隔，但随着水分的排除，水膜不断变薄，颗粒逐渐靠拢，材料 发生收缩。收缩量大约等于排出自由水的体积。 故在预成型时应尽可能降低含水率 ，提高填充密 度。水膜厚度减薄至临界点状态时，内扩散阻力增大，收缩根本结束。粘土物

30、料枯燥与收缩特点：收缩率大小与矿物材料性能、复合材料组分、含水率及加工工艺因素有密切关系。颗粒越 细，吸附的水化膜厚度越大，收缩率也越大。粘土收缩率大，脊性材料收缩率低。纤维矿物枯燥收缩具有各向异性，纤维排列方向收缩率低，而短轴方向收缩率高。层状粘土也如此。粘土矿物中所含阳离子种类对材料的收缩率也有明显影响。如表7-3所示。采用钠离子作稀释剂制备材料坯体时，可促使粘土颗粒平行排列，从而使用其径向收缩率大于使用钙离子的 粘土矿物。表7-3高岭土所含阳离子对枯燥性能的影响阳离子种类枯燥收缩枯燥后固体物含量体积%枯燥后抗折强 度 Mpa长度%直径%Na+4.810.061.02.94Ca+6.58.

31、559.11.60Ba+5.97.657.21.00La+6.67.454.70.82H0+7.48.955.61.34 5枯燥缺陷产生原因及克服方法 6枯燥方法与设备以枯燥热能的提供方式可将枯燥方法分为自然空气枯燥、热空气枯燥、辐射枯燥、微波干 燥等。热源：燃煤、煤气、燃油、蒸汽、导热油、电加热等形式。枯燥器分类：共有八类 间歇箱式枯燥器 物料移动型枯燥器，如隧道式枯燥器 物料搅拌型枯燥器，如圆筒型和槽型搅拌枯燥器 回转枯燥器，如通气回转枯燥器 物料悬浮枯燥器，如喷雾枯燥器 传热加热型物料枯燥器，如滚筒枯燥器 膏糊状物料枯燥器 其它特殊类型枯燥器，如红外及远红外枯燥器。自然空气枯燥：受空气湿

32、度、温度、空气流动情况影响大，劳动强度大，但本钱低。 适用于对含水率要求不高的脊性、粗粒矿物材料。如蛭石，珍珠岩保温材料，硅砂品等。热空气枯燥：以对流传热为主，辐射传热形式为辅。枯燥介质将热量传给材料，又将蒸发的水汽带离材 料外表，可分为： 室式枯燥箱式枯燥 把湿料置于容器中间或间隔堆码在载体上，在枯燥室中进行枯燥。 热源：利用窑炉或锅炉加热空气，尽量作到循环利用。 厚层物料：用高温低湿热空气 。薄层物料：用低温高湿法作业，以均匀受热升温，防止缺陷。箱式枯燥也可用于对复合材 料进行预处理，以消除其内应力。 隧道式枯燥纸石膏板枯燥设备物料在窑内可以流动的大型枯燥室，一般采用逆流枯燥，热流方向与物

33、料移动方向相反， 物料先与低温高湿热空气接触，可使物料平稳均匀升温。物料前进过程中与相遇的热空气温度 越来越高，湿度越来越低，逐渐被枯燥。在窑尾，含水已很低的物料与高温低湿气流接触，干 燥速度很快。因此隧道式干枯燥法可根本上与物料枯燥四个阶段特性要求相统一。物料的移动 可采用窑车或采用链板或网带等，可连续工作，也可间歇作业。与室式枯燥相比，隧道式枯燥 热利用率和生产效率较高，枯燥质量稳定，便于调节控制。但操作中必须防止枯燥介质气体出 口温度过低，以免水汽冷凝在已枯燥的物料上，而且要求进口的湿料温度要高于气体出口的气 体温度。術坏风却Lin R :m一 图亍-？带废气再循环的隧道十燥器流程隧道式

