耐火材料中的水分对于矿物的影响

耐火材料中的水有结构水、结晶水、游离水（又称为自由水），下面请看详细介绍。

 

 

什么叫结构水？

矿物中的结构水一般是指呈H+、OH-或H30+的离子状态(较常见的是OH负离子）加入矿物晶格构造的。这些离子在矿物晶格中占有一定的位置，其含量一定，结合牢固。只有在600〜l000°C的条件下，晶格的结构被破坏后，才能逸出。如高岭石失水温度为580°C，滑石为950℃，蛇纹石为670°C，氢氧镁石为410℃。

 

什么叫结晶水？

水以中性分子（H20)的形式参加矿物的结晶构造，并占有固定的位置，水分子的数量与矿物中其他成分成简单整数比的水叫结晶水。结晶水在矿物晶格中结合牢固程度远比结构水差。一般当受热达到200〜500°C时，会失水。个别矿物的失水温度高达600℃。伴随着结晶水的脱失，原矿物的晶体结构要发生破坏或被改造，从而重建新的晶格成为另一种矿物，并引起矿物物理性质的变化。

 

什么叫自由水？

自由水又称为游离水，是指不参与矿物的晶格组成，而是以机械吸附的形式存在于矿物中的水，因而含量不定。物料中所含的水分超出平衡水分的那一部分。平衡水分是指当物料与空气相接触时，物料表面所产生的蒸气压与空气中水蒸气分压相等时，物料中所含的水分。此时物料中的水分与空气处于动平衡状态。游离水分是能用一般的干燥方法除去。

 

由于表面能作用而吸附在矿物表面和缝隙中的普通水，也叫吸附水。它视其存在状态又可分为薄膜水、毛细管水、胶体水。吸附水的含量随温度的不同而变化。在常压下，当加热到100〜110℃时，可全部从矿物中逸出，但胶体水逸出的温度较高，约100〜250℃。

 

此外还有以中性分子形式存在于某些具有层状结构的硅酸盐矿物中的层间水，存在于沸石族矿物晶格中的沸石水。它们的性质相似，介于结晶水与吸附水之间。

 

高炉炉料中的水(游离水和结晶水)的蒸发对高炉生产有什么影响?

炉料中的结晶水主要存在于水化物矿石(如褐铁矿2Fe2O3·3H20)和高岭土(Al2O3·2SiO2·2H20)中间。高岭土是黏土的主要成分，有些矿石中含有离岭土。试验表明，褐铁矿中的结晶水从200℃：开始分解，到400〜500℃才能分解完毕。高岭土中的结晶水从400℃开始分解，但分解速度很慢，到500 - 600℃迅速分解，全部除去结晶水要达到800〜1000℃。

 

高温下分解出来的结晶水与高炉内的碳发生下列反应：

500〜850℃之间：

850℃以上：

可见，高温区分解结晶水，对高炉冶炼是不利的，它不仅消耗焦炭，而旦吸收高温区热量，增加热消耗，降低炉缸温度。

到达高温区分解参加上述反应的结晶水所占比例称为结晶水高温区分解率，一般ФH2O = 0.3〜0.5，即有30% ~50%的结晶水在高温区分解。

 

高炉原料中的游离水对高炉冶炼的影响

游离水存在于矿石和焦炭的表面和空隙里。炉料进入高炉之后，由于上升煤气流的加热作用，游离水首先开始蒸发。游离水蒸发的理论温度是100℃，但是要料块内部也达到100℃，从而使炉料中的游离水全部蒸发掉，就需要更高的温度。根据料块大小的不同，需要到120℃，或者对大块来说，甚至要达到200℃游离水才能全部蒸发掉。

一般用天然矿或冷烧结矿的高炉，其炉顶温度为150〜300℃， 

因此，炉料中的游离水进入高炉之后，不久就蒸发完毕，不增加炉内燃料消耗。相反，游离水的蒸发降低了炉顶温度，有利于炉顶设备的维护，延长其寿命。另一方而，炉顶温度降低使煤气体积缩小，降低煤气流速，从而减少炉尘吹出量。

 

胶体对耐火矿物原料的影响

胶体是—种物质的微细质点（1〜100nm)分散在另一种物质中所形成的不均匀分散，是矿物存在的形式之一。被分散的质点称为分散质或分散相，分散质所在的另一种物质称为分散剂或分散媒。分散质可以是固体、液体或气体，在矿物中主要是固体；分散剂可以是固体、液体或气体。

 

在分散中当分散剂远多于分散质时，这种物质称为胶凝体。胶凝体凝结之后即成为含有少量水的矿物。随着时间的推移，胶体将逐渐失去水分而由非结晶体变为结晶体。一水铝石和三水铝石都是这样形成的。自然界产出的胶体及变胶体矿物在形态上常呈鱗状，结核状，皮壳状或同心层状，在水胶溶体及水胶凝体的形成过程中，分散质常常选择性地吸附介质中各种元素的异号离子，致使胶体矿物的化学组成变得复杂。