剛玉及莫來(lái)石

1、 在耐火材料中，通常把在耐火材料中，通常把-Al2O3含量大于含量大于94%的原的原 料劃歸為剛玉質(zhì)耐火原料。料劃歸為剛玉質(zhì)耐火原料。 剛玉質(zhì)耐火原料剛玉質(zhì)耐火原料 氧化鋁氧化鋁 Al2O3的摩爾分子量為的摩爾分子量為101.94，密度在，密度在3.4 4.0g/cm3。Al2O3有有、 、等十幾種同質(zhì)多相變體，常見(jiàn)和常用的變等十幾種同質(zhì)多相變體，常見(jiàn)和常用的變 體有體有、和和。 -Al2O3 -Al2O3由于與天然氧化鋁礦物由于與天然氧化鋁礦物-剛玉相似，習(xí)慣上剛玉相似，習(xí)慣上 把把-Al2O3稱(chēng)作剛玉。稱(chēng)作剛玉。 -Al2O3屬三方晶系，理論密度為屬三方晶系，理論密度為3.99g/cm3，

2、熔點(diǎn)，熔點(diǎn) 2050，莫氏硬度，莫氏硬度9，呈桶狀，短柱狀，少數(shù)呈板狀或雙，呈桶狀，短柱狀，少數(shù)呈板狀或雙 錐面，集合體呈致密的粒狀，塊狀。錐面，集合體呈致密的粒狀，塊狀。 -Al2O3是所有變體中密度最大、性能最穩(wěn)定的一個(gè)變是所有變體中密度最大、性能最穩(wěn)定的一個(gè)變 體。體。 晶系晶系 三方晶系三方晶系 0.4578nm c=1.2991nm 介質(zhì)常數(shù)介質(zhì)常數(shù) c/11.5(25,1031 010Hz) c9.3(25,1031 010Hz) 耐電壓耐電壓4.8107v/m 真密度真密度 3.99g/cm3體積固有電容體積固有電容1017/m 熔點(diǎn)熔點(diǎn) 2050 折射率折射率 c/1.768

3、c1.760 熱傳導(dǎo)率熱傳導(dǎo)率35W/m.K 比熱比熱750J/kg.K-1硬度硬度 9(莫氏莫氏)，12(新新 莫氏莫氏) 2300（維氏硬（維氏硬 度）度） 熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù) c/6.610-6 c5.36610-6 楊氏模量楊氏模量4.8102GPa 介質(zhì)衰耗因數(shù)介質(zhì)衰耗因數(shù) 110-5（103Hz ） 耐壓強(qiáng)度耐壓強(qiáng)度3GPa 表表1 -Al2O3的物理性能的物理性能 -Al2O3 -Al2O3通常是由通常是由Na+、K+、Rb+、Ca2+、Sr2+、Ba2+等等堿金堿金 屬、堿土金屬屬、堿土金屬以及稀土金屬（以及稀土金屬（Ln）氧化物的存在而生成）氧化物的存在而生成Al2O3 的

4、一種變體。的一種變體。 -Al2O3的比重為的比重為3.31，較，較-Al2O3小，硬度小，硬度5.56。 -Al2O3是白色電熔剛玉和鋁鉻磚的主要組成之一，也是是白色電熔剛玉和鋁鉻磚的主要組成之一，也是- Al2O3陶瓷的主要組成。電熔陶瓷的主要組成。電熔-Al2O3磚用于玻璃窯爐襯，抗堿磚用于玻璃窯爐襯，抗堿 侵蝕能力強(qiáng)。粘土質(zhì)耐火磚受堿金屬氧化物侵蝕后也常能見(jiàn)到侵蝕能力強(qiáng)。粘土質(zhì)耐火磚受堿金屬氧化物侵蝕后也常能見(jiàn)到 -Al2O3。 -Al2O3 它是它是Al2O3的低溫形態(tài)，屬等軸晶系。屬于有缺陷的的低溫形態(tài)，屬等軸晶系。屬于有缺陷的 尖晶石結(jié)構(gòu)。尖晶石結(jié)構(gòu)。 -Al2O3晶體尺寸很小，

5、一般在零點(diǎn)幾微米，在顯微晶體尺寸很小，一般在零點(diǎn)幾微米，在顯微 鏡下無(wú)法觀察清楚。通常的結(jié)構(gòu)是多個(gè)（鏡下無(wú)法觀察清楚。通常的結(jié)構(gòu)是多個(gè)（106）粒子聚集）粒子聚集 在一起，形成在一起，形成多孔的球形聚集體多孔的球形聚集體，大小為，大小為4070m，最，最 大的超過(guò)大的超過(guò)100m。這種聚集體內(nèi)部含有。這種聚集體內(nèi)部含有25%30%的氣孔的氣孔 ，活性很高，在吸附、催化等方面應(yīng)用廣泛。，活性很高，在吸附、催化等方面應(yīng)用廣泛。-Al2O3結(jié)結(jié) 構(gòu)松散，密度構(gòu)松散，密度3.453.66g/cm3，易于吸水，且能被酸堿溶，易于吸水，且能被酸堿溶 解，性能不穩(wěn)定。解，性能不穩(wěn)定。 -Al2O3 一般認(rèn)為

6、一般認(rèn)為-Al2O3是一種結(jié)晶最差的是一種結(jié)晶最差的Al2O3變體，是變體，是 Al2O3各晶態(tài)中唯一能在高溫下各晶態(tài)中唯一能在高溫下自發(fā)水化的形態(tài)自發(fā)水化的形態(tài)，為無(wú)定，為無(wú)定 型形態(tài)。型形態(tài)。 -Al2O3是由三水鋁石（是由三水鋁石（Al2O33H2O）在減壓條件下）在減壓條件下 低溫脫水（如低溫脫水（如400Pa以下，以下，600加熱）制成，也可由工業(yè)加熱）制成，也可由工業(yè) 上拜爾法制得的氫氧化鋁上拜爾法制得的氫氧化鋁Al(OH)3，在，在110秒間通過(guò)秒間通過(guò) 800900的熱氣流而獲得。由工業(yè)勃姆石（實(shí)際上是的熱氣流而獲得。由工業(yè)勃姆石（實(shí)際上是 Al(OH)3和和AlOOH的混合物

7、）在回轉(zhuǎn)窯上快速分解也可制的混合物）在回轉(zhuǎn)窯上快速分解也可制 得具有自發(fā)水化性能的得具有自發(fā)水化性能的-Al2O3。 -Al2O3作結(jié)合劑的基本原理作結(jié)合劑的基本原理 -Al2O3之所以能用作不定形耐火材料的結(jié)合劑是因之所以能用作不定形耐火材料的結(jié)合劑是因 為其具有常溫下的自發(fā)水化能力：為其具有常溫下的自發(fā)水化能力： -Al2O32H2O Al(OH)3 AlOOH （三水鋁石）（三水鋁石） （勃母石凝膠）（勃母石凝膠） 其水化產(chǎn)物其水化產(chǎn)物Al(OH)3和和AlOOH可以起到膠結(jié)和硬化可以起到膠結(jié)和硬化 作用。這就是作用。這就是-Al2O3作結(jié)合劑的基本原理。顯然，作結(jié)合劑的基本原理。顯然，

8、- Al2O3屬于水化結(jié)合的膠結(jié)劑。屬于水化結(jié)合的膠結(jié)劑。 各各Al2O3變體的轉(zhuǎn)化關(guān)系變體的轉(zhuǎn)化關(guān)系 工業(yè)氧化鋁工業(yè)氧化鋁 工業(yè)氧化鋁中一般含有工業(yè)氧化鋁中一般含有40%76%的的-Al2O3和和60% 24%的的-Al2O3。 氧化鋁屬于兩性化合物，因此可以采用酸法、堿法、氧化鋁屬于兩性化合物，因此可以采用酸法、堿法、 酸堿聯(lián)合法和熱法等方法提取工業(yè)氧化鋁。但工業(yè)上只有酸堿聯(lián)合法和熱法等方法提取工業(yè)氧化鋁。但工業(yè)上只有 堿法得到了應(yīng)用。堿法又分為堿法得到了應(yīng)用。堿法又分為拜爾法拜爾法、堿石灰燒結(jié)法堿石灰燒結(jié)法和拜和拜 爾爾-堿石灰聯(lián)合法堿石灰聯(lián)合法 1拜爾法（拜爾法（Bayer Proce

