宝珠砂的矿物组成

宝珠砂、硅砂、铬铁矿砂等铸造用砂，从某种意义上讲，属于应用于铸造行业的耐火材料，其性能主要由化学成分以及矿物组成（矿物相）决定，同时受到材料形成工艺条件、粒度分布及应用场合的影响。了解、控制铸造原砂的矿物组成，具有十分重要的意义。

宝珠砂，学名“铸造用熔融陶瓷砂”（fused ceramic sand for foundry），是以三氧化二铝（ Al ₂ O ₃ ）为主要成分的煅烧铝矾土，经熔融、喷吹、筛分制成不同粒度的铸造用砂。宝珠砂的主要化学成分为三氧化二铝（Al₂0₃）和二氧化硅（Si0₂），及少量其他金属氧化物等。

从化学成分上看，宝珠砂属于硅酸铝质耐火材料，矿物相大体遵循Al₂O₃-SiO₂二元相图的原则（见图1），主要矿物相及化学性质可参照表1。

图1 Al₂O₃—SiO₂平衡状态图

表1 硅酸铝质耐火材料的主要矿物相及化学性质

莫来石（Mullite）相是Al₂O₃-SiO₂系中唯一稳定的二元化合物，组成可在3Al₂O₃•2SiO₂和2Al₂O₃•SiO₂之间变化，即Al₂O₃ 含量可在71.8~77.3%范围内波动。莫来石具有以下优良性能：,耐火度高（1870℃）；热膨胀低（20~1000℃,5.3×10^-6/℃），抗热震性优良；抗化学腐蚀性好；抗蠕变性能优良。莫来石相是铝硅系特种砂具有优良铸造性能的内在根本之一。

刚玉（Corundum）主要成分为Al₂O_3，具有α、γ、δ等多种晶型，其中α-Al₂O₃为稳定晶型，属于离子晶体，氧离子做六方最紧密排列，质点间距小，结构牢固，不易被破坏，刚玉具有很高的硬度（莫氏硬度为9级），熔点高达2053℃，化学性质稳定，对酸性、碱性炉渣、金属熔液等有良好的抗浸蚀能力。

优质宝珠砂采用Al₂O₃含量≥73%的高铝矾土，采用石墨电极电弧熔化，熔融的液体会流到石墨电极的下方，从引流孔排除，之后雾化（风碎或者喷雾急冷）。在空中因为液体的表面张力变成球状粒子，急冷后变成人工砂。由于急冷，结晶化不充分，作为非晶质的残留量比较多。这种宝珠砂经过加热、保温，充分结晶化，大量减少玻璃相，可得到矿物相应为“莫来石+刚玉+少量玻璃体”的组织。图2 是结晶化处理后的宝珠砂的矿物相分析结果。

图2 宝珠砂矿物相分析结果

图中，Mullite——莫来石；Corundum——刚玉；Amorphous——非晶质相