Il existe de nombreux types de matières premières réfractaires et diverses méthodes de classification. On distingue généralement six catégories.
Premièrement, selon la classification des composants chimiques des matières premières réfractaires
On peut les diviser en matières premières oxydes et matières premières non oxydes. Avec le développement des sciences et technologies modernes, certains composés organiques sont devenus des précurseurs ou des matériaux auxiliaires de matières premières à haute résistance au feu.
Deuxièmement, selon la classification des composants chimiques des matières premières réfractaires
Selon leurs caractéristiques chimiques, les matières premières ignifuges peuvent être divisées en matières premières ignifuges acides, telles que la silice, le zircon, etc. ; matières premières ignifuges neutres, telles que le corindon, la bauxite (acide), la mullite (acide), la pyrite (alcaline), le graphite, etc. ; matières premières ignifuges alcalines, telles que la magnésie, le sable dolomitique, le sable magnésien-calcique, etc.
Troisièmement, selon la classification fonctionnelle du processus de production
Selon leur rôle dans le processus de production des réfractaires, les matières premières réfractaires peuvent être divisées en matières premières principales et matières premières auxiliaires.
La matière première principale constitue le corps principal du matériau réfractaire. Les matières premières auxiliaires se divisent en liants et additifs. Le liant confère au matériau réfractaire une résistance suffisante lors de sa production et de son utilisation. On utilise couramment des liants tels que les résidus liquides de pâte à papier sulfitée, l'asphalte, la résine phénolique, le ciment alumineux, le silicate de sodium, l'acide phosphorique, le phosphate et le sulfate. Certaines matières premières principales, comme l'argile liée, jouent également le rôle de liant. Les additifs, quant à eux, améliorent le processus de production ou de mise en œuvre des matériaux réfractaires, ou renforcent certaines de leurs propriétés. Ils peuvent notamment servir de stabilisants, d'agents réducteurs d'eau, d'inhibiteurs, de plastifiants, d'agents moussants, de dispersants, d'agents d'expansion ou d'antioxydants.
Quatrièmement, selon la nature de la classification acide et basique
Selon l'acide et l'alcali, les matières premières réfractaires peuvent être principalement divisées en cinq catégories.
(1) Matières premières acides
Les matières premières siliceuses, telles que le quartz, le quartz écailleux, la quartzite, la calcédoine, le chert, l'opale, le sable siliceux blanc et la diatomite, contiennent au moins 90 % de silice (SiO₂), voire plus de 99 % pour les matières premières pures. Ces matières premières siliceuses sont acides et réagissent chimiquement à haute température. En présence d'oxydes métalliques ou au contact d'autres substances chimiques, elles se combinent pour former des silicates fusibles. Par conséquent, même une faible quantité d'oxyde métallique dans une matière première siliceuse altère considérablement sa résistance à la chaleur.
(2) matières premières semi-acides
Il s'agit principalement d'argile réfractaire. Auparavant, l'argile était classée comme matériau acide, ce qui est en réalité inexact. L'acidité des matières premières réfractaires est principalement due à la silice libre (SiO₂), car, compte tenu de la composition chimique de l'argile réfractaire et des matières premières siliceuses, la teneur en silice libre de l'argile réfractaire est bien inférieure à celle des matières premières siliceuses.
Comme les argiles réfractaires contiennent généralement de 30 à 45 % d'alumine, et que cette dernière est rarement à l'état libre, elle se combine naturellement avec la silice pour former de la kaolinite (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O). Même un léger excès de silice a donc un impact négligeable. Par conséquent, l'acidité des argiles réfractaires est bien inférieure à celle des matières premières siliceuses. Certains pensent que, sous l'effet de la chaleur, les argiles réfractaires se décomposent en silicates et alumine libres, mais ne restent pas inchangées. Ces silicates et alumine libres se combinent pour former du quartz (3Al₂O₃·2SiO₂). Le quartz présente une bonne résistance aux scories alcalines. L'augmentation de la teneur en alumine dans les argiles réfractaires atténue progressivement l'acidité. Lorsque la teneur en alumine atteint 50 %, les propriétés deviennent alcalines ou neutres. De ce fait, les briques d'argile fabriquées sous haute pression, à haute densité, finement compactes et à faible porosité, offrent une résistance aux scories alcalines supérieure à celle de la silice à haute température. Le quartz est également très peu érosif ; nous estimons donc approprié de classer l’argile réfractaire comme semi-acide. L’argile réfractaire est la matière première la plus basique et la plus utilisée dans l’industrie des réfractaires.
