耐火原材料：高鋁礬土均質料的效能、工藝和應用

我國有非常豐富的高鋁礬土資源，建國以來，國家在高鋁礬土熟料應用和生產方面取得了豐富的經驗和教訓，使我國耐火材料行業有了巨大的發展。但是，目前高鋁礬土熟料的生產仍以煅燒天然塊料為主，品種單一，質量波動大，資源利用差，能耗高，汙染嚴重。高鋁礬土是不可再生的寶貴資源，近年來，過度開採導致資源保有儲量快速下降。

礬土均質料

目前，我國有65%的耐火材料屬於Al2O3-SiO2系產品，其中的65%左右以高鋁礬土為原料。近年來，隨著氧化鋁生產的快速發展，我國鋁土礦資源日益匱乏，尤其高鋁富礦供給矛盾突出。另外，我國煅燒的高鋁礬土熟料存在混級、雜質分佈不勻、化學組成和礦物組成不穩定、燒結不良等問題，致使我國礬土熟料的Al2O3含量的波動高達5%~10%，而國外的許多廠家的波動量僅在1%，客觀上促成了高鋁礬土儲量僅為1。5億噸的南美蓋亞那卻在國際市場上長期處於壟斷地位，相同牌號熟料的售價比我國高30%以上。因此，重視耐火材料原料的研究，利用均化、提純等技術，研究發展優質的合成原料成為一個必要的方向。

鍾香崇院士曾提出：根據我國耐火原料資源豐富的優勢，加快發展有自己特色的礬土基優質合成耐火原料，其中著重發展礬土基均質料，把我國資源優勢轉化為技術優勢和經濟優勢，可大大提高耐火原料質量的穩定性和可靠性。

1、礬土均質料的結構與效能

結合目前的形勢和發展趨勢，鄭州大學高溫材料研究所加快了優質合成原料的研究和自主創新，包括：（1）礬土基均質料；（2）改性料；（3）轉型料。

鄭州大學將按Al2O3含量分級的礬土礦石經過破碎、細磨並調節好成分後加水混煉均勻，擠壓成球或成塊，然後高溫煅燒，製成成分均勻、結構均勻、效能穩定的均質合成熟料。其化學成分如表1 所示，可以看出知它們的密度和純度都達到了國際先進水平。

表1 礬土基均質料的化學成分（wt。%）

表2給出了礬土基均質料的相組成和物理效能，特別需指出的是，HBG60和HBG70的荷重軟化溫度在1500~1600℃間，高於HBG90的1445℃。

HBG90的骨架結構是由發育良好的剛玉晶體組成，具有良好的抗侵蝕性和抗沖刷性；HBG70是由發育良好莫來石組成的連鎖交叉網路結構，具有良好的高溫力學效能和抗熱震性。如圖1所示：

表2 礬土基均質料的相組成和物理效能

圖1均質料的顯微結構

美國CE公司主要利用Georgia州當地和附近的高鋁礬土，採用溼法生產高鋁礬土均質料即溼法擠壓成形→烘乾→迴轉窯煅燒→均質料，製成Al2O3含量約為47%、60%和70%的Mulcoa牌號產品；而美國CE公司生產Al2O3含量為90%的均質料（產品牌號α-star）是利用中國高鋁礬土，經溼法擠壓成形→烘乾→倒焰窯煅燒→均質料的工藝製備。其效能指標如下表3。

表3國外均質料的化學組成與效能

2、均質料的加工工藝

目前國內外的幹法和溼法生產均質料的工藝流程：

圖2 均質料的生產工藝流程

幹法均化工藝簡單，操作靈活，中間過程加水量少，後續含水率低，成本相對較低，但其分段均化導致均化不夠徹底，機械鐵不能有效去除；

溼法均化工藝流程長，後續含水率高，成本相對較高，但均化效果好，可有效去除機械鐵等雜質，漿體粒度細，有利於後續的燒成。早期有少部分企業採用幹法均化，鑑於我國的礬土生料現狀，較適合的工藝還是應採用溼法均化。

目前的礬土基均質料的生產企業中，有條件的企業優先採用真空擠泥成型，另有部分企業採用壓磚成型，採用壓球成型的企業極其有限。考慮到生產效率、能耗和安全目前我國均質料生產企業一般用隧道窯燒成。

3、均質料及Al2O3-SiO2系耐火材料的研究現狀

魏同等認為採用科學的工藝和先進的裝備，充分利用大量的中低品位高鋁礬土、混級礦和碎礦，製備具有優異效能的Al2O3含量為50%~90%系列的礬土基均質料，重點發展Al2O3含量為45%~75%的莫來石均質料，認為具有重要的現實意義和廣闊的應用市場。

葉方保等採用Ⅰ、Ⅱ等高鋁礬土、碎礦和煤矸石為原料，必要時加入少最活性Al2O3，控制好配料的化學組成（Al2O3含量、Al2O3/SiO2比和雜質含量），採用均化工藝製備、於1700℃燒成，可得到顯氣孔率<25%、體積密度≥2。75g/cm3的燒結良好的莫來石質熟料。

張翼等採用溼法塑性製陶工藝製備出體積密度高，結構均勻穩定的優質礬土均化料，達到國內領先水平，而且燒成溫度比同等Al2O3含量的原礦煅燒料低150-200℃。

安建成等分別以礬土基均質料、天然礬土熟料為主要原料，製備了水泥窯用高強防爆澆注料，對比了兩種澆注料的常溫效能、高溫抗折強度和抗熱震性。

礬土基junzhiliao

結果表明：（1）以中低品位礬土基均質料與以高品位礬土熟料為主要原料製備的高強防爆澆注料均表現出優越的常規效能，甚至在顯氣孔率、體積密度和常溫強度方面前者表現更優。

（2）以礬土基均質料為主要原料製備的高強防爆澆注料的高溫抗折強度和抗熱震性較以高品位礬土熟料為主要原料製備的高強防爆澆注料明顯提高，這與礬土基均質料礦相均勻、化學成分穩定，主晶相為莫來石相密切相關。王新權等以特級高鋁礬土熟料、棕剛玉、高鋁剛玉、莫來石、矽線石、紅柱石和黏土等為原料研製生產的低蠕變高鋁磚，在1500℃、0。2MPa壓力下，50h蠕變數為0。56%。

呂建江採用優質礬土、矽線石等原料生產出的低蠕變矽線石製品。其中矽線石的加入量為15%、泥料水分為2。8～3。0%，燒成溫度為1450℃。得到的產品荷重軟化溫度達到1620℃以上。