9、ss） 鋁土礦鋁土礦 苛性堿苛性堿 循環(huán)母液循環(huán)母液 偏鋁酸鈉溶液偏鋁酸鈉溶液 氫氧化鋁氫氧化鋁 氫氧化鋁氫氧化鋁 堿石灰燒結(jié)法堿石灰燒結(jié)法 堿石灰燒結(jié)法是將鋁土礦與一定數(shù)量的石灰石（或蘇堿石灰燒結(jié)法是將鋁土礦與一定數(shù)量的石灰石（或蘇 打石灰）配成爐料在回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行打石灰）配成爐料在回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行1250以上的高溫?zé)Y(jié)以上的高溫?zé)Y(jié) ，爐料中的，爐料中的Al2O3 與與Na2CO3反應(yīng)生成可溶性的固體鋁酸反應(yīng)生成可溶性的固體鋁酸 鈉，而雜質(zhì)氧化鐵、二氧化硅、二氧化鈦分別生成鐵酸鈉鈉，而雜質(zhì)氧化鐵、二氧化硅、二氧化鈦分別生成鐵酸鈉 (Na2OFe2O3)、原硅酸鈣、原硅酸鈣(2CaOSiO2)和鈦

10、酸鈣和鈦酸鈣 (CaOTiO2)。原硅酸鈣和鈦酸鈣不溶于水，與堿溶液的反。原硅酸鈣和鈦酸鈣不溶于水，與堿溶液的反 應(yīng)也較微弱。將燒結(jié)產(chǎn)物（通稱(chēng)燒結(jié)塊或熟料）用稀堿溶應(yīng)也較微弱。將燒結(jié)產(chǎn)物（通稱(chēng)燒結(jié)塊或熟料）用稀堿溶 液溶出，可以將熟料中的液溶出，可以將熟料中的Na2O和和A12O3溶出，得到鋁酸鈉溶出，得到鋁酸鈉 溶液，與進(jìn)入赤泥的溶液，與進(jìn)入赤泥的2CaOSiO2、CaOTiO2和和Fe2O3H2O 等不溶性殘?jiān)蛛x。熟料的溶出液等不溶性殘?jiān)蛛x。熟料的溶出液(粗液粗液)經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的脫硅經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的脫硅 工序得到純凈的鋁酸鈉溶液精液，再用二氧化碳分解鋁酸工序得到純凈的鋁酸鈉溶液精液，再用二氧化碳

11、分解鋁酸 鈉溶液，便可以得到氫氧化鋁。鈉溶液，便可以得到氫氧化鋁。 鋁土礦鋁土礦 石灰石石灰石 回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯: 1) Al2O3+Na2CO3 NaAlO2(可溶可溶) 2) FeO Na2OFe2O3 SiO2 2CaOSiO2（不可溶）（不可溶） TiO2 CaOTiO2 （不可溶）（不可溶） 稀堿稀堿 鋁酸鈉溶液鋁酸鈉溶液 Fe2O3H2O CaOSiO2 CaOTiO2 脫硅處理脫硅處理 鋁酸鈉精液鋁酸鈉精液氫氧化鋁氫氧化鋁CO2 堿石灰燒結(jié)法堿石灰燒結(jié)法 氫氧化鋁的煅燒方式氫氧化鋁的煅燒方式 l無(wú)礦化劑煅燒無(wú)礦化劑煅燒 110120 失去吸附水失去吸附水 200250 Al(OH)3

12、失去兩個(gè)結(jié)晶水轉(zhuǎn)變?yōu)橐凰涗X石失去兩個(gè)結(jié)晶水轉(zhuǎn)變?yōu)橐凰涗X石 500 一水軟鋁石一水軟鋁石 -Al2O3 850 -Al2O3 -Al2O3 l礦化煅燒：加入合適的礦化劑，如氟化物、氯化物和硼化礦化煅燒：加入合適的礦化劑，如氟化物、氯化物和硼化 物，在低溫下即可得到尺寸較大，且可以控制的物，在低溫下即可得到尺寸較大，且可以控制的-Al2O3 氧化鈉氧化鈉 Na2O是氧化鋁中危害最大的一種雜質(zhì)，在高溫（是氧化鋁中危害最大的一種雜質(zhì)，在高溫（ 1400以上）下煅燒時(shí)，其與以上）下煅燒時(shí)，其與Al2O3反應(yīng)生成反應(yīng)生成- Al2O3。 影響影響-Al2O3的轉(zhuǎn)化速度和轉(zhuǎn)化率。的轉(zhuǎn)化速度和轉(zhuǎn)化率。 造

13、成造成-Al2O3晶粒變粗，比表面積減少，晶型晶粒變粗，比表面積減少，晶型 也不規(guī)則，并降低耐火度。也不規(guī)則，并降低耐火度。 Na2O在氫氧化鋁中的賦存狀態(tài)及在氫氧化鋁中的賦存狀態(tài)及 其除去措施其除去措施 附著堿：附著堿：水或酸洗水或酸洗 添加脫鈉劑（氯或硼化物等）能與添加脫鈉劑（氯或硼化物等）能與 Na2O反應(yīng)生成易揮發(fā)化合物。反應(yīng)生成易揮發(fā)化合物。 先在先在5001000間輕燒氫氧化鋁，間輕燒氫氧化鋁， 使其表面積增大（使其表面積增大（200m2/g）再進(jìn)）再進(jìn) 行洗滌，除堿效果很好；行洗滌，除堿效果很好； 加入粒狀加入粒狀SiO2系物質(zhì)進(jìn)行煅燒，使系物質(zhì)進(jìn)行煅燒，使 Na2O被吸附固定在

14、被吸附固定在SiO2表面再篩分表面再篩分 除去。此種方法可使除去。此種方法可使Na2O含量降低含量降低 到到0.05%以下。以下。 用特殊方法制取低鈉氫氧化鋁再進(jìn)用特殊方法制取低鈉氫氧化鋁再進(jìn) 行煅燒。行煅燒。 晶間堿晶間堿 結(jié)晶堿結(jié)晶堿 純度較高的純度較高的Al2O3 Al2(SO4)3+(NH4)SO4+2H2O=(NH4)2Al2(SO4)424H2O 再經(jīng)溶解、過(guò)濾、冷卻結(jié)晶、清水沖洗結(jié)晶快、加熱煮沸結(jié)再經(jīng)溶解、過(guò)濾、冷卻結(jié)晶、清水沖洗結(jié)晶快、加熱煮沸結(jié) 晶溶液等。如此反復(fù)四、五次，最后得晶溶液等。如此反復(fù)四、五次，最后得 (NH4)2Al2(SO4)424H2O該晶體經(jīng)烘箱該晶體經(jīng)烘

15、箱180200，脫水，脫水， 再經(jīng)再經(jīng)9001000 電爐中分解，去掉銨和硫酸根，即得到電爐中分解，去掉銨和硫酸根，即得到 Al2O3 99.9%以上的以上的Al2O3細(xì)粉。細(xì)粉。 拜爾法與堿石灰燒結(jié)法的比較拜爾法與堿石灰燒結(jié)法的比較 l拜爾法：流程比較簡(jiǎn)單、能耗低、成本低、產(chǎn)品拜爾法：流程比較簡(jiǎn)單、能耗低、成本低、產(chǎn)品 質(zhì)量好，但是只限于處理低硅鋁礬土（質(zhì)量好，但是只限于處理低硅鋁礬土（ Al2O3/SiO27）。）。 l 堿石灰燒結(jié)法：流程比較復(fù)雜，能耗高、產(chǎn)品質(zhì)堿石灰燒結(jié)法：流程比較復(fù)雜，能耗高、產(chǎn)品質(zhì) 量和成本都不及拜爾法，但它可以處理高硅礦石量和成本都不及拜爾法，但它可以處理高硅礦石

16、 （ Al2O3/SiO23.5 ） 拜爾拜爾-燒結(jié)聯(lián)合法燒結(jié)聯(lián)合法 l拜爾拜爾-燒結(jié)聯(lián)合法：拜爾法燒結(jié)聯(lián)合法：拜爾法+燒結(jié)法燒結(jié)法 l酸法：用硝酸、硫酸、鹽酸等酸處理含鋁原料而得到相應(yīng)酸法：用硝酸、硫酸、鹽酸等酸處理含鋁原料而得到相應(yīng) 鋁鹽的酸性水溶液。鋁鹽的酸性水溶液。 l熱法：在電爐或高爐內(nèi)還原熔煉礦石，同時(shí)獲得硅鐵合金熱法：在電爐或高爐內(nèi)還原熔煉礦石，同時(shí)獲得硅鐵合金 與含與含Al2O3的爐渣。的爐渣。 剛玉 天然剛玉 人造剛玉 紅寶石 藍(lán)寶石 電熔剛玉 電熔白剛玉 電熔棕剛玉 致密電熔剛玉 礬土基電熔剛玉 -剛玉 青剛玉 電熔鋯剛玉 燒結(jié)剛玉 燒結(jié)剛玉 板狀燒結(jié)剛玉 輕燒剛玉 剛玉的

