摘  要

蜡石是一种天然的矿物，习惯上也称叶蜡石，从矿物组成和化学成分来分类，共分成4种类型。本文对4种类型的叶蜡石矿物的矿物组成、化学成分、加热变化等耐火材料特性分别进行了描述。结合国内叶蜡石矿的现状，提出了钢铁行业耐火材料用叶蜡石的粒度规格和化学成分分级建议，对叶蜡石在钢铁行业的稳定使用有着建设性的意义。

关键词：叶蜡石     钢铁     耐火材料     炮泥     蜡石砖  

1 、叶蜡石概况

蜡石是一种天然的矿物，其主要组成矿物为叶蜡石(Pyrophyllite)，一般以致密块状产出，具有油脂或蜡状光泽，触摸有滑腻感，故得名蜡石，习惯上也称作叶蜡石。世界上五大洲均有蜡石矿产出，但规模大、有价值的矿床则集中分布于环太平洋的中国、日本、韩国、美国、澳大利亚等国。中国已探明的蜡石矿主要分布在福建、浙江两省，约占全国总数的75%。

叶蜡石的外观颜色随伴生矿物的不同而变化，有白色、灰白、浅绿、黄褐、黑色等，较纯的叶蜡石矿石呈白色，莫氏硬度1.0~2.5，比重2.66~2.99g/cm³，耐火度1610~1710℃，水铝石质蜡石耐火度高达1730~1770℃，线膨胀系数平均为6×10^-6/℃。

2 、叶蜡石的分类

叶蜡石是蜡石矿中的最主要矿物，其化学式为：Al₂ [Si₄O₁₀](OH)₂，或可写成Al₂O₃·4SiO₂·H₂O，理论化学成分：Al₂O₃含量28.3%，SiO₂含量66.7%，H₂O含量5.0%。

自然界中单独以纯叶蜡石矿物形态存在的蜡石矿非常少见，一般会同时伴生好几种矿物，除了叶蜡石以外，其他的伴生矿物主要有：水铝石、高岭石族矿物(高岭石、迪开石等)、绢云母、石英类物质(石英、玉髓等)。

组成蜡石的矿物成分相当繁多，其矿物组成差别也很大，一般按其矿物组成再结合化学成分而进行分类，分为硅质蜡石、叶蜡石质蜡石、高岭石质蜡石、水铝石质蜡石等4种，如表1所示。

表1  叶蜡石的分类

硅质蜡石中主要矿物为叶蜡石，次要矿物有石英、玉髓等，杂质矿物主要有褐铁矿等。此类蜡石在叶蜡石矿中占比最大，广泛应用于陶瓷、填料、玻璃纤维及耐火材料等。

叶蜡石质蜡石主要矿物为叶蜡石，含量在90%以上，其他为玉髓、褐铁矿、水铝石等。此类蜡石是品味最好的蜡石，广泛应用于雕刻、陶瓷、填料、玻璃纤维及耐火材料等。

高岭石质蜡石主要矿物为高岭石，次要矿物为叶蜡石和绢云母，杂质矿物有褐铁矿、金红石等，可以用于制造陶瓷、玻璃纤维、耐火材料等。

水铝石质叶蜡石主要矿物为叶蜡石，次要矿物为水铝石，含微量褐铁矿、金红石等，可以用于制造耐火材料、玻璃坩埚。

表中可见四种蜡石化学成分的变化，Al₂O₃含量从左到右逐渐提升，SiO₂含量从左到右逐渐降低。

3 、叶蜡石的耐火材料特性

3.1 化学成分

蜡石矿中除了叶蜡石以外，还伴生有石英、玉髓、高岭石、绢云母、水铝石等矿物，所以，除了叶蜡石型蜡石的化学组成接近理论组成外，其余类型的蜡石，化学组成与理论组成相差较大。

蜡石的一般化学成分为：Al₂O₃：15~40%，SiO₂：55~85%，LOI：3~10%，Fe₂O₃、TiO₂、R₂O、CaO、MgO等杂质含量一般较低。LOI随SiO₂含量的增加或Al₂O₃含量的减少而下降。杂质含量主要受伴生矿物的影响，与Al₂O₃、SiO₂之间基本没有规律性。Fe₂O₃和R₂O是蜡石矿物中最常见的有害杂质，其含量高的话会明显降低蜡石矿物的耐火度，而且还会影响到产品的抗侵蚀性能。

