耐火原料是指生產(chǎn)耐火材料產(chǎn)品所必需的材料。它是生產(chǎn)耐火材料的基礎(chǔ)。耐火原料大部分是天然礦物(如耐火黏土、高鋁礬土、硅石、鉻礦、菱鎂礦、白云石、鎂橄欖石、鋯英石、藍(lán)晶石、硅線石、紅柱石等)，隨著對(duì)耐火材料綜合性能要求的不斷提高，耐火材料生產(chǎn)中也越來越多地使用工業(yè)原料和人工合成原料(如工業(yè)氧化鋁、合成莫來石、人造耐火纖維、人造耐火空心球等)。耐火制品的質(zhì)量?jī)?yōu)劣和成本高低，在很大程度上取決于對(duì)原料的正確選擇和合理使用。

　　耐火原料按化學(xué)性質(zhì)可分為酸性耐火原料、堿性耐火原料和中性耐火原料;按來源可分為天然礦物原料和人工合成原料;一般情況下，人們把生產(chǎn)耐火材料的原料分為主要原料、輔助原料等。

　　用以生產(chǎn)耐火制品的原料，不論是天然礦物原料還是人工合成原料，從礦物學(xué)觀點(diǎn)看，必須具有生產(chǎn)產(chǎn)品所達(dá)到的足夠高的耐火度;從工藝學(xué)觀點(diǎn)上看，要能滿足工藝的基本要求;從用其制得的產(chǎn)品性能上看，應(yīng)能滿足制品的使用性能，特別是高溫使用性能的要求。

　　通常將耐火原料分為鋁硅系耐火原料(硅質(zhì)、黏土質(zhì)、高鋁質(zhì)等)、堿性耐火原料、隔熱耐火原料和其他耐火原料。

　　一、硅質(zhì)原料

　　由于石英變體的體積效應(yīng)，硅磚也是用硅石直接制磚的，硅石是脈石英、石英巖、燧石和砂巖等的統(tǒng)稱。硅石中的主要成分是SiO2，其他均屬雜質(zhì)成分。耐火材料用的硅質(zhì)原料有結(jié)晶碎石和膠結(jié)硅石兩大類。

　　

　　二、黏土質(zhì)原料

　　耐火黏土是生產(chǎn)硅酸鋁質(zhì)耐火材料的主要原料，其耐火度要求高于1580℃的各種硬質(zhì)黏土、軟質(zhì)(半軟質(zhì))黏土和黏土頁巖，人們統(tǒng)稱為耐火黏土。

　　天然的耐火黏土，通常是以黏土礦物主要是高嶺石(Al2O3 ? 2SiO2 ? 2H2O)為其主要成分，即以含水硅酸鹽為主體，并夾雜有游離的石英、黃鐵石、金紅石及有機(jī)物等構(gòu)成的混合物。此種非單一礦物，大部分是由直徑小于1.2μm的顆粒構(gòu)成的分散體。

　　依據(jù)黏土的生成情況不同，可分為：原生黏土和次生黏土。原生黏土是指母巖(如長(zhǎng)石)經(jīng)風(fēng)化后形成黏土，仍殘留在原地。次生黏土又稱漂積黏土，它是由原生黏土在自然動(dòng)力條件下轉(zhuǎn)移到其他地方再沉積下來的黏土，其粒度細(xì)小，分散度大，可塑性高。

　　耐火材料工業(yè)上應(yīng)用的耐火黏土，主要有以下兩大類。

　　① 硬質(zhì)黏土其特點(diǎn)是組織致密、硬度大，顆粒極細(xì)，遇水不易分散，可塑性很低。此類黏土外觀常呈淺灰色、灰白色或灰色。貝殼狀斷口，有的表面有滑膩感，易風(fēng)化破碎成碎塊。

　　② 軟質(zhì)(半軟質(zhì))黏土常呈土塊狀，組織松軟，可塑性較好。這種黏土的顏色，由于雜質(zhì)的種類和含量不同，差異很大。從灰色、深灰色，直到黑色;也有的呈紫色、淡紅色或白色。

　　三、高鋁質(zhì)原料

　　(1) 鋁土礦

　　鋁土礦是生產(chǎn)棕剛玉的主要原料，Al2O3含量88%?90%的高鋁熟料是亞白剛玉的主要原料;生產(chǎn)白剛玉、致密剛玉等用氧化鋁做原料。鋁土礦亦稱高鋁礬土或鋁礬土，主要礦物是水鋁石(Al2O3 ? H2O)和三水鋁石(Al2O3?3H2O)。