17、分類(lèi)剛玉的分類(lèi) 輕燒剛玉輕燒剛玉 輕燒剛玉，普遍稱(chēng)輕燒氧化鋁，也有人稱(chēng)氧化鋁預(yù)燒，輕燒剛玉，普遍稱(chēng)輕燒氧化鋁，也有人稱(chēng)氧化鋁預(yù)燒， 是特種耐火材料生產(chǎn)工藝中的重要工序。其目的是使工業(yè)氧是特種耐火材料生產(chǎn)工藝中的重要工序。其目的是使工業(yè)氧 化鋁中的化鋁中的-Al2O3 完全轉(zhuǎn)化為完全轉(zhuǎn)化為-Al2O3，煅燒溫度一般不超過(guò)，煅燒溫度一般不超過(guò) 1500。 -Al2O3 是否完全轉(zhuǎn)化為是否完全轉(zhuǎn)化為-Al2O3的鑒定方法：的鑒定方法： 染色法染色法 比重法比重法 油浸法油浸法 X衍射法衍射法 電熔剛玉電熔剛玉 電熔氧化鋁（電熔氧化鋁（Fused alumina，又稱(chēng)熔融剛玉，熔融，又稱(chēng)熔融剛玉，熔融

18、 氧化鋁）是以煅燒氧化鋁或鋁礬土為原料，經(jīng)電弧爐在還氧化鋁）是以煅燒氧化鋁或鋁礬土為原料，經(jīng)電弧爐在還 原氣氛下熔融并與金屬雜質(zhì)分離，再經(jīng)冷凝而制得。為增原氣氛下熔融并與金屬雜質(zhì)分離，再經(jīng)冷凝而制得。為增 加加-Al2O3晶體的韌性，有時(shí)要加入適量的晶體的韌性，有時(shí)要加入適量的TiO2。 電熔氧化鋁生產(chǎn)的基本原理：熔融凈化原理電熔氧化鋁生產(chǎn)的基本原理：熔融凈化原理 電熔氧化鋁生產(chǎn)的工藝過(guò)程：電熔氧化鋁生產(chǎn)的工藝過(guò)程： 熔煉過(guò)程熔煉過(guò)程 還原熔煉期還原熔煉期 氧化精煉期氧化精煉期 熔融凈化原理熔融凈化原理 熔融氧化鋁的主要原料為熔融氧化鋁的主要原料為煅燒氧化鋁煅燒氧化鋁或或高鋁礬土高鋁礬土。 1

19、）以煅燒氧化鋁作原料時(shí)：）以煅燒氧化鋁作原料時(shí)：Al2O3的熔化和晶體的長(zhǎng)大過(guò)程。的熔化和晶體的長(zhǎng)大過(guò)程。 2）天然鋁礬土作原料時(shí)：除）天然鋁礬土作原料時(shí)：除Al2O3以外，鋁礬土中還含有以外，鋁礬土中還含有SiO2、 TiO2、Fe2O3、CaO、MgO和和K2O等雜質(zhì)。除雜過(guò)程即熔融凈等雜質(zhì)。除雜過(guò)程即熔融凈 化過(guò)程?；^(guò)程。 720 FeO FeSi 750 K2O 氣體氣體 980 Na2O 氣體氣體 1530 SiO2 FeSi 1650 TiO2 Fe3Ti 1830 MgO 氣體氣體 2010 Al2O3 電熔亞白剛玉電熔亞白剛玉 通常通常Al2O398%，顯氣孔率小于，顯氣孔率

20、小于4%；其剛玉結(jié)晶一般；其剛玉結(jié)晶一般 為粒狀，尺寸為粒狀，尺寸115m,主要雜質(zhì)礦物為主要雜質(zhì)礦物為CA6、金紅石、鈦酸、金紅石、鈦酸 鋁及其固溶體。鋁及其固溶體。 電熔亞白剛玉的冶煉工程如下：電熔亞白剛玉的冶煉工程如下： 1、還原熔煉期、還原熔煉期 2、氧化精煉期、氧化精煉期 冶煉亞白剛玉的主要原料為冶煉亞白剛玉的主要原料為高鋁礬土高鋁礬土。 1）Fe2O3的還原：的還原：3Fe2O3C2Fe3O4CO Fe3O4C3FeOCO FeOCFeCO 2）SiO2的還原：的還原：SiO2Fe2CFeSi2CO SiO2CSiOCO SiOCSiCO 3）TiO2的還原：的還原：TiO2CTi

21、CCO Ti2O35C2TiC3CO 有有鐵鐵的情況下：的情況下：TiO23Fe2CFe3Ti2CO Ti2O36Fe3C2Fe3Ti2CO 還原熔煉期還原熔煉期 吹氧脫碳：吹氧脫碳： 2CO22CO 2Al4C39O24Al2O36CO 脫碳劑脫碳：脫碳劑脫碳： 3CFe2O32Fe3CO C FeO FeCO Al4C33Fe2O3 2Al2O33CO6Fe Al4C39FeO2Al2O33CO9Fe 氧化精煉期氧化精煉期 亞白剛玉冶煉用原料亞白剛玉冶煉用原料 碳素材料：碳素材料：固定碳固定碳75%，灰分，灰分90%。 在熔煉的過(guò)程中加入的鐵屑，作用主要有兩個(gè)：一是增大在熔煉的過(guò)程中加入的

22、鐵屑，作用主要有兩個(gè)：一是增大 硅鐵的比重和磁性，便于與硅鐵的比重和磁性，便于與Al2O3熔體的分離；二是在鐵熔體的分離；二是在鐵 屑的參與下，有利于屑的參與下，有利于SiO2和和TiO2的還原。的還原。 應(yīng)用：在應(yīng)用：在Al2O3-SiC-C磚中取代致密電熔剛玉、替代量可達(dá)磚中取代致密電熔剛玉、替代量可達(dá) 25%-50%。 思考：替代致密電熔剛玉的好處思考：替代致密電熔剛玉的好處 亞白剛玉的應(yīng)用亞白剛玉的應(yīng)用 電熔棕剛玉電熔棕剛玉 棕剛玉呈棕褐色，一般棕剛玉呈棕褐色，一般Al2O394.5%，SiO23.5%， Fe2O31%。礦物組成以。礦物組成以-Al2O3為主，晶體形狀中心部分為為主，

23、晶體形狀中心部分為 菱形、厚板形和帶有裂紋的顆粒，周?chē)休^多的菱形、厚板形和帶有裂紋的顆粒，周?chē)休^多的SiO2、CaO 熔體結(jié)晶，呈長(zhǎng)板狀，最粗大的晶粒呈骸狀片晶。熔體結(jié)晶，呈長(zhǎng)板狀，最粗大的晶粒呈骸狀片晶。 棕剛玉是以棕剛玉是以天然鋁礬土天然鋁礬土為原料。為原料。 電熔棕剛玉的熔煉電熔棕剛玉的熔煉 棕剛玉冶煉工藝過(guò)程主要分為開(kāi)爐、熔煉、控制、精煉四棕剛玉冶煉工藝過(guò)程主要分為開(kāi)爐、熔煉、控制、精煉四 個(gè)階段。個(gè)階段。 其中熔煉階段占全部冶煉時(shí)間的其中熔煉階段占全部冶煉時(shí)間的80%。在熔煉的過(guò)程中，。在熔煉的過(guò)程中， SiO2大部分生成硅鐵而除去，小部分留在產(chǎn)品中；大部分生成硅鐵而除去，小部分