(3) matières premières neutres
Les matières premières neutres sont principalement la chromite, le graphite et le carbure de silicium (artificiel). Elles ne réagissent pas avec les scories acides ou alcalines, quelles que soient les conditions de température. La chromite et le graphite sont les deux matériaux naturels de ce type. Outre le graphite naturel, il existe du graphite artificiel. Ces matières premières neutres présentent une excellente résistance aux scories et sont particulièrement adaptées aux matériaux réfractaires alcalins et à l'isolation réfractaire acide.
(4) matières premières réfractaires alcalines
Principalement de la magnésite (magnésite), de la dolomite, de la chaux, de l'olivine, de la serpentine, des matières premières à haute teneur en alumine et en oxygène (parfois neutres), ces matières premières ont une forte résistance aux scories alcalines, principalement utilisées dans les fours alcalins de maçonnerie, mais réagissent particulièrement facilement avec les scories acides et se transforment en sel.
(5) Matériaux réfractaires spéciaux
Il s'agit principalement de zircone, d'oxyde de titane, d'oxyde de béryllium, d'oxyde de cérium, d'oxyde de thorium, d'oxyde d'yttrium, etc. Ces matières premières présentent différents degrés de résistance aux scories, mais leur disponibilité étant limitée, elles ne peuvent être utilisées dans la plupart des applications de l'industrie réfractaire et seulement dans des cas particuliers ; c'est pourquoi on les qualifie de matières premières réfractaires spéciales.
Cinq, selon la génération de la classification des matières premières
Selon leur mode de production, les matières premières peuvent être divisées en deux catégories : les matières premières naturelles et les matières premières synthétiques.
(1) matières premières réfractaires naturelles
Les matières premières minérales naturelles constituent toujours la principale source de matières premières. Les minéraux présents dans la nature sont composés d'éléments constitutifs. Il est actuellement établi que l'oxygène, le silicium et l'aluminium représentent environ 90 % de la quantité totale d'éléments dans la croûte terrestre. Les oxydes, les silicates et les aluminosilicates présentent des avantages considérables et constituent d'immenses réserves de matières premières naturelles.
La Chine possède d'abondantes ressources en matières premières réfractaires, d'une grande variété. La magnésite, la bauxite et le graphite constituent les trois piliers de l'industrie chinoise des matières premières réfractaires. La magnésite et la bauxite, présentes en grandes réserves et de haute qualité, sont également largement disponibles. On y trouve aussi, en abondance, des argiles réfractaires d'excellente qualité, de la silice, de la dolomite, de la dolomite magnésienne, de l'olivine magnésienne, de la serpentine, du zircon et d'autres ressources.
Les principales variétés de matières premières naturelles sont : la silice, le quartz, la diatomite, la cire, l'argile, la bauxite, la cyanite, la magnésite, la dolomite, le calcaire, l'olivine magnésienne, la serpentine, le talc, la chlorite, le zircon, le plagiozircon, la perlite, le fer chromé et le graphite naturel.
Sixièmement, selon leur composition chimique, les matières premières réfractaires naturelles peuvent être divisées en :
Siliceux : comme la silice cristalline, le sable de quartz, la silice cimentée, etc. ;
② semi-siliceux (phyllachite, etc.)
③ Argile : argile dure, argile molle, etc. ; mélange d’argile et de clinker d’argile
(4) Riche en aluminium : également connu sous le nom de jade, comme les minéraux à haute teneur en bauxite et en sillimanite ;
⑤ Magnésium : magnésite ;
⑥ Dolomite;
⑦ Chromite [(Fe,Mg)O·(Cr,Al)2O3] ;
Zircon (ZrO2·SiO2).
Les matières premières naturelles contiennent généralement plus d'impuretés, leur composition est instable, leurs performances fluctuent considérablement, seules quelques matières premières peuvent être utilisées directement, la plupart doivent être purifiées, triées ou même calcinées pour répondre aux exigences de production des matériaux réfractaires.
(2) matières premières synthétiques ignifuges
Les types de minéraux naturels utilisés comme matières premières sont limités et souvent inadaptés aux exigences de haute qualité et de haute technologie des matériaux réfractaires destinés à l'industrie moderne. Les matières premières réfractaires synthétiques, quant à elles, permettent d'atteindre une composition chimique et une structure minérale prédéfinies. Leur texture pure et leur structure dense, ainsi que leur composition chimique facilement contrôlable, garantissent une qualité stable et permettent la fabrication d'une grande variété de matériaux réfractaires de pointe. Elles constituent la matière première principale des matériaux réfractaires modernes de haute technologie. Le développement des matériaux réfractaires synthétiques a connu une croissance très rapide ces vingt dernières années.
Les matières premières réfractaires synthétiques sont principalement le spinelle de magnésium et d'aluminium, la mullite synthétique, la magnésie d'eau de mer, la cordiérite de magnésium synthétique, le corindon fritté, le titanate d'aluminium, le carbure de silicium, etc.
Date de publication : 19 mai 2023
