一、概述 铸石是硅酸盐的结晶材料之一，是一种新型工业材料，性能如表1所示，其耐磨性比
锰钢高5～10倍，比一般碳素钢高10多倍；耐腐蚀性比不锈钢、
铝和橡胶高得多，除氢氟酸和过热
磷酸外，其耐酸碱度几乎接近百分之百。此外，铸石还具有良好绝缘性和较好的机械性能。在一定条件下，它是钢
铁、有色
金属、合金材料、橡胶等较为理想的代用材料。可用作风力和水力输送管理、槽和贮酸、碱槽的衬板、衬管等。 表1 铸石的主要性能
| 项 目 | 单 位 | 数 据 |
| 容重 | 克/厘米2 | 2.8～3.0 |
| 抗压强度 | 公斤/厘米2 | 4700～5500 |
| 抗折强度 | 公斤/厘米2 | 600～700 |
| 抗拉强度 | 公斤/厘米2 | 180～290 |
| 硬度 | 莫氏硬度 | 7～8 |
| 抗冲击强度 | 公斤·厘米/厘米3 | 49～86 |
| 磨损率 | 克/厘米2 | 0.30～0.77 |
| 热稳定性 | 100℃水冷至13℃（或180℃至常温） | 5次（3次） |
| 热膨胀系数 | 1/℃ | 24～100℃ |
| | 6.4×10－6 |
| | 100～630℃ |
| | 8.57×10－6 |
| 耐酸碱度 | 20%H2SO4 | 99.54% |
| 20%HCl | 99.4% |
| 20%HNO3 | 99.5% |
| 20%NaOH | 99.16% |
目前我国已有三十多个铸石厂生产
板材、管材、溜槽和设备的衬里，耐酸粉等四千余种，为国内五百多个企业提供了铸石制品，节约代用各种金属材料近百万吨，解决了生产中不少问题。 国内外除利用
辉绿岩、
玄武岩、角闪石产生铸石外，目前还利用工业废渣或选厂尾矿进行生产和试制铸石制品。
二、制造铸石的原料 铸石是利用天然基石和工业废渣经配料熔融，浇铸、结晶、退火等工序制成。 铸石的一般化学成分是：
| 二氧化硅（SiO2） | 47%～49% |
| 三氧化二铝（Al2O3） | 15%～21% |
| 三氧化二铁和氧化亚铁（Fe2O3＋FeO） | 14%～17% |
| 氧化钙（CaO） | 8%～11% |
| 氧化镁（MgO） | 6%～8% |
| 氧化钠和氧化钾（Na2O＋K2O） | 2%～4% |
| 三氧化二铬（Cr2O3） | 1%左右 |
| | |
铸石的主要原料为辉绿岩、角闪石、玄武岩，附加原料为
石灰石、白云石、蛇纹石、
菱镁矿、
萤石等，其作用为调整铸石的化学成分，铬
铁矿或铬铁渣作结晶剂。 按大连辉绿岩铸石厂的生产经验，对原料的要求如下：
| 辉绿岩：SiO2 | 45%～51% |
| Al2O3＋TiO2 | 15%～20%（TiO25%左右） |
| Fe2O3 | 12%～17% |
| CaO | 9%～11% |
| MgO | 4%～7% |
| K2O＋Na2O | ＜3% |
| 角闪石：SiO2 | 46%～49% |
| Al2O3＋TiO2 | 6%～12% |
| Fe2O3 | 8%～12% |
| CaO | 5%～12% |
| MgO | 18%～25% |
| SO3 | 0.13%～0.2% |
| 白云石：MgO | ＞18% |
| CaO | ＞30% |
| 萤石：CaF2 | ＞85% |
| 铬铁矿：Cr2O3 | ＞10%～20% |
| SiO2 | ＜10% |
因此，对于尾矿中含
石英、角闪石、橄榄石、辉石、斜
长石、蛇纹石、白云石、
方解石、萤石等的矿物组分则可考虑作铸石的原料，进行铸石制品的试制工作。 但不论那种原料制造铸石，各种原料配合后的化学成分应符合铸石的一般化学组成之要求，不可过高或过低，否则，影响制品质量。
三、利用尾矿试制铸石 （一）利用铁尾矿试制铸石 国外某企业利用77%铁尾矿（主要矿物为角闪石）为主要原料，附加20%
石英砂和3%的铬铁矿制成铸石。铁尾矿和铸石的化学成分见表2。 表2 铁尾矿和铸石化学成分（%）