24、留在產(chǎn)品中；Fe2O3 大部分生成硅鐵而除去，小部分與氧化鋁生成尖晶石留在大部分生成硅鐵而除去，小部分與氧化鋁生成尖晶石留在 產(chǎn)品中；產(chǎn)品中；TiO2部分被還原進(jìn)入硅鐵合金，相當(dāng)部分留在產(chǎn)部分被還原進(jìn)入硅鐵合金，相當(dāng)部分留在產(chǎn) 品中，它是棕剛玉著色的主要因素；品中，它是棕剛玉著色的主要因素；CaO和和MgO難以還難以還 原，大部分留在產(chǎn)品中；原，大部分留在產(chǎn)品中；Na2O和和K2O高溫?fù)]發(fā)一部分，高溫?fù)]發(fā)一部分， 但是不能被還原，仍留在產(chǎn)品中。但是不能被還原，仍留在產(chǎn)品中。 電熔白剛玉電熔白剛玉 Al2O399%，呈白色，塊狀，顯氣孔率，呈白色，塊狀，顯氣孔率6%10%，主晶，主晶 相為相為-

25、Al2O3，晶體為長(zhǎng)條形和菱形，而且往往呈骸狀晶，晶體為長(zhǎng)條形和菱形，而且往往呈骸狀晶 體。體。 它是以它是以工業(yè)氧化鋁工業(yè)氧化鋁或或煅燒氧化鋁煅燒氧化鋁為原料，在電弧爐中熔融為原料，在電弧爐中熔融 后冷卻再結(jié)晶而成的白色熔塊。其熔煉過(guò)程不存在還原反后冷卻再結(jié)晶而成的白色熔塊。其熔煉過(guò)程不存在還原反 應(yīng)。電熔白剛玉含有少量的應(yīng)。電熔白剛玉含有少量的Na2O、SiO2和微量的和微量的Fe2O3等等 雜質(zhì)。因此要嚴(yán)格控制工業(yè)氧化鋁中的雜質(zhì)。因此要嚴(yán)格控制工業(yè)氧化鋁中的Na2O含量。含量。 棕剛玉與白剛玉的主要性能棕剛玉與白剛玉的主要性能 剛玉品種剛玉品種白剛玉白剛玉棕剛玉棕剛玉 Al2O3含量含量

26、 /% 主晶相主晶相 色澤色澤 99 -Al2O3 白色白色 94.5 -Al2O3 棕褐色棕褐色 體積密度體積密度 /g/cm3 堆積密度堆積密度 / g /cm3 膨脹系數(shù)膨脹系數(shù) /10-6C-1 莫氏硬度莫氏硬度 顯微硬度顯微硬度 /kg/mm2 研磨能力（以金剛石為研磨能力（以金剛石為1 ） 比電阻比電阻 3.90 1.751.95 8.3 (20900) 9 22002300 0.12 10111016 3.90 1.681.95 7.6 (20900) 9 18002200 0.10 10111016 棕剛玉與白剛玉的應(yīng)用棕剛玉與白剛玉的應(yīng)用 棕剛玉的性能棕剛玉的性能：呈棕褐色，

27、韌性好，耐高溫。：呈棕褐色，韌性好，耐高溫。 應(yīng)用：磨料，高爐出鐵鉤搗打料、澆注料，出鐵口應(yīng)用：磨料，高爐出鐵鉤搗打料、澆注料，出鐵口 泡泥的骨料，鋼包澆注料，普通剛玉磚。泡泥的骨料，鋼包澆注料，普通剛玉磚。 白剛玉的性能白剛玉的性能：純度高、自銳性好、耐酸堿腐蝕、耐高溫、：純度高、自銳性好、耐酸堿腐蝕、耐高溫、 熱態(tài)性能穩(wěn)定，硬度略高于棕剛玉，韌性稍熱態(tài)性能穩(wěn)定，硬度略高于棕剛玉，韌性稍 低。低。 應(yīng)用：滑板、剛玉磚、耐磨澆注料應(yīng)用：滑板、剛玉磚、耐磨澆注料 電熔致密剛玉電熔致密剛玉 致密剛玉外觀呈灰色，灰黑色或灰白色，致密剛玉外觀呈灰色，灰黑色或灰白色，Al2O398% ，顯氣孔率比白剛玉

28、低，一般，顯氣孔率比白剛玉低，一般4%，體積密度，體積密度3.8g/cm3 ，主晶相為，主晶相為-Al2O3，次晶相有，次晶相有FeTiO3、CA6、Ca3Si8O9， TiN，Ti4O7等，還有少量玻璃相。等，還有少量玻璃相。 電熔致密剛玉電熔致密剛玉 致密電熔剛玉是以致密電熔剛玉是以工業(yè)氧化鋁工業(yè)氧化鋁為原料，加入外加劑，為原料，加入外加劑， 在電爐中熔融而成。在電爐中熔融而成。 除除Na2O、K2O： Na2O+C=2Na+CO K2O+C=2K+CO Al2O3的過(guò)還原反應(yīng)：的過(guò)還原反應(yīng)：2Al2O+3C=Al4O4C+2CO Al2O3+3C=Al2OC+2CO 2Al2O+9C=A

29、l4C3+6CO 除碳：除碳：SiO2+C=SiO+CO SiO+C=Si+CO 應(yīng)用：鐵鉤澆注料應(yīng)用：鐵鉤澆注料 電熔板狀剛玉電熔板狀剛玉 板狀剛玉的形成溫度應(yīng)略低于其熔點(diǎn)，但是工業(yè)氧化鋁中板狀剛玉的形成溫度應(yīng)略低于其熔點(diǎn)，但是工業(yè)氧化鋁中 雜質(zhì)氧化物的存在，必然使電熔法板狀剛玉結(jié)構(gòu)發(fā)育和形雜質(zhì)氧化物的存在，必然使電熔法板狀剛玉結(jié)構(gòu)發(fā)育和形 成的過(guò)程中有液相的存在，即處于成的過(guò)程中有液相的存在，即處于19002000左右溫度左右溫度 區(qū)域內(nèi)的氧化鋁物料實(shí)際上已處于有液相存在的區(qū)域內(nèi)的氧化鋁物料實(shí)際上已處于有液相存在的“半熔半熔” 狀態(tài)。超高溫和半熔，有利于狀態(tài)。超高溫和半熔，有利于Na2O的

30、揮發(fā)，從而導(dǎo)致板的揮發(fā)，從而導(dǎo)致板 狀剛玉的形成。狀剛玉的形成。 內(nèi)部氣孔的形成：內(nèi)部氣孔的形成：1）晶界的移動(dòng)速度超過(guò)了閉口氣孔向）晶界的移動(dòng)速度超過(guò)了閉口氣孔向 晶界的移動(dòng)速度；晶界的移動(dòng)速度；2）Na2O的揮發(fā)。的揮發(fā)。 青剛玉青剛玉 青剛玉又稱(chēng)低鋁剛玉，是以高鐵鋁土礦熟料為主要原料，青剛玉又稱(chēng)低鋁剛玉，是以高鐵鋁土礦熟料為主要原料， 在電弧爐中經(jīng)高溫熔融、結(jié)晶而成。青剛玉的主晶相為在電弧爐中經(jīng)高溫熔融、結(jié)晶而成。青剛玉的主晶相為- Al2O3，次晶相為鐵尖晶石。體積密度為，次晶相為鐵尖晶石。體積密度為3.73.9g/cm3，耐火，耐火 度通常大于度通常大于1800。通過(guò)調(diào)整配料，控制主

31、晶相和次晶相的。通過(guò)調(diào)整配料，控制主晶相和次晶相的 比例，可以生產(chǎn)出滿(mǎn)足耐火材料比例，可以生產(chǎn)出滿(mǎn)足耐火材料(Al2O380%)和磨料和磨料 (Al2O373%)的不同要求。的不同要求。 鋯剛玉鋯剛玉 電熔鋯剛玉是在電熔鋯剛玉是在煅燒氧化鋁煅燒氧化鋁或或高鋁礬土高鋁礬土中配入中配入氧化鋯氧化鋯 或鋯英砂，或鋯英砂，在電弧爐中共同熔融而制成的。其在電弧爐中共同熔融而制成的。其ZrO2含量含量 可以為可以為10%15%（低鋯剛玉）、（低鋯剛玉）、25%（中鋯剛玉）和（中鋯剛玉）和 40%（高鋯剛玉）。鋯剛玉一般呈灰褐色，密度（高鋯剛玉）。鋯剛玉一般呈灰褐色，密度4.05g/cm3 左右，具有優(yōu)良的