34、枯燥优点：利用率和生产效率高，枯燥质量稳定，易于调节控制。热空气来源可以是窑炉的余热，也可用燃烧炉产生的热风，或采用过热水蒸汽，导热油等将冷 空气加热而得到。 链式枯燥3链式b Ph式仏综合式图了7 链式于燥器示意图 转筒枯燥器轻钙枯燥设备以对流传热为主，热烟气为介质，枯燥容器为一转动的筒体。主要适用于枯燥块状、粉、粒状矿物材料。工作机理：转筒枯燥器主体为一回转的金属圆筒，物料由一端给入，由另一端卸出，筒体 内装有扬料板，可起搅拌分散物料的作用，枯燥介质按顺流或逆流方式与物料进行热交换。按 传热方式分直接传热热空气与物料直接接触、间接传热和复合传热三种。转筒枯燥器系统及 类型见图6-4及图6-

35、5。 传运带式载物料加热空气，通过喷射嘴向带面物料喷流加热枯燥的设备。 特征：风速快，枯燥速率高，时间短，枯燥容积小，结构简单，费用低。适用于保温材料等。 物料搅拌型枯燥器适用于粉体或粘土矿物等精选物料，在搅动状态下可获得高的枯燥速率，分低速搅拌及高 速搅拌二种。 膏糊状物料枯燥器介绍强化沸腾气流枯燥设备工作原理：其工作原理见图6-9、图6-10。膏糊状物料经定量加料器后由螺旋加料器的多孔圆筒挤压成条，连续参加枯燥器内，在下落时经初步枯燥，并在 外表粘附一层干粉，粘性大减。落到床层底下的强化器中，在一边枯燥一边粉碎的过程中变成 细粉，又被吹回床层内继续枯燥成干粉，最后被气流送入旋风别离器和袋滤

36、器。在一套设备中 把预成型、预枯燥、粉碎、枯燥结合在一起，解决了膏糊状物料在流化枯燥中因粘结而不能流 化的问题。图八4回转烘干机流程图1-料仓A皮带运输机3-燃烧室4-鼓风机了-拱十机A旋凤收尘器了-排凤机合-烟囱b顺流式逆流式图7-5 回转烘干机内物料与气流的流向和温度变化 喷雾枯燥器使固一液分散相物料，通过压力输送弥散进入热气流中进行枯燥的方法。喷雾枯燥与喷雾造粒常同步进行。工艺过程：矿浆进料弥散为雾滴t雾气混合t枯燥t固 气别离。设备组成：六大系统，其中雾化、喷出雾滴与热空气接触是三个关键作业。 注意喷雾枯燥塔的形状选择锥管喷出、离心雾化器甩出。二热分解热分解是材料固化过程中的第二阶段。

37、概念：热分解是矿物晶体分子结构在热处理过程中发生分解的热化学反响，工艺学上常称 为轻烧或煅烧。空丸人口#xat!导入口'JlHfT玄心欄帚协爲叶常F岀口Ta*t出口丿 卡张曲出口叭*图,7 间接加图何接加热式抽型曲样平煥器1. 热分解脱水热分解脱水作用： 1它是指在热状态下使矿物分子内部的结合水分解排出的过程。 2不同矿物的结合水脱水失重曲线差异很大，这是用差热法分析鉴定矿物质的根本依据。例如高岭石脱水：Al 203 2SiO2 2出0t AI2O3 2SiO2+2H2Of偏高岭石石膏脱水：CaSO > CaSO4+ 1/2H 2O不同的煅烧条件，脱水程度不同，可制得不同性能的熟

38、石膏。 凹凸棒石、海泡石粘土特征：主要排出吸附水和结构水。 铝土矿生产氧化铝，水镁石制造氧化镁等均是脱水分解。 热分解脱水主要是脱除结晶水或结构水，并使矿物晶体结构遭到不同程度的破坏。但滑石在 600oC 以上温度下脱水后，晶格内部可重新排列结合，形成偏硅酸和活性二氧化硅。 利用脱水效应生轻质保温材料。三氧化分解1. 碳酸盐矿物的分解：0550-1000 CCaCO> CaO+CQf550-7500CMgCO> MgO+CO2 T600- 1 0500CCaMgCO32 > CaO+MgO+CO 2T连续反响：CaO+H2O > CaOH 2 消石灰CaOH2+CO &