| 化学成分项目 | SiO2 | CaO | Al2O3 | MgO | K2O＋Na2O |
| 尾矿铸石 | 44～46.749～53 | 18.7～19. 10～157 | 6.3～8.412～16 | 11.8～14.98～11 | 0.61.5～2.0 |
| 化学成分项目 | FeO | Fe2O3 | TiO2 | Cr2O3 | MnO |
| 铁尾矿铸石 | 3～610～15 | 4.0～6.32～3 | 1.0未化验 | —1～1.5 | 0.12～0.23未化验 |
制成的铸石用显微镜观察其矿相组成为：3～5微米的铬铁矿菱面体的结晶核心，铸石成隐晶结构，颜色褐色，是辉石骸晶。制品的物理和化学性能如下：
| 抗压强度： | 1998～2683公斤/厘米2 |
| 抗折强度：粗组织结构 | 300～400公斤/厘米2 |
| 细组织结构 | 593～649公斤/厘米2 |
| 耐 磨 性：粗组织结构 | 0.01～0.02克/厘米2 |
| 细组织结构 | 0.004～0.006克/厘米2 |
| 耐 酸 性：良好 | |
我国重庆市建筑科学研究所利用綦江铁矿重选尾矿，加配重庆大溪沟
页岩及重庆东风化工厂生产红矾钠的下脚料铬渣试制成铸石。 1、配料 原料的化学成分及配比见表3。 表3 铁尾矿铸石原料配比
| | 原料种类 | | 烧失量 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | Cr2O3 | 其他 |
| 原料化学组成 | 铁尾矿 | 100 | 8.91 | 48.5 | 4.09 | 33.66 | 1.44 | 0.86 | | |
| 页岩 | 100 | 6.03 | 60.34 | 17.34 | 5.04 | 4.67 | 0.48 | | |
| 铬渣 | 100 | 6.46 | 12.63 | 6.94 | 8.33 | 36.76 | 13.20 | 2.73 | |
| 萤石 | | CaF2=82.88 |
| 炉料化学成分 | 铁尾矿 | 25 | 2.22 | 12.12 | 1.02 | 8.42 | 0.36 | 0.22 | | |
| 页岩 | 50 | 3.02 | 30.17 | 8.67 | 2.52 | 2.34 | 0.24 | | |
| 铬渣 | 25 | 1.62 | 3.11 | 1.73 | 2.08 | 9.19 | 3.33 | 0.68 | |
| 萤石 | 外加 | | | | | | | | |
| 合计 | 100 | 6.86 | 45.40 | 11.42 | 13.02 | 11.89 | 3.76 | 0.68 | 6.97 |
| 扣除烧失量后理论上计算的铸石成分 | | 48.70 | 12.27 | 14.00 | 12.78 | 4.04 | 0.73 | 7.46 |
将页岩磨细到1.0厘米以下，铬渣到1.0毫米以下，按表2配比均匀混合后，装入坩埚。 2、熔化 采用Φ48×80厘米直筒型坩埚窑，用焦粉作燃料，一次装入50公斤，用700瓦吹风机吹风。熔化周期，从装入坩埚到出炉一般需2.5～3小时，开始熔化温度在1350～1400℃，完全熔化温度为1450～1500℃，熔化时间1～1.5小时，在熔化过程中加强搅动，以保证三种原料互相扩散，达到均化和脱氧。 3、浇铸 熔化好的岩浆出窑后，稍停片刻，用瓢除去面上的渣，即可浇铸。浇铸的速度不要太快，以免底部铁水冲出、混入制品，影响质量。浇铸的温度一般为1300～1350℃，此时，岩浆流动性较好。低于1300℃，则岩浆粘度大，成型困难，制品表面不平整，有时还产生玻璃线，影响浇铸数量和制品质量；如浇铸温度太高，浇铸后又马上放入结晶炉，则因岩浆散热慢，入炉后仍处于软化状态，导致结晶缓慢，甚至出现不结晶的产品，因此当浇铸温度过高时，浇铸后就不忙立即送入结晶炉，待开始凝固后再放入炉内结晶。 