32、抗侵蝕性和耐磨性。主要用作玻璃窯用左右，具有優(yōu)良的抗侵蝕性和耐磨性。主要用作玻璃窯用 電熔鋯剛玉內(nèi)襯。也用于電熔系列的鋯剛玉電熔鋯剛玉內(nèi)襯。也用于電熔系列的鋯剛玉-莫來(lái)石磚。莫來(lái)石磚。 燒結(jié)剛玉燒結(jié)剛玉 燒結(jié)剛玉（燒結(jié)剛玉（Sintered alumina），又稱(chēng)燒結(jié)氧化鋁，是指以工業(yè)氧化鋁），又稱(chēng)燒結(jié)氧化鋁，是指以工業(yè)氧化鋁 或煅燒氧化鋁為原料，經(jīng)磨細(xì)制成球狀或棒狀坯體，在或煅燒氧化鋁為原料，經(jīng)磨細(xì)制成球狀或棒狀坯體，在1750 1900的高溫下燒結(jié)而成的耐火熟料。的高溫下燒結(jié)而成的耐火熟料。 燒結(jié)剛玉的起始物料多用工業(yè)氧化鋁。在成型前通常對(duì)工業(yè)氧化鋁進(jìn)燒結(jié)剛玉的起始物料多用工業(yè)氧化鋁。在成

33、型前通常對(duì)工業(yè)氧化鋁進(jìn) 行細(xì)磨處理。氧化鋁的細(xì)度對(duì)燒結(jié)剛玉的致密度有重要影響。成型方行細(xì)磨處理。氧化鋁的細(xì)度對(duì)燒結(jié)剛玉的致密度有重要影響。成型方 法有壓球、真空擠出、壓坯等。法有壓球、真空擠出、壓坯等。 為了降低燒結(jié)溫度，有時(shí)要在原料中添加一定量的添加劑。如加入為了降低燒結(jié)溫度，有時(shí)要在原料中添加一定量的添加劑。如加入1% 的的TiO2能提高燒結(jié)氧化鋁的密度。但超過(guò)能提高燒結(jié)氧化鋁的密度。但超過(guò)2%3%，則會(huì)降低其致密，則會(huì)降低其致密 度。加入度。加入TiO2的另外一個(gè)作用就是制得大顆粒的熟料。有時(shí)為了抑制的另外一個(gè)作用就是制得大顆粒的熟料。有時(shí)為了抑制 -Al2O3晶體的異常生長(zhǎng)，可以添加少

34、量的晶體的異常生長(zhǎng)，可以添加少量的MgO。大顆粒結(jié)晶的燒結(jié)剛。大顆粒結(jié)晶的燒結(jié)剛 玉抗侵蝕性能好。有時(shí)也加入玉抗侵蝕性能好。有時(shí)也加入1%2%的的H3BO3，促使，促使-Al2O3晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大 。 燒結(jié)剛玉燒結(jié)剛玉 生產(chǎn)工藝及磨細(xì)生產(chǎn)工藝及磨細(xì) 生產(chǎn)工藝：生產(chǎn)工藝： 采用二步法采用二步法 一步法一步法 磨細(xì)：磨細(xì)： 采用二步法采用二步法 濕磨濕磨+助磨劑助磨劑 加入表面活性劑加入表面活性劑 板狀剛玉板狀剛玉 板狀剛玉（板狀剛玉（Tabular alumina）是一種高純的、采用）是一種高純的、采用 高溫快速燒結(jié)、具有高溫快速燒結(jié)、具有-Al2O3結(jié)晶粗大、發(fā)育良好而呈板結(jié)晶粗大、發(fā)育良好而

35、呈板 片狀且有晶內(nèi)封閉氣孔的燒結(jié)氧化鋁。片狀且有晶內(nèi)封閉氣孔的燒結(jié)氧化鋁。 板狀剛玉的由來(lái)板狀剛玉的由來(lái) 1934年由美國(guó)的年由美國(guó)的Thomas S. Curtis在其發(fā)明的豎窯中燒結(jié)得到板在其發(fā)明的豎窯中燒結(jié)得到板 狀剛玉。狀剛玉。 1935年經(jīng)中間試驗(yàn)后開(kāi)始商業(yè)生產(chǎn)。年經(jīng)中間試驗(yàn)后開(kāi)始商業(yè)生產(chǎn)。 1958年，年，H.N. Baumann在研究板狀剛玉的顯微結(jié)構(gòu)后認(rèn)為，它在研究板狀剛玉的顯微結(jié)構(gòu)后認(rèn)為，它 是拜爾法燒結(jié)氧化鋁的一個(gè)類(lèi)型；六十年代是拜爾法燒結(jié)氧化鋁的一個(gè)類(lèi)型；六十年代V. L. Burdic和和D.E. Day稱(chēng)美國(guó)稱(chēng)美國(guó)Alcoa公司的公司的T-60板狀氧化鋁為低鈉氧化鋁。

36、板狀氧化鋁為低鈉氧化鋁。 之所以稱(chēng)為之所以稱(chēng)為“板狀剛玉板狀剛玉”，是因?yàn)檫@種剛玉是由中位徑，是因?yàn)檫@種剛玉是由中位徑 40200m的六方板狀的六方板狀-Al2O3晶體所組成。在快速燒結(jié)時(shí)，亞晶體所組成。在快速燒結(jié)時(shí)，亞 微米級(jí)的微米級(jí)的-Al2O3重結(jié)晶形成的粗大晶體中包含有重結(jié)晶形成的粗大晶體中包含有閉口球狀氣孔閉口球狀氣孔 ，使板狀剛玉具有極好的加熱，使板狀剛玉具有極好的加熱體積穩(wěn)定性和良好的抗熱震性能體積穩(wěn)定性和良好的抗熱震性能 。 板狀剛玉的特性板狀剛玉的特性 由發(fā)育良好的由發(fā)育良好的-Al2O3組成；組成； -Al2O3結(jié)晶粗大，中位徑多在結(jié)晶粗大，中位徑多在40200m，其晶體的

37、平，其晶體的平 面形貌呈板狀并相互穿插交錯(cuò)；面形貌呈板狀并相互穿插交錯(cuò)； -Al2O3晶體內(nèi)含有許多晶體內(nèi)含有許多515m的圓形封閉氣孔，開(kāi)口的圓形封閉氣孔，開(kāi)口 氣孔則較少，一般氣孔則較少，一般2%3%； 由于少量由于少量Na2O（0.16%）的存在，結(jié)構(gòu)中有）的存在，結(jié)構(gòu)中有-Al2O3的存的存 在，但全部都分布在晶界處。在，但全部都分布在晶界處。 板狀剛玉物理性能板狀剛玉物理性能 熔點(diǎn)高，約熔點(diǎn)高，約2040； 晶粒硬度大，莫氏硬度晶粒硬度大，莫氏硬度9，努普硬度（，努普硬度（Knoop）2000; 耐化學(xué)侵蝕，除氫氟酸和磷酸外，大多數(shù)堿與礦物酸對(duì)板耐化學(xué)侵蝕，除氫氟酸和磷酸外，大多數(shù)堿

38、與礦物酸對(duì)板 狀剛玉不起作用；狀剛玉不起作用； 由于其不存在顯微裂紋和大的內(nèi)部氣孔，其強(qiáng)度較高，同由于其不存在顯微裂紋和大的內(nèi)部氣孔，其強(qiáng)度較高，同 時(shí)，受熱沖擊時(shí)強(qiáng)度下降不多，因而熱震穩(wěn)定性好，時(shí)，受熱沖擊時(shí)強(qiáng)度下降不多，因而熱震穩(wěn)定性好， 高導(dǎo)熱性和高電阻性，在高頻高溫下具有良好的電性能。高導(dǎo)熱性和高電阻性，在高頻高溫下具有良好的電性能。 使用部位使用部位所用高鋁材料種類(lèi)所用高鋁材料種類(lèi)特特 點(diǎn)點(diǎn)發(fā)展前景發(fā)展前景 高高 爐爐 （1）爐襯）爐襯 90%Al2O3的鋁鉻磚，的鋁鉻磚， 60%70%Al2O3的高鋁磚，焦的高鋁磚，焦 油浸漬油浸漬 抗熱震、抗堿、熱態(tài)抗熱震、抗堿、熱態(tài) 強(qiáng)度好強(qiáng)度