3.2 加热变化

3.2.1、机械强度与硬度变化

叶蜡石在加热过程中耐压强度、硬度随着温度升高而升高，如表2和表3所列，其原因是随着温度升高，叶蜡石脱水过程中物相和结构发生了变化。

表2 叶蜡石加热过程中的耐压强度变化

表3 叶蜡石加热过程中的硬度变化

3.2.2、加热脱水

叶蜡石在600℃左右开始脱水逐渐转变为脱水叶蜡石，至900℃脱水基本完成，至1200℃左右，脱水叶蜡石开始转变为莫来石和方石英，其反应式如图1所示：

图1  叶蜡石脱水反应式

在1200～1350℃，随着莫来石、方石英含量增加，总体呈现出膨胀，在此温度段，矿物中的石英也逐步转化为方石英，体积明显产生膨胀。从室温开始的整个升温过程中，总的膨胀范围在1.2~2.1%之间。

由于叶蜡石含结构水很少(仅5.0%左右)，在加热过程中因脱水产生的体积收缩小，脱水过程比较缓慢，脱水过程也较长，从600℃延续到900℃左右，加热脱水后至1200℃之前仍保持原来晶体结构，不发生新的结晶作用与结合，晶体结构较为稳定。基于以上性质，蜡石作为耐火材料，可以不用煅烧，而是直接使用生料。

4 、钢铁行业耐火材料应用

4.1 叶蜡石现有标准

叶蜡石相关的现有最新国家标准或行业标准，是冶金标准YB/T 4701-2018《耐火材料用叶蜡石》。其规定了耐火材料用叶蜡石的术语和定义、牌号、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志、运输、储存和质量证明书。

现行冶金标准YB/T 4701-2018《耐火材料用叶蜡石》中，将叶蜡石分为LS72、LS78、LS82几个牌号，如表5所示。

然而，现行冶金标准YB/T 4701-2018《耐火材料用叶蜡石》这几种牌号并不能真正反映叶蜡石的实际情况，其化学成分与实际情况出入较大。

表4 冶金标准YB/T 4701-2018《耐火材料用叶蜡石》理化指标

4.2 叶蜡石在钢铁行业耐火材料中的常规应用

叶蜡石型蜡石和硅质蜡石这两类蜡石，具有低铝高硅的特性，可以用来生产耐碱砖，也可以生产钢包内衬材料，即蜡石砖。这一是利用叶蜡石受热后具有不太大的膨胀性，有利于提高砌筑体的整体性，降低熔渣对砖缝的侵蚀作用；二是熔渣与砖面接触后，能形成约1~2mm的有黏度的硅酸盐熔融物，阻碍了熔渣向砖内的渗透，从而提高了制品的抗熔渣侵蚀能力。

叶蜡石型蜡石和硅质蜡石这两类蜡石，在耐火材料中还有一个非常重要的应用，是作为高炉炮泥的重要原料。作为炮泥原料的叶蜡石，其应用的粒度范围比较宽，包括粗颗粒、细颗粒、细粉、微粉等，几乎覆盖了炮泥原料的全部粒度范围。在炮泥原料中，叶蜡石可以有效代替棕刚玉、矾土、焦宝石、蓝晶石、绢云母、粘土等常用原料，代替后可以保持同等的炮泥品质。

叶蜡石在作为蜡石砖原料和炮泥原料使用时，无需经过煅烧，可以直接使用生料，有效减少了煅烧过程中不可避免的温室气体排放，对环境有益。同时，叶蜡石的价格低廉，性价比极高，明显的降低了制品的综合成本。

4.3 叶蜡石常用粒度规格

作为耐火材料原料的叶蜡石，粒度规格有5~3mm、3~1mm、1~0mm、200目、325目、微粉等几种。最常用的有3种，分别是3~1mm粗粒、1~0mm细粒和200目细粉。其中用量最大的3~1mm粗粒，占比70%以上，1~0mm细粒和200目细粉占比20~25%。叶蜡石3种常用粒度规格的控制范围见下表：

