mm ×50 mm 的圆柱坯体 ,在 110 ℃干燥 12 h后 ,在不
同温度下进行莫来石的均化合成烧结 : M45 分别在
1450 ℃、1500 ℃、1550 ℃、1600 ℃、1650 ℃下煅烧 1650
℃、1730 ℃下煅烧 ,均保温 3 h。然后测烧后试样的
将铝 40 块料分别在 1300 ℃、1350 ℃、1400 ℃、 1450 ℃、1500 ℃、1550 ℃下保温 3 h煅烧 ,铝 75和铝 93块料分别在 1500 ℃、1550 ℃、1580 ℃、1600 ℃、 1620 ℃、1650 ℃下保温 3 h煅烧 ,然后测定烧后熟料 的体积密度 ,以确定各铝土矿块料的适宜煅烧温度 , 并测在该温度烧后的吸水率和显气孔率 。 1. 2 铝土矿碎料均化合成莫来石
体积密度 / ( g·cm - 3 ) -
M70
显气孔率 / %
-
7. 05 2. 33 23. 99
3. 29 ( 8. 33)
2. 69 ( 2. 32)
11. 57 ( 25. 68)
0. 76 1. 71 1. 40 2. 80 2. 80 2. 68 3. 12 2. 66 7. 68
吸水率 / % -
达 80% ～85%。
表 4 轻烧料加 4% SiO2 微粉在不同温度下烧后的烧结性能 Ta b le 4 S in te ring p rop e rtie s o f sp e c im e n s M 45,M 60 a nd M 70
( ca lc ine d m a te ria l)
试样 烧结性能 1450
2005 /6 耐火材料 /NAIHUO CAILIAO 449
50%左右 ,大大提高了混磨效率 ,有利于生产的进行 。 2. 2. 2 煅烧温度对试样烧结和显微结构的影响
由表 4 可见 ,随着烧成温度的提高 ,合成的莫来 石试样均表现为显气孔率和吸水率降低 ,体积密度提 高 。这说明烧成温度的提高促进了扩散传质和烧结 , 从而使试样的致密化程度提高 ,为莫来石晶粒的生长 发育提供了良好条件 。从表 4还可以看出 ,用铝土矿 轻烧料加 4% SiO2 微粉合成莫来石的适宜烧成温度 如下 : M45, 1500 ℃; M60, 1600 ℃; M70: 1650 ℃。分 析认为 ,这里莫来石的合成温度之所以较低 ,除了加 入的 SiO2 微粉起了一些作用外 ,还可能与孝义地区 铝矾土的 TiO2 含量普遍较高有关 ,因为 TiO2 在高温 下会进入莫来石和刚玉的晶格形成固溶体 ,造成晶格 缺陷 ,从而加速烧结 。
轻烧铝土矿 (外加 4% SiO2 微粉 )在不同温度下 合成莫来石熟料的烧结性能指标见表 4。可见 ,与前
期正交试验中用生料合成莫来石的指标相比较 ,用轻
烧料合成的 3种牌号莫来石的性能均比同等条件下
用生料合成的优良 。 XRD 分析表明 ,使用轻烧铝土
矿加 4% SiO2 微粉在 1600 ℃合成的 M60中莫来石含 量达 75% ～80% , 1650 ℃合成的 M70中莫来石含量
%
莫来石牌号
铝 75
铝 40
M45
13. 9
86. 1
M60
57. 3
42. 7
M70
86. 2
13. 8
2 结果与分析
2. 1 铝土矿块料的适宜煅烧温度 铝土矿块料的煅烧温度与熟料体积密度的关系
如图 1所示 。可以看出 ,山西孝义地区铝 40、铝 75和 铝 93的铝土矿煅烧成熟料的适宜煅烧温度分别是 1350 ℃、1620 ℃和 1600 ℃。对应温度下煅烧的铝土 矿熟料的烧结性能指标见表 3。
我国耐火材料级铝矾土的产量很大 ,主要分布在 山西 、河北 、河南以及贵州等地区 。早年 ,曾有人研究 过河北古冶铝土矿的烧结性能 [ 1 - 3 ] ,随后 ,又相继有 人对山东 、贵州 、河南 、四川等地的铝土矿进行过研 究 。但目前针对山西孝义地区铝矾土的相关研究还 没有见到具体报道 。
铝土矿属沉积岩 ,开采出的矿石致密 ,给原矿煅烧 创造了方便 、简捷和经济的条件。用倒焰窑和竖窑煅 烧需控制料块粒度在 30～200 mm,用回转窑可煅烧 10 ～20 mm 的碎料 ;而 < 10 mm 的细碎料不好煅烧 ,还有 许多欠烧料、过烧料和杂质料被遗弃荒山 ,无人问津或 被用来铺路 。我国目前在开采过程中产生的大量低品 位铝土矿很少加以利用 ,多数就近堆放 ,既占用耕地 , 污染环境 ,又浪费了大量的有用资源 。因此 ,本工作从 杜绝浪费和合理利用矿产资源的实际出发 ,在继承前 人理论与实践的基础上 ,以便充分利用矿山废弃的粒 度 < 10 mm的碎料 ,为企业生产节约成本。 03
1 试验
1. 1 铝土矿块料的煅烧试验 采用山西孝义地区储量最多的 3种不同 A l2O3 含
量的铝土矿块料进行煅烧试验 。铝土矿 A l2O3 含量分 别为 93%、75%和 40% (按烧后组成计算 ,为质量分数 , 下同 ) ,其对应编号分别为铝 93、铝 75、铝 40,粒度为 30
448 NAIHUO CAILIAO /耐火材料 2005 /6
3 张翼 :男 , 1979年生 ,硕士研究生 。 收稿日期 : 2005 - 05 - 18 修回日期 : 2005 - 07 - 30