39、好 非氧化物、非氧化物、SiC、 石墨質(zhì)磚增加石墨質(zhì)磚增加 （2）熱風(fēng)爐）熱風(fēng)爐抗蠕變磚（抗蠕變磚（60%80%）抗蠕變、體積穩(wěn)定抗蠕變、體積穩(wěn)定 （3）澆鑄場(chǎng)包括主溝）澆鑄場(chǎng)包括主溝 、渣鐵支溝、流嘴、渣鐵支溝、流嘴 Al2O3-SiC-C或高鋁澆注料、可或高鋁澆注料、可 塑料、搗打料塑料、搗打料 體積穩(wěn)定、抗鐵水、體積穩(wěn)定、抗鐵水、 渣侵蝕渣侵蝕 長(zhǎng)壽優(yōu)質(zhì)氧化鋁類(lèi)長(zhǎng)壽優(yōu)質(zhì)氧化鋁類(lèi) （4）鐵水處理）鐵水處理 和運(yùn)輸和運(yùn)輸 燒成和浸漬高鋁（燒成和浸漬高鋁（70 80%） 產(chǎn)品、產(chǎn)品、Al2O3-SiC-C磚磚 抗渣、鐵水侵蝕抗渣、鐵水侵蝕 該系統(tǒng)用該系統(tǒng)用Al2O3 -SiC- C類(lèi)耐材有增加

40、趨勢(shì)類(lèi)耐材有增加趨勢(shì) 煉鋼煉鋼 （1）電爐流鋼槽）電爐流鋼槽Al2O3-SiC-C澆注料澆注料抗鐵水和熔渣侵蝕抗鐵水和熔渣侵蝕 應(yīng)用量增加，應(yīng)用量增加， 代替一些老材料代替一些老材料 （2）電爐三角區(qū)、抽）電爐三角區(qū)、抽 煙孔環(huán)區(qū)煙孔環(huán)區(qū) 低水泥高鋁澆注料低水泥高鋁澆注料抗熱震抗熱震 鋼包鋼包 （1）包壁）包壁 磚（磚（7080）%Al2O3、低水泥、低水泥 Al2O3（7095%）-MgO澆注料澆注料 抗熱震、抗渣、鋼水抗熱震、抗渣、鋼水 侵蝕侵蝕 澆注料和其預(yù)制件增澆注料和其預(yù)制件增 加，因潔凈鋼需要，加，因潔凈鋼需要， 高氧化鋁耐材增加高氧化鋁耐材增加 （2）沖擊板）沖擊板低水泥澆注料低

41、水泥澆注料/預(yù)制件預(yù)制件抗鋼水沖擊抗鋼水沖擊應(yīng)用增加應(yīng)用增加 （3）噴槍?zhuān)﹪姌尩退酀沧⒘系退酀沧⒘?預(yù)制件預(yù)制件抗熱震、抗侵蝕抗熱震、抗侵蝕 比成型磚應(yīng)用廣泛比成型磚應(yīng)用廣泛 （4）透氣塞）透氣塞燒成制品燒成制品透氣性、抗侵蝕透氣性、抗侵蝕 中間包中間包 （1）安全襯）安全襯低水泥澆注料低水泥澆注料體積穩(wěn)定體積穩(wěn)定 應(yīng)用比成型磚或其它應(yīng)用比成型磚或其它 材料有所增加材料有所增加 （2）包蓋）包蓋低水泥澆注料低水泥澆注料體積穩(wěn)定體積穩(wěn)定 水水 口口 （1）長(zhǎng)水口）長(zhǎng)水口Al2O3 -C 抗熱震、抗侵蝕抗熱震、抗侵蝕 其應(yīng)用增加，而其應(yīng)用增加，而 熔融石英制品減少熔融石英制品減少 （2）侵入式

42、水口）侵入式水口Al2O3 -C 滑滑 動(dòng)動(dòng) 水水 口口 盛鋼桶、中間包盛鋼桶、中間包 燒成浸漬的燒成浸漬的Al2O3 鋁鉻、鋁鉻、Al2O3-C 抗熱震、抗侵蝕抗熱震、抗侵蝕 鋁炭質(zhì)材料的使用增鋁炭質(zhì)材料的使用增 加，滑板修補(bǔ)加，滑板修補(bǔ) 加熱爐加熱爐工作襯工作襯 高鋁可塑料、澆高鋁可塑料、澆 注料、預(yù)制塊、纖維注料、預(yù)制塊、纖維 體積穩(wěn)定、體積穩(wěn)定、 隔熱效果好隔熱效果好 向節(jié)能方向向節(jié)能方向 發(fā)展，容易施工發(fā)展，容易施工 莫來(lái)石莫來(lái)石 莫來(lái)石的分類(lèi)莫來(lái)石的分類(lèi) l 低鋁莫來(lái)石低鋁莫來(lái)石 l 中鋁莫來(lái)石中鋁莫來(lái)石 l 高鋁莫來(lái)石高鋁莫來(lái)石 l 鋯莫來(lái)石鋯莫來(lái)石 莫來(lái)石 l煅燒高嶺土煅燒高嶺

43、土 l煅燒藍(lán)晶石煅燒藍(lán)晶石 l全天然料莫來(lái)石全天然料莫來(lái)石 l高純莫來(lái)石高純莫來(lái)石 天然莫來(lái)石 合成莫來(lái)石 l 燒結(jié)莫來(lái)石燒結(jié)莫來(lái)石 l 電熔莫來(lái)石電熔莫來(lái)石 原料的化學(xué)成分原料的化學(xué)成分 合成方法合成方法 所使用的起始所使用的起始 物料的種類(lèi)物料的種類(lèi) 合成莫來(lái)石的種類(lèi)合成莫來(lái)石的種類(lèi) 天然莫來(lái)石天然莫來(lái)石 合成莫來(lái)石合成莫來(lái)石 l莫來(lái)石的分子式是莫來(lái)石的分子式是3Al2O3 2SiO2，理論組成為：，理論組成為：Al2O3占占 71.8%，SiO2占占28.2% ，彈性模量，彈性模量(210GPa)、熱膨脹系數(shù)、熱膨脹系數(shù) (5.610- 6K)、導(dǎo)熱系數(shù)（、導(dǎo)熱系數(shù)（3.83W/（mK）

44、理論密度是）理論密度是 3.16g/cm3，莫氏硬度，莫氏硬度67，1840分解為剛玉和液相分解為剛玉和液相 。 l莫來(lái)石具有膨脹小、熱穩(wěn)定性極好、荷重軟化溫度高、高莫來(lái)石具有膨脹小、熱穩(wěn)定性極好、荷重軟化溫度高、高 溫蠕變小、硬度大、抗化學(xué)腐蝕好等一系列優(yōu)點(diǎn)。溫蠕變小、硬度大、抗化學(xué)腐蝕好等一系列優(yōu)點(diǎn)。 合成莫來(lái)石合成莫來(lái)石 相當(dāng)于莫來(lái)石組成的熔體在冷卻時(shí)，于相當(dāng)于莫來(lái)石組成的熔體在冷卻時(shí)，于1920左右先析出剛玉，隨溫度左右先析出剛玉，隨溫度 的的，剛玉量不斷，剛玉量不斷。到。到1810，析出的剛玉晶體與液相反應(yīng)生成莫來(lái)石，析出的剛玉晶體與液相反應(yīng)生成莫來(lái)石 。這時(shí)如保持完全平衡，常壓下有

45、三相共存，即這個(gè)點(diǎn)為不變點(diǎn)，直到。這時(shí)如保持完全平衡，常壓下有三相共存，即這個(gè)點(diǎn)為不變點(diǎn)，直到 剛玉反應(yīng)完畢，溫度保持不變。若冷卻速度過(guò)快，破壞了平衡，則在剛玉反應(yīng)完畢，溫度保持不變。若冷卻速度過(guò)快，破壞了平衡，則在 1810以下，液相成分沿以下，液相成分沿CE線(xiàn)變化，在未來(lái)得及反應(yīng)而殘留下來(lái)的剛玉線(xiàn)變化，在未來(lái)得及反應(yīng)而殘留下來(lái)的剛玉 周?chē)龀瞿獊?lái)石，即形成包晶結(jié)構(gòu)。這種結(jié)晶作用，在制造電熔莫來(lái)石周?chē)龀瞿獊?lái)石，即形成包晶結(jié)構(gòu)。這種結(jié)晶作用，在制造電熔莫來(lái)石 時(shí)，因冷卻速度快而易發(fā)生。時(shí)，因冷卻速度快而易發(fā)生。 3Al2O32SiO2（莫來(lái)石）莫來(lái)石） -Al2O3 L（液相）液相） 莫來(lái)石