39、gt; CaCQ+HO 轻钙制取所需化合物。2. 硫酸盐矿物的热分解 硫化物、碳素及有机物的氧化增白机理之一。 一些粘土矿物中常含有一定的碳素，硫化物及有机物。碳素及有机物在6000C 以上才开始氧化：C+O2 > CO2T其夹杂的硫化物的氧化反响直至8000C 才根本结束：350FeS2+O24500C> FeS+SO f8000C> 2Fe2O3+4SO2f5004FeS+7O3. 氧化铁的分解 不同气氛下，其分解温度不同。注意：高温氧化分解产物 CO、SQ及有机物气体都必须要在氧化分解期充分逸散完毕，否 那么在后期过程中引起气泡破坏作用。(四) 分解熔融 硅酸盐矿物高温

40、下热解，转变成新的结晶矿物，同时产生具有补充组分的液相异元熔融化合物。如：9259500C高岭石 3 (Al 2Q3 2SiQ2)> 3AI 2Q 2SiQ2+4SiQ2 (液相)堇青石(2MgQ. 2AI2Q 5SiQ2) > 莫来石(3AI203 2SiQ2)+SiQ (液相)高温液相的生成，对陶瓷、耐材、玻璃、铸石等材料的制造过程有着重要的作用。 熔剂化合物在烧成过程中可能生成的低共熔化合物的作用：降低熔融温度、 节能、 加速结晶的形成。(五) 熔融1. 作用：重新结晶，制造纤维，有利成型，但与固化有关的是熔融后的重结晶作用。2. 概念：将固体矿物或岩石在熔点条件转变为液相高

41、温流体的工艺过程。3. 熔融的分类：( 1)单一成分的熔融 将单一成分的高纯氧化物用电弧炉或高频电炉或高频电炉熔融，以获得稳定的结晶块。如熔融AI2Q、ZrQ2高级耐火材料，熔融 SiQ2用于制造石英玻璃。( 2)复合成分的熔融 由两种以上的被熔融物经过相互熔融，使之发生高温反响的工艺过程，目的是生产各类材 料制品。被融物要事先按组分进行配料，然后对配料混合物进行高温熔融。 熔融玻璃 熔融耐火材料原料熔融T浇注至耐火模具中T凝固T结晶而成。如熔铸锆刚玉砖、熔炉铸莫来石砖等，它与烧结法相比，致密，气孔少，密度大，机械 强度，抗渣性好。 熔融铸石 用于工业生产工艺设备中作耐磨材料及耐用酸碱材料 制

42、造高铝水泥熔融水泥铁矶土 + 石灰石T完全溶化T炉外冷却凝固为熟料T细磨成粉末。 熔融生产磷肥 人造矿物纤维4. 熔融工艺设备 1 电弧炉高温双极碳棒电弧熔炉，温度可达 2000°C,由电源变压器、电弧炉、空气压缩机三局部构 成，主要用于生产耐火纤维。 工作原理 生产过程中主要影响因素2坩锅窑原料盛在坩锅内熔制 它主要用于坩锅法、拉丝、温度控制系统。3池窑 - 原料盛在窑池内熔制 , 可直接对原料加热，用火焰或电流加热。 工艺流程原料自投料口投入t熔化受热熔化和澄清t不断沿纵向流动进入冷却部均化冷却t经过成型通道分配至各成型部t引上成型为玻璃平板或经供料通道给下步成型工序用如器皿玻璃。 设备结构A. 熔化部下部为窑池 , 上部为火焰空间 , 窑池是配合料熔化成玻璃液并进行澄清的地方。B. 冷却部是熔化好的玻璃液进一步均化和冷却的部位 , 也是将玻璃液分给各供料通路的部位 , 也分 上部空间与窑池两局部 , 结构与熔化局部大致相同 ,但较为简单。C. 成形部由冷却部来的玻璃液 , 经成形通路到达成形部。六烧结固化1. 烧结 坯体及固体细粉料在高温加热时 , 随着温度的升高要发生一系列物理化学变化， 如膨胀、 收缩、气体的产生、液相的出现、晶相的产生、转变、消失等。随着这些变化 , 气孔率降低、体积