4、结晶 在12千瓦箱型电阻炉进行，加热室尺寸200×300×500毫米、结晶温度控制在860～900℃，结晶时间为20～40分钟，结晶制度控制是否合理，将影响制品的质量，根据试验，制品厚度每增加1～2厘米，结晶温度可降低10～20℃，结晶时间可增长5～10分钟。至于结晶过程是否已经完成或结晶制度是否合理，可间隔一定时间后，从结晶炉内取出一块制品，打断后，观察断面来判断，如断口为瓷状，则表示结晶良好；如断口很粗或呈暗亮色，略具玻璃光泽，则需分析原理，调整结晶制度。 5、退火 退火在马弗炉中进行，开始退火为660～700℃，冷却速度为10～20℃/小时，250℃以下在炉内自然降温，至50～60℃出炉，全部退火时间为40～50小时，按这样的退火制度，一般都能防止产品发生炸裂。 6、产品 试制铁尾矿铸石化学组成：
| 二氧化硅（SiO2） | 45.86% |
| 三氧化二铝（Al2O3） | 14.14% |
| 三氧化二铁（Fe2O3） | 8.57% |
| 氧化钙（CaO） | 16.81% |
| 氧化镁（MgO） | 8.39% |
| 三氧化二铬（Cr2O3） | 1.29% |
铸石的断面为紫灰色、断口呈细瓷状，肉眼观察结晶很好，矿物相经X-射线粉末法鉴定为普通辉石。 试制铸石的物理和化学性能：
| 容重 | 3克/厘米3 |
| 抗压强度 | 6600～8500公斤/厘米2 |
| 抗折强度 | 675～800公斤/厘米2 |
| 抗拉强度 | 288公斤/厘米2 |
| 抗冲击强度 | 64.4公斤厘米/厘米3 |
| 磨损率 | 0.262克/厘米2 |
| 耐酸碱度 | 99%以上 |
（二）利用
铜尾矿试制铸石 安微省基本建设局科学研究所利用铜官山的铜尾矿为主要原料，附加铝
钒土、蛇纹石、白云石、
硅石、萤石、铬铁矿试制成铸石板材。 1、配料 各种原料的化学成分见表4。 表4 铜尾矿铸石的原料化学成分
| 原料名称 | 产 地 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | Cr2O3 | CaF | 烧失量 |
| 铜矿原尾矿 | 安徽铜官山 | 39.22 | 5.03 | 18.66 | 15.45 | 3.82 | | | 15.00 |
| 铜矿螺旋尾矿 | 安徽铜官山 | 44.58 | 7.02 | 11.43 | 11.83 | 4.48 | | | 15.00 |
| 铝钒土 | 河 南 | 9.11 | 73.28 | 2.11 | 1.40 | 0.60 | | | 14.12 |
| 蛇纹石 | 安徽屯溪 | 43.40 | 1.95 | 8.35 | 0.15 | 36.43 | | | 11.08 |
| 铬铁矿 | 安徽歙县 | | | | | | 35.00 | | |
| 萤 石 | 安微庐江 | | | | 0.98 | | | 91.15 | |
| 白云石 | 安 徽 | 1.12 | 0.27 | 0.73 | 32.45 | 22.60 | | | 40.0 |
| 硅 石 | 安 徽 | 95.00 | | | | | | | 4.00 |
试制铸石的原料采用表5三种配比。 表5 原料的配比（%）
| 编号 | 铜矿原尾矿 | 铝钒土 | 蛇纹石 | 铬铁矿 | 萤石 |
| 123 | 1009078 | —1010 | ——8 | －－4 | —22 |
2、试制工艺 各种原料都破碎到2.5毫米以下（但铬铁矿需碎到经4900孔筛，筛余量20%），按配合比称料拌匀后装入坩埚、入炉。 炉子用扇形耐火砖砌，内径40厘米，高70厘米，炉篦用铁丝网制成，可以从炉子的上口装入或取出，在炉内用三块红砖支炉篦，灰膛高20厘米，炉子下部有直径15厘米小孔，用白铁皮管与0.75千瓦的鼓风相连。燃料用