46、的熔融分解莫來(lái)石的熔融分解 莫來(lái)石為不一致熔化合物，在莫來(lái)石為不一致熔化合物，在1810會(huì)按以下關(guān)系熔融會(huì)按以下關(guān)系熔融 分解或析晶：分解或析晶： -莫來(lái)石莫來(lái)石 莫來(lái)石固溶體莫來(lái)石固溶體 -莫來(lái)石莫來(lái)石 -莫來(lái)石莫來(lái)石 -莫來(lái)石莫來(lái)石 -莫來(lái)石相當(dāng)于純的莫來(lái)石相當(dāng)于純的3Al2O32SiO2。 化學(xué)組成符合化學(xué)組成符合Al2O3 71.8%，SiO2 28.2的理的理 論組成。論組成。 -莫來(lái)石莫來(lái)石 -莫來(lái)石固溶過(guò)剩的莫來(lái)石固溶過(guò)剩的Al2O3. 晶格略顯膨脹晶格略顯膨脹,莫來(lái)石固溶體的組成在莫來(lái)石固溶體的組成在3Al2O32SiO2與與 2Al2O3SiO2（飽和固溶體）之間，飽和固溶體

47、的組成為（飽和固溶體）之間，飽和固溶體的組成為 Al2O3 77.2，SiO2 22.8，即，即 -莫來(lái)石最多可以固溶莫來(lái)石最多可以固溶5.4 的的Al2O3。 -莫來(lái)石莫來(lái)石 -莫來(lái)石是固溶了少量的的莫來(lái)石是固溶了少量的的Fe2O3和和TiO2的莫來(lái)石。的莫來(lái)石。 莫來(lái)石晶格中的莫來(lái)石晶格中的Fe3+代替代替Al3+。莫來(lái)石中最多可能含有。莫來(lái)石中最多可能含有 8%9的的Fe2O3。 隨著溫度隨著溫度 ，F(xiàn)e2O3含量含量 而轉(zhuǎn)移到液相中；隨溫度而轉(zhuǎn)移到液相中；隨溫度 ，F(xiàn)e2O3又從液相中返回到莫來(lái)石中。又從液相中返回到莫來(lái)石中。 燒結(jié)莫來(lái)石燒結(jié)莫來(lái)石 燒結(jié)法合成莫來(lái)石所采用的起始物料組合

48、有：燒結(jié)法合成莫來(lái)石所采用的起始物料組合有： 工業(yè)氧化鋁高嶺土（焦寶石）工業(yè)氧化鋁高嶺土（焦寶石） 工業(yè)氧化鋁硅石（熔融石英）工業(yè)氧化鋁硅石（熔融石英） 工業(yè)氧化鋁鋁礬土（工業(yè)氧化鋁鋁礬土（Al2O3含量較低含量較低) 氫氧化鋁高嶺土氫氧化鋁高嶺土 煅燒氧化鋁硅石（熔融石英）煅燒氧化鋁硅石（熔融石英） 工業(yè)氧化鋁高嶺土藍(lán)晶石（起晶核作用）工業(yè)氧化鋁高嶺土藍(lán)晶石（起晶核作用） 天然精選鋁礬土（天然精選鋁礬土（B-K型）型） 天然鋁礬土（天然鋁礬土（D-K型）高嶺土藍(lán)晶石型）高嶺土藍(lán)晶石 我國(guó)主要采用、和的配料組合。我國(guó)主要采用、和的配料組合。 原理原理 3Al2O3 +2SiO2 3Al2O32

49、SiO2 燒結(jié)莫來(lái)石的制備方法燒結(jié)莫來(lái)石的制備方法 采用燒結(jié)法合成原料，一般需經(jīng)過(guò)細(xì)磨、均化、成采用燒結(jié)法合成原料，一般需經(jīng)過(guò)細(xì)磨、均化、成 型及高溫煅燒等工藝過(guò)程，形成預(yù)期的礦物組成，達(dá)型及高溫煅燒等工藝過(guò)程，形成預(yù)期的礦物組成，達(dá) 到預(yù)期性能要求的產(chǎn)品。到預(yù)期性能要求的產(chǎn)品。 合成燒結(jié)莫來(lái)石的制備合成燒結(jié)莫來(lái)石的制備 l干法干法 l濕法濕法 影響燒結(jié)莫來(lái)石合成的因素影響燒結(jié)莫來(lái)石合成的因素 l配料中配料中Al2O3/SiO2的比值的比值 l 原料的活性原料的活性 l 原料的混磨方式與細(xì)度原料的混磨方式與細(xì)度 l 坯體的成型方法坯體的成型方法 l 燒成溫度及保溫時(shí)間燒成溫度及保溫時(shí)間 配料中

50、配料中Al2O3/SiO2的比值的影響的比值的影響 l莫來(lái)石的配料組成應(yīng)該為：莫來(lái)石的配料組成應(yīng)該為： Al2O3 71.877.2 SiO2 22.828.2 Al2O3/SiO2 比應(yīng)該在比應(yīng)該在2.553.40 l 當(dāng)配料中的當(dāng)配料中的Al2O3在在68（干基）左右時(shí)，莫來(lái)石熟料中（干基）左右時(shí)，莫來(lái)石熟料中 的莫來(lái)石相含量最高。的莫來(lái)石相含量最高。 原料活性的影響原料活性的影響 燒結(jié)法合成莫來(lái)石主要通過(guò)固相反應(yīng)來(lái)完成，因燒結(jié)法合成莫來(lái)石主要通過(guò)固相反應(yīng)來(lái)完成，因 而原料的活性對(duì)莫來(lái)石的合成有重要影響。而原料的活性對(duì)莫來(lái)石的合成有重要影響。 高嶺土經(jīng)高嶺土經(jīng)1100煅燒后煅燒后，其中的礦

51、物結(jié)構(gòu)被破壞，并，其中的礦物結(jié)構(gòu)被破壞，并 產(chǎn)生一系列的相變化，使顆粒的表面產(chǎn)生產(chǎn)生一系列的相變化，使顆粒的表面產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷而結(jié)構(gòu)缺陷而 產(chǎn)生活性產(chǎn)生活性，能促使莫來(lái)石的合成，有利于燒結(jié)。因此，能促使莫來(lái)石的合成，有利于燒結(jié)。因此 高嶺土是一種較好的合成莫來(lái)石的天然原料。高嶺土是一種較好的合成莫來(lái)石的天然原料。 主要由主要由三水鋁石構(gòu)成的氫氧化鋁三水鋁石構(gòu)成的氫氧化鋁，在，在400脫水后也脫水后也 具有較大的活性，適合合成莫來(lái)石，如英國(guó)常用三水具有較大的活性，適合合成莫來(lái)石，如英國(guó)常用三水 鋁石來(lái)合成莫來(lái)石。鋁石來(lái)合成莫來(lái)石。 原料活性的影響原料活性的影響 氧化鋁是合成莫來(lái)石的常用原料之一。理

52、想的氧氧化鋁是合成莫來(lái)石的常用原料之一。理想的氧 化鋁質(zhì)原料是化鋁質(zhì)原料是-Al2O3，即工業(yè)氧化鋁。這主要是，即工業(yè)氧化鋁。這主要是 因?yàn)橐驗(yàn)?Al2O3具有與尖晶石類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，是具有缺具有與尖晶石類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，是具有缺 陷的尖晶石結(jié)構(gòu)，有很大的活性。并且陷的尖晶石結(jié)構(gòu)，有很大的活性。并且-Al2O3在在 燒結(jié)的過(guò)程中伴隨著燒結(jié)的過(guò)程中伴隨著13的體積收縮，這足以抑的體積收縮，這足以抑 制高嶺土或高鋁礬土中二次莫來(lái)石化引起的體積制高嶺土或高鋁礬土中二次莫來(lái)石化引起的體積 膨脹，有利于燒結(jié)。膨脹，有利于燒結(jié)。 原料活性的影響原料活性的影響 在含在含SiO2的原料中，的原料中，石英石英等在合成溫度

53、下有晶等在合成溫度下有晶 型轉(zhuǎn)變，晶格中的缺陷濃度增加使離子的擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，晶格中的缺陷濃度增加使離子的擴(kuò)散 速度增大，有利于固相反應(yīng)與燒結(jié)。速度增大，有利于固相反應(yīng)與燒結(jié)。 而熔融石英則不然，當(dāng)其與工業(yè)氧化鋁配而熔融石英則不然，當(dāng)其與工業(yè)氧化鋁配 合時(shí)，合成溫度雖高達(dá)合時(shí)，合成溫度雖高達(dá)1750，但吸水率仍高，但吸水率仍高 達(dá)達(dá)10.6，說(shuō)明其燒結(jié)程度較差。，說(shuō)明其燒結(jié)程度較差。 原料活性的影響原料活性的影響 以藍(lán)晶石作為晶核添加到配料中，能促進(jìn)莫來(lái)以藍(lán)晶石作為晶核添加到配料中，能促進(jìn)莫來(lái) 石的生成與燒結(jié)。藍(lán)晶石在較低溫度下（石的生成與燒結(jié)。藍(lán)晶石在較低溫度下（1350 1380）即可轉(zhuǎn)化為活