表5  叶蜡石3种常用粒度规格的控制范围

由于叶蜡石的使用特性，3~1mm粗粒的需求量最大，在生产过程中3~1mm粗粒是主产品，粒度相对较容易控制在范围内；细粉是在专门的磨粉机器内加工，完全可以按细粉粒度的需要来控制相应的粒度。而处于中间段的1~0mm细粒，是加工3~1mm粗粒的副产品，随着矿石来源地不同、品位不同、水分波动、空气湿度影响以及生产设备自身等原因，1~0mm细粒的粒度经常会出现细粒过少、细粉偏多的情况，市面上的1~0mm细粒大部分都存在此情况，导致炮泥加油量波动较大，无法正常控制，进而影响炮泥使用品质。所以，控制1~0mm细粒的粒度在正常粒度范围内是其决定能否正常使用的关键所在。

4.4 叶蜡石化学成分

叶蜡石理论化学成分：Al₂O₃含量28.3%，SiO₂含量66.7%，H₂O：5.0%。

耐火材料常用的蜡石的化学成分范围为：Al₂O₃含量12~25%，SiO₂含量70~85%，LOI范围3~5%，Fe₂O₃≤1%， K₂O≤1%， Na₂O≤1%，TiO₂、CaO、MgO等杂质不计。

叶蜡石化学成分中Fe₂O₃、K₂O、Na₂O等杂质的含量，主要与伴生的矿物组成有关，与Al₂O₃含量和SiO₂含量并无关系。因此，不宜以Al₂O₃含量和SiO₂含量的变化来相应制定Fe₂O₃、K₂O、Na₂O等杂质的含量范围，而是把Fe₂O₃、K₂O、Na₂O当作单独的指标来制订。

对于耐火材料常用的叶蜡石型蜡石和硅质蜡石，首先，Al₂O₃含量和SiO₂含量是一对重要的指标，一般的情况是：Al₂O₃含量更高的蜡石品质更优，其相应的SiO₂含量低。

Fe₂O₃、K₂O、Na₂O是相对独立的指标，在耐火原料使用习惯上常把K₂O+Na₂O作为一个整体来评价。叶蜡石与高岭土、云母类矿物类似，经常伴生有含水氧化铁、褐铁矿、云母、长石类等矿物，因而，Fe₂O₃、K₂O、Na₂O的范围很宽。常用的控制指标是：Fe₂O₃含量≤1%、K₂O含量≤1%、Na₂O含量≤0.5%。

4.5 叶蜡石建议分级方法

基于以上分析的叶蜡石化学成分的情况，我们提出叶蜡石提议分级标准，如表6所示。以叶蜡石的Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O这四种成分为基础，逐个对这四种成分单独确定其对应的等级，如表7实施例1，其四种化学成分对应的等级分别为B、A、B、A；表7实施例2中，其四种化学成分对应的等级分别为B、B、C、B。表7实施例3中，其四种化学成分对应的等级分别为B、D、B、A。

表 6 叶蜡石建议分级标准

总评时，在每种原料对应的四个等级中，去除最低的一个等级档次，以比最低档高一档的评级及对应数量作为总评结果。实施例1中，去除2个B级，总评为2A级；实施例2中，去除1个C级，总评为3B级。实施例3中，最低级为D级，总评为C级。

表 7 叶蜡石建议分级标准实施例

叶蜡石作为中型以上高炉（内容积2000m³以上）炮泥或蜡石砖应用时，建议选用等级为A级或以上的产品，即Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O这4个指标中，至少有1项为A级或AA级，另外的几项全部为B级。在特大型高炉（内容积4000m³以上）炮泥应用时，建议选用AA级产品，即Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O这4个指标中，至少有1项AA级，另外的几项全部为A级。

叶蜡石作为小型高炉炮泥应用时，建议选用等级为B级以上的产品，即Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O这4个指标中，至少有1项为B级或B级以上，另外的几项全部为C级。

关于浙江众磊

浙江众磊新材料科技有限公司在绍兴千峰陶瓷耐火材料有限公司的基础上，新建了年产叶蜡石相关新型材料10万吨生产线。

生产的叶蜡石产品广泛应用于耐火材料、玻璃、陶瓷、等行业。叶蜡石产品质量稳定，各项技术指标在国内外处于领先水平，主要客户已覆盖国内知名耐火材料公司，国外客户覆盖日本、韩国、印度、德国、俄罗斯等国家和地区，取得了良好的使用业绩。

公司长期与宝钢技术中心、武汉科技大学、北京科技大学、华东理工大学等科研院所保持密切的技术合作关系。

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