焦炭，炉子最高温度可达1600℃。 坩埚每次装料5～8公斤，熔化时间约30～50分钟，熔化后用钳子夹出，放入有柄的铁筒运到浇铸地点，将坩埚装在能转动的铁框子里，倾斜坩埚向标准板材的铁模中浇铸，浇铸温度约1300℃。 浇铸后立即转入高温炉中结晶，结晶温度850℃左右约20分钟，经脱模后再移入另一高温炉中退火。从680℃开始至50℃取出板材。 3、铸石成品的物理和化学性能 铜尾矿铸石制品的化学成分见表6。 表6 化学成分（%）
| 编号 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO |
| 2（三种配料）3（五种配料） | 46.1047.24 | 18.2616.21 | 13.5912.79 | 18.0615.71 | 4.068.08 |
耐酸碱腐蚀性能见表7 表7 耐腐蚀性能
| 编号 | 耐酸度（硫酸比重1.84） | 耐碱度（烧碱浓度20%） |
| 123 | 接近100%99.92%99.36% | 98.63%98.00%98.30% |
物理性能见表8 表8 物理性能
| 编号 | 抗压强度（公斤/厘米2） | 抗折强度（公斤/厘米2） | 抗冲击值(公斤·厘米/厘米3) | 耐磨率（克/厘米2） | 容重（克/厘米3） |
| 平均 | 最高 | 平均 | 最高 | 平均 | 最高 | 平均 | 最高 |
| 123 | —16301470 | —24001843 | —241.6325.7 | 107319.6367.7 | —68.190.3 | —80.8133.6 | —0.2310.127 | —0.1770.096 | —3.062.94 |
试验中曾以铜矿螺旋尾矿（即提出少量金属后的铜尾矿）代替原尾矿，仍按3号配合比做过一次试验，从所得板材敲击声音和外观来看，并不次于用原尾矿按3号配合比所制的板材。 另以铜尾矿67%、白云石8%、硅石15%、铝钒土10%、铬铁矿（外加）4%，按图1工艺流程试制180×110×20毫米铸石板材。
1―熔化温度约1400℃；2―第一次热处理析出晶核700～740℃小时；
3―第二次热处理结晶化850℃，3小时；4―在高温炉中自行降温
制品的抗折强度见表9。 表9 以铜矿为主料的铸石抗折强度
| 编号 | 断面尺寸 | 热处理情况 | 抗折强度(公斤/厘米2) | 附注 |
| 宽 | 厚 | 第一次 | 第二次 |
| 10 | 10.6 | 1.65 | 700℃，1.5小时 | 850℃，3小时 | 545.9 | 未做加工的原板材试验跨距为10和15厘米 |
| 11 | 2.25 | 1.50 | 700℃，1.5小时 | 850℃，3小时 | 1140.7 | 已加工的板 |
以铜尾矿为主料的铸石制品与玄武岩铸石制品的物理性能对比见表10，耐急热、急冷的情况见表11和表12。 表10 物理性能
| 名 称 | 抗拆强度(公斤/厘米2) | 抗压强度(公斤/厘米2) | 抗冲击值(公斤·厘米/厘米3) | 耐磨率（克/厘米2） | 容重（克/厘米3） | 第二次热处理（小时） |
| 平均 | 最高 |
| 以铜尾矿为主料的铸石 | 545.9 | 3045.0 | 69.3 | 147.2 | 0.086 | — | 3 |
| 嘉山厂玄武岩铸石 | 355.0 | 3605.0 | 66 | — | 0.184 | 2.85 | — |
表11 耐急热情况
| 名 称 | 热处理 | 试件尺寸 | 耐急热温度（℃） | 变化情况 |
| 玄武岩铸石铜尾矿铸石 | 一次二次 | 4.5×4.5×2.24.3×4.3×1.5 | 12001200 | 软化面包状 |
表12 耐急冷情况
| 温度（℃） | 玄武岩铸石 | 铜尾矿铸石 | 备注 |
| 100200300 | 未发现裂缝发丝裂纹 | 未发现裂缝未发现裂缝发丝裂纹 | 热稳定性能试验参照《铸石》一书，试验水温为19.5℃ |
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