莫來石和剛玉

莫來石和剛玉一莫來石復(fù)相耐火原料的合成及應(yīng)用性能研究我國高鋁磯土資源日益匱乏，尤其是高品位的鋁磯土礦，并且存在大量的碎礦和中低品位礦被閑置或浪費(fèi)、燒成后的高鋁磯土熟料質(zhì)量穩(wěn)定性差、燒成工藝落后、污染環(huán)境嚴(yán)重等問題。面對這些問題，如何能夠綜合利用低品位礦制備出致密度高、質(zhì)量穩(wěn)定性好的磯土熟料成為研究的熱點(diǎn)。本文采用“成分設(shè)計(jì)準(zhǔn)確，濕法細(xì)磨，濕法成型，高溫?zé)伞钡男滦蜐穹ňに囍苽洳煌燃壍拇壨粱|(zhì)料，這種先進(jìn)的生產(chǎn)工藝不僅可以將磯土礦開采過程中產(chǎn)生的渣料、邊角料、碎礦、粉礦以及中低品位的鋁磯土得到充分利用，還可以解決磯土礦在開采過程中所造成的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)的問題，從而實(shí)現(xiàn)鋁土礦資源的可持續(xù)發(fā)展。本論文采用濕法均化工藝，將氧化鋁含量約為63wt%、67wt%、73wt%和75wt%的生坯,高溫煅燒為氧化鋁含量分別為70wt%、75wt%、85wt%、88wt%的磯土基均質(zhì)料,其中氧化鋁含量分別為70wt%和75wt%的磯土基均質(zhì)料（分別簡稱為JZ-70料和JZ-75料）統(tǒng)稱為均質(zhì)莫來石原料，氧化鋁含量分別為85wt%和88wt%的磯土基均質(zhì)料（分別簡稱為JZ-85料和JZ-88料）統(tǒng)稱為均質(zhì)剛玉-莫來石原料。測試不同燒成工藝下均質(zhì)莫來石原料和均質(zhì)剛玉-莫來石原料的重?zé)€變化率、失重率、體積密度和顯氣孔率等性能，確定不同品級磯土級均質(zhì)料的燒成工藝。研究均質(zhì)莫來石原料和均質(zhì)剛玉-莫來石原料的燒結(jié)機(jī)理，對燒結(jié)過程的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析，并將實(shí)驗(yàn)獲得均質(zhì)莫來石原料和均質(zhì)剛玉-莫來石原料進(jìn)行應(yīng)用研究。結(jié)論如下:均質(zhì)莫來石JZ-70料和JZ-75料的最佳燒成制度為1600°C保溫4h，得到JZ-70料的體積密度為2.82g.cm-3,顯氣孔率8.42%;JZ-75料的體積密度為2.93g?cm-3,顯氣孔率3.52%,與SK-70料（SK代表生礦）和SK-75料的體積密度基本一致。SK-70料的顯微結(jié)構(gòu)圖中明顯分為兩種不同的區(qū)域，而JZ-70料內(nèi)部原高嶺石和水鋁石的聚集體已經(jīng)消失,二次莫來石化更為徹底。均質(zhì)剛玉-莫來石JZ-85料和JZ-88料的最佳燒成制度為1600°C保溫7h,此時(shí)JZ-85料的體積密度為3.3gpm-3,顯氣孔率達(dá)到1.7%;JZ-88料的體積密度為3.37g?cm-3,顯氣孔率1.8%;兩者的線收縮率隨燒結(jié)溫度的升高呈指數(shù)形式增大。JZ-85料和JZ-88料氣孔相對較少，多為孤立的閉氣孔，致密度明顯優(yōu)于SK-85料和SK-88料。而SK-85中高嶺石多以聚集態(tài)出現(xiàn)，水鋁石常以粒狀存在,分布在高嶺石的周圍，使得燒結(jié)后SK-85料莫來石化不能充分進(jìn)行，剛玉相和莫來石相分布不均勻，采用濕法均化工藝可以降低致密剛玉-莫來石原料的燒結(jié)溫度。均質(zhì)莫來石和均質(zhì)剛玉-莫來石原料在530C左右出現(xiàn)一個(gè)明顯的吸熱峰，在1000C左右出現(xiàn)一個(gè)尖銳的放熱峰。嚴(yán)格控制這兩個(gè)溫度點(diǎn)附近的升溫速率，可以避免在隧道窯高溫?zé)蛇^程中出現(xiàn)塌窯的現(xiàn)象。磯土基均質(zhì)料的燒結(jié)機(jī)理符合液相燒結(jié)的三個(gè)過程:顆粒重排、溶解-沉淀及氣孔的產(chǎn)生和融合。隨著燒結(jié)溫度的升高，莫來石晶粒由粒狀轉(zhuǎn)變?yōu)榫ы殸?，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢?，莫來石相晶粒之間相互交叉，形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),此時(shí)保溫時(shí)間過長，莫來石有熔融現(xiàn)象，彼此交聯(lián)在一起,存在過燒的現(xiàn)象。升高燒結(jié)溫度,液相中A12O3和TiO2含量降低,Si02、Fe2O3、K2O、CaO的含量升高，液相粘度降低，有利于燒結(jié)的進(jìn)行;莫來石相中A1203含量升高、Si02含量降低，有利于莫來石化充分進(jìn)行，并且剛玉相有向莫來石相中溶解的趨勢。高溫?zé)Y(jié)時(shí),K2O、CaO幾乎都溶解到液相中,Fe203大部分溶液到液相中，而Ti02則更多的溶解到莫來石相中。磯土基均質(zhì)料的燒結(jié)特征為:低溫階段主要為磯土結(jié)構(gòu)水的脫除過程,氧化鋁含量升高，脫水反應(yīng)的活化能升高，脫水反應(yīng)進(jìn)行難度增大。高溫階段主要為磯土的燒結(jié)過程，氧化鋁含量升高，高溫?zé)Y(jié)過程中的液相量升高，燒結(jié)較易進(jìn)行。其中均質(zhì)剛玉-莫來石JZ-85料和JZ-88料高溫階段的液相量較高,屬于液相燒結(jié)，燒結(jié)活化能分別為369.2KJ/mol和289.1KJ/mol。均質(zhì)莫來石