　　我國(guó)高鋁礬土的儲(chǔ)量極為豐富：產(chǎn)地從黃河以北的山西、河北和山東，穿過中部的河南和廣西，直至西南的貴州和云南。目前出產(chǎn)高鋁礬土熟料的主要產(chǎn)地在山西、河南和貴州。在湖南也有一些規(guī)模較小的礦在開發(fā)中。我國(guó)高鋁礬土主要礦物為水鋁石、勃姆石、高嶺石和葉蠟石，可按其礦物組成，分為三種類型：水鋁石-高嶺石型 (DK);勃姆石-高嶺石型(BK);水鋁石-葉蠟石型(DP)。而目前DK型高鋁礬土應(yīng)用最為廣泛，DK型高鋁礬土熟料按其Al2O3含量分為S、Ⅰ、ⅡA、ⅡB、Ⅲ等。

　　(2)燒結(jié)剛玉和電熔剛玉

　　人工生產(chǎn)剛玉是采用工業(yè)氧化鋁或高鋁礬土為主要原料，在電弧爐中熔融制得。除此之外，還可用燒結(jié)法制得剛玉板狀氧化鋁。此法仍是以工業(yè)氧化鋁粉為主要原料，經(jīng)煅燒、細(xì)磨、成球和燒成制得。此種方法生產(chǎn)技術(shù)難度大，但產(chǎn)品的強(qiáng)度高， 抗侵蝕能力強(qiáng)，熱震穩(wěn)定性好。所謂“亞白剛玉”實(shí)際上是高鋁礬土基的致密電熔剛玉，Al2O3含量大于98%，顯氣孔率小于4%;是在還原氣氛和控制條件下電熔由高鋁礬土制成的。剛玉結(jié)晶為粒狀，一般為1?15mm;主要雜質(zhì)為金紅石、鈦酸鋁及其固溶體。

　　(3)莫來石

　　莫來石是以3Al2O3?2SiO2結(jié)晶相為主要成分的耐火原料。莫來石分為天然莫來石和人工合成莫來石兩類。天然莫來石很少，一般采用人工合成。莫來石化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于氫氟酸。具有良好的高溫力學(xué)、高溫?zé)釋W(xué)性能，因此，合成莫來石及其制品具有密度和純度較高、高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、高溫蠕變率低、熱膨脹率小、抗化學(xué)侵蝕性強(qiáng)、抗熱震等優(yōu)點(diǎn)。

　　(4) 硅線石族礦物

　　硅線石族礦物有藍(lán)晶石、紅柱石、硅線石，俗稱“三石”。三石的化學(xué)組成相同，但晶體結(jié)構(gòu)不同，屬同質(zhì)異晶體。加熱到高溫，均轉(zhuǎn)化為莫來石，生成少量熔融態(tài)SiO2，同時(shí)伴隨體積膨脹。

　　由于三石加熱膨脹的大小不同，其直接利用程度也不一樣。由于紅柱石體積變化小，無論是用它制磚，還是作為添加物，都是直接用生料。而硅線石、藍(lán)晶石往往是以膨脹劑形式加入配料中，特別是更多的用于不定形耐火材料。而用來制磚就要煅燒熟料了，尤其是藍(lán)晶石必須煅燒成熟料。

　　四、堿性耐火原料

　　4.1鎂質(zhì)原料

　　(1)菱鎂礦

　　我國(guó)菱鎂礦主要有兩種類型：晶質(zhì)菱鎂礦和非晶質(zhì)菱鎂礦。我國(guó)菱鎂礦主要分布在遼寧和山東兩省，菱鎂礦主要雜質(zhì)是滑石，也有一些菱鎂礦含有較高的CaO，其次礦物為白云石，我國(guó)菱鎂礦根據(jù)化學(xué)成分可分級(jí)為S、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ五個(gè)級(jí)別，只有S級(jí)和 I級(jí)用于煅燒制磚鎂砂。

　　用兩步浮選法和二步煅燒法制備高純鎂砂，以此方法制備的高純鎂砂為原料，可以開發(fā)多種高性能的耐火材料制品。

　　(2) 其他含鎂礦物

　　在鎂質(zhì)耐火材料中的鎂橄欖石制品，其主要礦物組成是鎂橄欖石(2MgO·SiO2)和方鎂石(MgO)。這種制品的特點(diǎn)是抗熔融氧化鐵的能力較強(qiáng)，熱震穩(wěn)定性優(yōu)于普通鎂磚。生產(chǎn)此種制品的主要原料是橄欖巖和蛇紋巖。

　　4.2白云石質(zhì)原料

　　白云石是以碳酸鎂(MgCO3)和碳酸鈣(CaCO3)的復(fù)鹽為主要成分的耐火原料，其化學(xué)式為CaMg(CO3)2或MgCO3 ? CaCO3，其理論組成為CaO3 0.41%、 MgO2 1.87%、CO2 47. 72%。CaO/MgO = 1.39、硬度為3.5?4。

