泡砂石

泡砂石，俗稱白泡石，外觀白灰色塊狀，硬度小，易輾壓而成砂粒，燒失量小，荷重軟化溫度高，燒結範圍寬，是矽酸鹽礦物膠結石英砂而成的矽質天然岩石。

基本介紹

• 中文名：泡砂石
• 外文名：quartzitic sandstone
• 別稱：白泡石
• 套用：耐火材料

簡介

泡砂石是一種高嶺石膠結的石英砂岩，我國礦源極為豐富，盛產於四川、湖北、廣西等地，開採方便，價格便宜，長期以來為長江沿岸和西南地區各玻璃工廠及冶金工業所採用的天然耐火材料。

泡砂石耐火度在1600～1700℃之間，含鐵量較低，其成分與玻璃有些接近，抗玻璃液侵蝕性能較好，加工方便，價格只有剛玉磚的十分之一左右。但是，泡砂石由於是天然岩石，其化學成分及物理性質隨著產地的不同變異甚大，即使同一礦床，波動範圍也不小，這主要取決於生成的天然壓力和結合粘土的含量。

泡砂石化學成分

化學組成

泡砂石的主要化學成分二氧化矽（SiO₂）80～86%，三氧化二鋁（Al₂O₃）10～15%，仍可作為Al₂O₃含量在15%左右的半酸性耐火材料的一種，屬SiO₂－Al₂O₃系統。四川省各地所產泡砂石的化學成分見表1。 按泡砂石的外觀色澤區分，其化學成分見表2。

岩相組成

泡砂石的礦物組成是由高嶺石膠結的石英砂岩，砂狀結構，成層狀構造。砂粒形狀一般呈稜角狀，大小為0.1～0.8毫米，彼此間不規則分布，砂粒的堆積密度鬆緊不一致，主要由石英（50%），其次由岩質（矽質岩、高嶺石），少量白雲母、電氣石等組成。膠結物主要為高嶺石，少量絹雲母、石英等。泡砂石的晶體大小在0.02毫米以下，分布於上述碎屑之間，為孔隙式膠結，膠結物的含量約25%。泡砂石層與層間有其它雜質摻合，這些雜質的組成和性能與泡砂石有差別，因此生泡砂石容易一層一層（一片一片）剝落，在外觀上就形成“紋路”。

物理性質

泡砂石是天然礦石，種類繁多，有硬質的、軟質的、有純白色的、灰色的、粉紅色的、淡黃色的等等，其物理性質也由於產區的不同及外觀色澤的不同而變異，見表13和14。

泡砂石的熱膨脹係數要比一般的耐火材料大得多，根據其紋路方向的不同，膨脹係數也有所不同。有些泡砂石的燒成膨脹按紋路方向可達5%，紋路的垂直方向為2%左右。經煅燒後的泡砂石即熟泡砂石再次升溫時，熱膨脹係數極小，磚體體積無明顯變化。

套用

泡砂石常在玻璃廠做耐火材料。在玻璃廠套用方法如下：

泡砂石的質量挑選

外觀質量要求外觀緻密、顏色清白、不含有明顯的雜質條紋。化學組成SiO₂及Al₂O₃的含量應高，以提高抗玻璃液的侵蝕性能和耐火度。如廣西柳城出產的泡砂石含SiO₂量達95%以上，耐火度在1730℃，耐壓強度在613kg/cm²以上，而四川的泡砂石SiO₂含量為80%左右，耐火度在1630～1650℃之間，耐壓強度400kg/cm²左右，性能差別較大。

在物理性質方面，除要求耐壓強度、耐火度高外，氣孔率應越小越好，比重則越大越好。

泡砂石的煅燒

用泡砂石作為拉絲爐爐體材料有生的和熟的兩種。熟泡砂石是將生泡砂石在窯內經1450℃以上高溫煅燒而成。

生泡砂石進行煅燒的原因是：

1. 由於生泡砂石內含有大量的高溫揮發物質，在使用初期不斷的從磚體中逸出大量的氣體，從而使玻璃液中帶有大量的1毫米直徑以上的氣泡。這些氣泡，在拉絲爐剛升溫時，如果升溫速度太快，含有大量氣泡的玻璃液有時會溢出堝外，將加球管堵塞而無法加球，、甚至於可以將堝蓋拱起。在拉絲中，這些氣泡將嚴重影響正常作業。熟泡砂石因為在煅燒中，大部分氣體已經逸出，上述現象可以大為改善。
   
3. 生泡砂石熱穩定性很差，熱膨脹係數很大且不一，較易炸裂。熟泡砂石熱穩定性較好，熱膨脹係數極小而不易炸裂，因此，拉絲爐的升溫速度可以加快，提前投產。
   
4. 生泡砂石在加工及砌堝體時，“紋路”的選擇極為重要，因為泡砂石成層（片）狀構造，層與層間有其它雜質摻合，共組成、性能和泡砂石本體有差別，如果“紋路”與工作面平行，層間容易開裂和剝落，影響拉絲與使用壽命，因此， “紋路”應與工作面垂直：根據試驗，由於“紋路"的朝向不同，其抗玻璃液侵蝕性能可影響33%左右。
   

泡砂石對玻璃液質量的影響

泡砂石對玻璃的成分影響不大，玻璃組成中的各氧化物含量均在控制範圍之內，因此，不會影響玻璃纖維的使用性能。同時，由於泡砂石中的石英砂微小顆粒和高嶺土物質很容易被玻璃液所侵蝕並易熔於玻璃液相之中，因此在拉絲時，極少發現泡砂石的結石、塞孔或短時大量密集斷頭等現象。但是，泡砂石中的石英和高嶺土侵蝕下來的熔融物，溶解於玻璃液相以後，這種富矽和富鋁的玻璃熔團，如果得不到足夠時間的擴散和均化，會造成玻璃液粘度不均，使拉絲時出現斷頭、飛絲增多的情況，在拉制無鹼玻璃纖維時更甚。同時，由於生泡砂石內氣孔率和有機物質含量都較高，這些都是形成泡核的條件。泡砂石在高溫玻璃液的作用下，有氣泡成核作用，使氣泡源源不斷從泡砂石中逸出到玻璃液中，另外，從泡砂石壁內毛細孔道中放出氣泡，可以持續較長時間，使纖維成型過程中出現氣泡的斷頭和飛絲。但是，泡砂石產生的這種氣泡並非是永久性的，當達到相對平衡後，氣泡數量明顯減少。使用熟泡砂石時，初期的氣泡可以大為減少。

目前國內，泡砂石較多的使用於拉制中鹼玻璃纖維，特別是非鉑拉絲爐。