54、性較大的）即可轉(zhuǎn)化為活性較大的SiO2和一次和一次 莫來(lái)石。莫來(lái)石。 一次莫來(lái)石化開(kāi)始時(shí)就可以形成數(shù)量很多一次莫來(lái)石化開(kāi)始時(shí)就可以形成數(shù)量很多 的針狀晶核，對(duì)最終獲得長(zhǎng)柱狀鏈鎖交織的網(wǎng)的針狀晶核，對(duì)最終獲得長(zhǎng)柱狀鏈鎖交織的網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)莫來(lái)石熟料很有好處。狀結(jié)構(gòu)莫來(lái)石熟料很有好處。 Al2O3原料：原料： l1100煅燒后的高嶺土煅燒后的高嶺土 l三水鋁石構(gòu)成的氫氧化鋁三水鋁石構(gòu)成的氫氧化鋁 l工業(yè)氧化鋁工業(yè)氧化鋁 -Al2O3 SiO2的原料：的原料： 石英等在合成溫度下有晶型轉(zhuǎn)變，晶格中的缺陷濃度石英等在合成溫度下有晶型轉(zhuǎn)變，晶格中的缺陷濃度 增加使離子的擴(kuò)算速度增大，有利于固相反應(yīng)與燒結(jié)。增

55、加使離子的擴(kuò)算速度增大，有利于固相反應(yīng)與燒結(jié)。 原料活性的影響原料活性的影響 原料的混磨方式的影響原料的混磨方式的影響 原料的混磨有干法和濕法。原料的混磨有干法和濕法。 干法干法工藝較為簡(jiǎn)單，但磨細(xì)混合效果較差，不易混合均工藝較為簡(jiǎn)單，但磨細(xì)混合效果較差，不易混合均 勻。特別是采用粘土原料時(shí)，混合磨細(xì)效率更差；勻。特別是采用粘土原料時(shí)，混合磨細(xì)效率更差； 濕法濕法研磨時(shí)，粘土加水后形成高分散體系的膠體，流動(dòng)研磨時(shí)，粘土加水后形成高分散體系的膠體，流動(dòng) 性好，與工業(yè)氧化鋁混合時(shí)，顆粒間接觸面積增大，研磨效性好，與工業(yè)氧化鋁混合時(shí)，顆粒間接觸面積增大，研磨效 率高。率高。 原料細(xì)度的影響原料細(xì)度的

56、影響 l細(xì)度的影響細(xì)度的影響 合成莫來(lái)石為固相反應(yīng)，顆粒越細(xì)，越有利于燒成。合成莫來(lái)石為固相反應(yīng)，顆粒越細(xì)，越有利于燒成。 有研究表明：有研究表明： 當(dāng)當(dāng)0.060.2mm的石英占的石英占33時(shí)，莫來(lái)石生成量?jī)H為時(shí)，莫來(lái)石生成量?jī)H為61， 當(dāng)當(dāng)0.06mm的石英占的石英占87時(shí)，莫來(lái)石生成量大幅增加。特別時(shí)，莫來(lái)石生成量大幅增加。特別 是小于是小于8m的微粒對(duì)莫來(lái)石的燒結(jié)作用很大。的微粒對(duì)莫來(lái)石的燒結(jié)作用很大。 當(dāng)原料粒度都在當(dāng)原料粒度都在4m以下時(shí)，合成莫來(lái)石的致密度最高。以下時(shí)，合成莫來(lái)石的致密度最高。 細(xì)度的影響細(xì)度的影響 將莫來(lái)石配合料細(xì)磨到小于將莫來(lái)石配合料細(xì)磨到小于8m占占8590

57、，甚至，甚至 小于小于5m微粒占微粒占80以上對(duì)合成莫來(lái)石最為有利。以上對(duì)合成莫來(lái)石最為有利。 實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)將配合料的細(xì)度配合在一個(gè)很窄的范實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)將配合料的細(xì)度配合在一個(gè)很窄的范 圍，因?yàn)榧词褂泻苌俚拇箢w粒存在，也能明顯延緩反應(yīng)過(guò)圍，因?yàn)榧词褂泻苌俚拇箢w粒存在，也能明顯延緩反應(yīng)過(guò) 程完成。程完成。 坯體的成型方法坯體的成型方法 坯體的成型方法有坯體的成型方法有壓坯法壓坯法和和真空擠泥法真空擠泥法兩種。兩種。 l壓坯法的成型壓力比真空擠泥法大，生坯的體積壓坯法的成型壓力比真空擠泥法大，生坯的體積 密度大。壓力對(duì)純固相燒結(jié)有促進(jìn)作用。密度大。壓力對(duì)純固相燒結(jié)有促進(jìn)作用。 壓坯成型的生坯一

58、般密度不均勻，特別是單壓坯成型的生坯一般密度不均勻，特別是單 面加壓，壓力過(guò)大時(shí)容易產(chǎn)生層裂；面加壓，壓力過(guò)大時(shí)容易產(chǎn)生層裂； l而真空擠出的生坯，密度均勻，燒后的體積密度而真空擠出的生坯，密度均勻，燒后的體積密度 顯著提高，莫來(lái)石的生成量也較大。顯著提高，莫來(lái)石的生成量也較大。 燒成溫度及保溫時(shí)間的影響燒成溫度及保溫時(shí)間的影響 莫來(lái)石的反應(yīng)與燒結(jié)過(guò)程可分為三個(gè)階段：莫來(lái)石的反應(yīng)與燒結(jié)過(guò)程可分為三個(gè)階段： 固相反應(yīng)：固相反應(yīng)：莫來(lái)石一般在莫來(lái)石一般在1200開(kāi)始形成，到開(kāi)始形成，到1650時(shí)時(shí) 完成。此為第一階段。完成。此為第一階段。 在該階段，固相反應(yīng)和燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行，隨溫度在該階段，固相反應(yīng)

59、和燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行，隨溫度，莫來(lái)石的含，莫來(lái)石的含 量不斷量不斷，體積密度，體積密度，氣孔率，氣孔率。 該階段幾乎不產(chǎn)生玻璃相，接近純固相反應(yīng)。該階段幾乎不產(chǎn)生玻璃相，接近純固相反應(yīng)。 燒成溫度及保溫時(shí)間的影響燒成溫度及保溫時(shí)間的影響 液相燒結(jié)：液相燒結(jié)：16501700莫來(lái)石含量變化不大，但莫來(lái)石含量變化不大，但 莫來(lái)石晶體隨溫度莫來(lái)石晶體隨溫度而不斷長(zhǎng)大，玻璃相也有所而不斷長(zhǎng)大，玻璃相也有所。 1700時(shí)，熟料的顯氣孔率最低，體積密度最大。此階時(shí)，熟料的顯氣孔率最低，體積密度最大。此階 段可看作固相反應(yīng)的第二階段，是有液相參加的燒結(jié)階段可看作固相反應(yīng)的第二階段，是有液相參加的燒結(jié)階 段。段。

60、燒結(jié)停止：燒結(jié)停止：在在1700左右，實(shí)際上已進(jìn)入燒結(jié)的末左右，實(shí)際上已進(jìn)入燒結(jié)的末 期，燒結(jié)緩慢甚至停止，再繼續(xù)升溫，會(huì)產(chǎn)生反致密化期，燒結(jié)緩慢甚至停止，再繼續(xù)升溫，會(huì)產(chǎn)生反致密化 現(xiàn)象，顯氣孔率增加，體積密度下降?，F(xiàn)象，顯氣孔率增加，體積密度下降。 雜質(zhì)及添加成分的影響雜質(zhì)及添加成分的影響 Na2O的影響的影響 Na2O對(duì)莫來(lái)石的形成與分解影響較大，它對(duì)莫來(lái)石的形成與分解影響較大，它抑制莫來(lái)石的形成抑制莫來(lái)石的形成 ，在高溫下導(dǎo)致莫來(lái)石的分解，并產(chǎn)生較多的富硅玻璃。，在高溫下導(dǎo)致莫來(lái)石的分解，并產(chǎn)生較多的富硅玻璃。 Na2O與莫來(lái)石的反應(yīng)如下：與莫來(lái)石的反應(yīng)如下： 3Al2O32SiO2