编辑 :柴剑玲
生料在细磨过程中易粘结在筒壁上 ,混磨效率低 。因
此 ,本试验预先将生料经 600 ℃煅烧 3 h,用碎料的轻
烧料来合成莫来石 。
分别将两种铝土矿碎料的轻烧料按 M45、M60和
图 1 铝土矿的煅烧温度与熟料体积密度的关系 F ig. 1 R e la tio n sh ip be tw e e n ca lc in ing tem p e ra tu re a nd bu lk
de n s ity o f the cham o tte
表 3 矾土熟料的烧结性能指标
Ta b le 3 P rop e rtie s o f the cham o tte sp e c im e n s
11. 31
4. 52 ( 11. 01)
1. 48 1. 31 2. 04
注 :括号内数值为用生料在同等条件下合成莫来石的指标 。
采用铝土矿生料合成莫来石时 ,试样在烧结过程 中首先要经过分解 、氧化阶段 ,即水分的排除 ,结合剂 的分解 ,有机物的氧化燃烧等 ,此时坯体的气孔率会 进一步增大 。这虽然发生在低温阶段 ,但是对烧结后 期制品烧结的致密性还是有一定影响的 。经 XRD 分 析认为 ,试验用孝义铝土矿主要是水铝石 - 高岭石 金红石型 (D - K - R ) ,而 D - K - R 型的矾土和 D K型比 较 相 似 , 只 是 TiO2 含 量 稍 多 。根 据 钟 香 崇 等 [ 4 ]的研究 : D - K型矾土煅烧过程中的分解阶段在 450～1200 ℃,而最主要的吸热峰在 565 ℃和 610 ℃ 左右 。因此认为 ,试验用铝土矿生料经 600 ℃轻烧后 再使用 ,则上述影响就大大降低了 ,制品在烧结时不 会产生较大的体积膨胀 ,烧结致密性也就有了较大提 高 ;另外 ,原料经 600 ℃轻烧后 ,由于其结晶水已排 除 ,以及部分有机物的分解 ,能避免用生料混磨时出 现的粉料粘结在筒壁上的现象 ,混磨时间也降低了
体积密度 / ( g·cm - 3 ) -
M60
显气孔率 / %
-
0. 62 ( 5. 17) 2. 39
17. 08
0. 59 1. 86 4. 01 -
2. 51 ( 2. 45)
8. 01 ( 20. 23)
2. 76 2. 73 2. 73 1. 71 3. 27 4. 19
吸水率 / % -
原料
铝 40 铝 75 铝 93
煅烧温度 / ℃
1350 1620 1600
体积密度 / ( g·cm - 3 )
2. 63 3. 49
3. 64
吸水率 / %
1. 12 0. 65 0. 40
显气孔率 / %
3. 21 2. 29 1. 45
2. 2 铝土矿碎料合成莫来石
2. 2. 1 原料是否轻烧对试样烧结性能的影响
体积密度 、吸水率和显气孔率 ,并对部分烧后试样进
行 XRD、SEM 和能谱分析 。
表 2 用两种铝土矿轻烧料合成莫来石的配比 (w )
Ta b le 2 Fo rm u la s o f M 45, M 60 a nd M 70 p rep a re d w ith
ba uxite m a te ria ls
M70三种牌号的矾土基莫来石的理论 A l2O3 含量进 行配比 (具体见表 2) ,经混合细磨 ,过 0. 088 mm 筛 ,
外加 2%木质素磺酸钙 、8%水和 SiO2 微粉 (加入量分 别为 0、2%、4%、6% ) ,在湿碾机上混 10 m in后 ,均在
YE - 2000A 液压实验机上于 150 kN 压力成型为 <50
开发与应用
NA IHUO CA IL IAO /耐火材料 2005 , 39 (6 ) 448 ～451
孝义铝土矿煅烧及碎料的均化烧结利用
张 翼 1, 2) 许启明 1) 刘百宽 2)
1)西安建筑科技大学材料科学与工程学院 西安 710055 2)濮阳濮耐高温材料有限公司
摘 要 对山西孝义储量最多的 A l2 O3 含量 (w )分别为 93%、75%和 40% (按烧后组成计算 ,编号分别为铝 93、 铝 75、铝 40)的 3种铝土矿块料进行初步的煅烧试验 ,以确定当地铝土矿适宜的煅烧温度 ;并重点对当地矿山 废弃的粒度 < 10 mm 的铝 75和铝 40碎料的均化烧结利用进行了研究 。铝土矿块料的煅烧试验结果表明 :铝 40、铝 75、铝 93块料分别在 1350 ℃、1620 ℃和 1600 ℃保温 3 h煅烧可以得到性能相对较好的熟料 。铝土矿碎 料均化烧结利用试验结果表明 :采用预先经 600 ℃保温 2 h的铝 75和铝 40 轻烧碎料 ,分别按 M45、M60、M70 三种牌号莫来石的理论 A l2 O3 含量配比 ,并外加 4%的 SiO2 微粉 ,经 150 kN 成型 ,在一定温度下煅烧后 ,可改性 合成为 M45、M60、M70矾土基莫来石 ,其适宜烧成温度分别是 1500 ℃ (M45) 、1600 ℃ (M60)和 1650 ℃ (M70) ; 采用铝 75和铝 40碎料的轻烧料合成的莫来石性能比直接用生矿合成的好 。 关键词 铝土矿 ,煅烧 ,碎料 ,莫来石化 ,改性合成