วิธีการจำแนกประเภทวัตถุดิบสำหรับวัสดุทนไฟมีอะไรบ้าง?

ตามความเป็นกรดและด่าง วัสดุทนไฟสามารถแบ่งออกได้เป็น 5 ประเภทหลักดังต่อไปนี้

(1) วัตถุดิบที่เป็นกรด
วัตถุดิบซิลิกาหลักๆ เช่น ควอตซ์ สควอมควอตซ์ ควอตไซต์ แคลเซโดนี เชิร์ต โอปอล ควอตไซต์ ทรายซิลิกาขาว ไดอะโทไมต์ วัตถุดิบซิลิกาเหล่านี้มีซิลิกา (SiO2) อย่างน้อยมากกว่า 90% วัตถุดิบบริสุทธิ์มีซิลิกามากถึงมากกว่า 99% วัตถุดิบซิลิกามีฤทธิ์เป็นกรดในสภาวะทางเคมีที่อุณหภูมิสูง เมื่อมีโลหะออกไซด์ หรือเมื่อสัมผัสกับปฏิกิริยาทางเคมี จะรวมตัวกันเป็นซิลิเกตที่หลอมเหลวได้ ดังนั้น หากวัตถุดิบซิลิกามีโลหะออกไซด์แม้เพียงเล็กน้อย ก็จะส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อความทนทานต่อความร้อน

(2) วัตถุดิบกึ่งกรด
โดยหลักแล้วคือดินเหนียวทนไฟ ในการจำแนกประเภทในอดีต ดินเหนียวถูกจัดอยู่ในกลุ่มวัสดุที่เป็นกรด ซึ่งจริงๆ แล้วไม่เหมาะสม ความเป็นกรดของวัตถุดิบทนไฟนั้นพิจารณาจากซิลิกาอิสระ (SiO2) เป็นหลัก เนื่องจากตามองค์ประกอบทางเคมีของดินเหนียวทนไฟและวัตถุดิบซิลิกาแล้ว ซิลิกาอิสระในดินเหนียวทนไฟมีน้อยกว่าวัตถุดิบซิลิกามาก

เนื่องจากดินเหนียวทนไฟทั่วไปมีอะลูมินาอยู่ 30%~45% และอะลูมินาแทบจะไม่สามารถอยู่ในสถานะอิสระได้ มักจะรวมตัวกับซิลิกาเป็นแร่เคโอลิไนต์ (Al2O3·2SiO2·2H2O) แม้ว่าจะมีซิลิกาในปริมาณเล็กน้อยเกินมา บทบาทของมันก็มีน้อยมาก ดังนั้น คุณสมบัติความเป็นกรดของดินเหนียวทนไฟจึงอ่อนกว่าวัตถุดิบซิลิกามาก บางคนเชื่อว่าดินเหนียวทนไฟจะสลายตัวที่อุณหภูมิสูงกลายเป็นซิลิเกตอิสระและอะลูมินาอิสระ แต่ไม่ใช่ว่าจะไม่เปลี่ยนแปลง ซิลิเกตอิสระและอะลูมินาอิสระจะรวมตัวกันเป็นแร่ควอตซ์ (3Al2O3·2SiO2) เมื่อได้รับความร้อนต่อไป ควอตซ์มีความทนทานต่อกรดและด่างได้ดี และเนื่องจากการเพิ่มปริมาณของอะลูมินาในดินเหนียวทนไฟ ความเป็นกรดจะค่อยๆ ลดลง เมื่ออะลูมินาถึง 50% จะมีคุณสมบัติเป็นด่างหรือเป็นกลาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อนำไปทำอิฐดินเหนียวภายใต้แรงดันสูง จะมีความหนาแน่นสูง เนื้อละเอียด ละเอียด มีรูพรุนต่ำ และมีความทนทานต่อด่างได้ดีกว่าซิลิกาภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง นอกจากนี้ ควอตซ์ยังมีการสึกกร่อนช้ามาก ดังนั้นเราจึงพิจารณาว่าเหมาะสมที่จะจัดประเภทดินเหนียวทนไฟเป็นกึ่งกรด ดินเหนียวทนไฟเป็นวัตถุดิบพื้นฐานและใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในอุตสาหกรรมวัสดุทนไฟ

(3) วัตถุดิบที่เป็นกลาง
วัตถุดิบที่เป็นกลางส่วนใหญ่ได้แก่ โครไมต์ กราไฟต์ และซิลิคอนคาร์ไบด์ (สังเคราะห์) ซึ่งจะไม่ทำปฏิกิริยากับตะกรันที่เป็นกรดหรือด่างภายใต้สภาวะอุณหภูมิใดๆ ปัจจุบันมีวัสดุดังกล่าวในธรรมชาติอยู่ 2 ชนิด คือ โครไมต์และกราไฟต์ นอกจากกราไฟต์ธรรมชาติแล้ว ยังมีกราไฟต์สังเคราะห์อีกด้วย วัตถุดิบที่เป็นกลางเหล่านี้มีความทนทานต่อตะกรันสูง เหมาะที่สุดสำหรับวัสดุทนไฟที่เป็นด่างและฉนวนกันความร้อนที่เป็นกรด

(4) วัตถุดิบทนไฟอัลคาไลน์
โดยส่วนใหญ่ใช้แมกนีไซต์ (magnesite), โดโลไมต์, ปูนขาว, โอลิวีน, เซอร์เพนไทน์, วัตถุดิบที่มีออกซิเจนและอลูมินาสูง (บางครั้งเป็นกลาง) วัตถุดิบเหล่านี้มีความต้านทานสูงต่อตะกรันด่าง ส่วนใหญ่ใช้ในเตาหลอมด่างสำหรับงานก่อสร้าง แต่จะเกิดปฏิกิริยาทางเคมีกับตะกรันกรดได้ง่ายและกลายเป็นเกลือ

(5) วัสดุทนไฟชนิดพิเศษ
โดยหลักแล้วได้แก่ เซอร์โคเนีย ไทเทเนียมออกไซด์ เบริลเลียมออกไซด์ ซีเรียมออกไซด์ ธอร์เรียมออกไซด์ อิตเทรียมออกไซด์ และอื่นๆ วัตถุดิบเหล่านี้มีความทนทานต่อตะกรันชนิดต่างๆ ในระดับที่แตกต่างกัน แต่เนื่องจากแหล่งวัตถุดิบมีจำกัด จึงไม่สามารถนำมาใช้ในอุตสาหกรรมวัสดุทนไฟได้ในปริมาณมาก ต้องใช้ในกรณีพิเศษเท่านั้น จึงเรียกว่าวัตถุดิบทนไฟชนิดพิเศษ