　　我國(guó)白云石原料豐富，分布廣泛，且比較純凈。遼寧大石橋一帶儲(chǔ)量十分豐富。山東、湖北、陜西、廣西、甘肅、江西、安徽、四川、云南、湖南等省均有豐富的礦源。此礦體常與石灰石和菱鎂礦共生。

　　五、鋯質(zhì)制品用原料

　　(1)鋯英石

　　鋯英石(ZrO2·SiO2或ZrSiO4)是生產(chǎn)鋯質(zhì)制品和鋯英石制品的主要原料，我國(guó)鋯英石產(chǎn)地是海南省。廣東省、廣西壯族自治區(qū)、山東省、福建省和臺(tái)灣省等地均有分布。

　　鋯英石的理論組成為ZrO2 67. 01%、SiO2 32. 99%。它經(jīng)常含有TiCfe和其他微量稀土 氧化物，由于這些元素的存在，使其具有不同程度的放射性。因此在使用此原料生產(chǎn)制品時(shí)，應(yīng)當(dāng)有必要的防護(hù)措施。

　　鋯英石的熱導(dǎo)率較低，20?1000℃間為3.72W/(m.K)。鋯英石的膨脹系數(shù)與其他晶相比較也較低，在1000℃時(shí)為4.6X10-6℃，其單晶在垂直和平行主軸(C軸)的兩個(gè)方向上的膨脹系數(shù)有較大差異。鋯英石的化學(xué)惰性高，難與酸發(fā)生反應(yīng)。與玻璃熔體在較小的程度上發(fā)生反應(yīng)，它常用于冶金和玻璃工業(yè)用耐火材料。

　　(2)斜鋯石

　　天然的斜鋯石(ZrO2)常呈不規(guī)則塊狀，黑色、褐色、黃色或無色。我國(guó)天然的斜鋯石礦體很少。工業(yè)上使用的ZrO2，屬化工原料，是由鋯英石(ZrO2·SiO2) 采用化學(xué)方法制得的白色或微黃色粉末。

　　純的ZrO2在常壓下共有三種晶型：從低溫到高溫依次為單斜相、四方相和立方相。

　　穩(wěn)定的ZrO2，依其穩(wěn)定程度的不同，又有部分穩(wěn)定的ZrO2和全穩(wěn)定的ZrO2之分，由于全穩(wěn)定的ZrO2的熱膨脹系數(shù)較大，其熱震穩(wěn)定性不及部分穩(wěn)定的好，故后者常用來做陶瓷和耐火材料的增韌材料。

　　(3) 脫硅鋯

　　國(guó)外在熔鑄鋯剛玉(AZS)耐火材料的制造中，除了采用鋯英石精礦外，大多加 入一定數(shù)量的“脫硅鋯”原料，其目的：一是調(diào)整與穩(wěn)定配方;二是改善與優(yōu)化產(chǎn)品 性能。

　　(4) 鋯剛玉莫來石

　　原始原料為工業(yè)氧化鋁、高嶺土和鋯英石，它們細(xì)磨混合均勻，半干法壓球并在 300?1700℃下煅燒，即可制得這種材料。研究表明，增加鋯英石含量會(huì)導(dǎo)致提高燒 結(jié)溫度，減少總收縮量，增多封閉氣孔，這些反應(yīng)使燒結(jié)鋯剛玉莫來石具有較高的密度和強(qiáng)度以及較好的抗熱震穩(wěn)定性。

　　六、鉻質(zhì)制品用原料

　　生產(chǎn)鉻質(zhì)(鉻磚、鉻鎂磚、鎂鉻磚)耐火材料的主要原料之一是鉻礦或鉻鐵礦。鉻鐵礦是多種礦物的混合物，因其礦物成分波動(dòng)較大，在化學(xué)成分和物理性質(zhì)方面變 化也大。它通常由鉻質(zhì)晶粒的脈石礦物構(gòu)成。這些脈石礦物通常是鎂質(zhì)硅酸鹽，如蛇紋石、鎂橄欖石和橄欖石等。在鉻鐵礦中除Cr2O3外，還存在Al2O3、Fe2O3和 MgO等，一般的鉻鐵礦，由于鎂和鐵的存在，常以(Mg， Fe) Cr2O3表示。

　　以上為常用耐火原料，隨著耐火材料技術(shù)的推陳出新，其原材料的種類也更為繁多，尤其是近年來，因?yàn)榄h(huán)保問題及原礦資源等一系列原因，不斷研制出性能更好的人工合成材料以及更為環(huán)保的資源再生原材料(如氮化硅鐵、塞隆等)。