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w(Al2O3)≥80%的矾土熟料和矾土均化料的性能及应用

时间:2013-11-01 点击次数:248次

  摘要:通过对w(Al2O3)≥80%的矾土熟料和矾土均化料的性能检测发现:均化料的致密度(体积密度 3.42 g.cm-3,显气孔率 0.84%)  优于矾土熟料的(3.32 g.cm-3,显气孔率  4.19%)。应用试验表明:以矾土均化料为骨料制成的镁铝碳砖的高温抗折强度高于以矾土熟料为原料的。因此,矾土均化料更适用于矾土与非氧化物的复合耐火材料。

  关键词:矾土熟料;矾土均化料;玻璃相;刚玉相

  中图分类号:TQ175.4 文献标识码:A 文章编号:1001-1935(2013)05-0380-02

  DOI:10.3969/j.issn.1001-1935.2013.05.016

  目前我国高铝矾土熟料的生产仍以煅烧天然块料为主,品种单一, 产品质量波动大,资源利用差,能耗高,污染严重[1]。  相比矾土熟料,矾土均化料采取均化技术,生产过程的装备更加科学进步,生产工艺更加节能、环保,同时可以确保产品质量的稳定性。但是,均化料自身也有劣势。正确认识两种矾土原料的差异,合理利用各自的优势,研发优质合成材料,是目前均化料研究中亟待解决的问题。在本研究中,通过深入分析两种原料的性能及其显微结构中的结晶物相和晶体发育情况来揭示它们之间的差异,从而更合理地认识并应用均化料。

  1 试验

  试验采用的原料有两种:一是矾土熟料,是将开采的矾土矿经过选矿后进入竖窑中煅烧1550~1  600℃后得到的熟料;二是矾土均化料,是将开采的矾土矿经过选矿、破碎、研磨、造粒、成型、烘干、煅烧(1560~1 600℃)制得的熟料。

  采用 X 射线荧光仪分析矾土熟料和矾土均化料的化学组成,采用GB/T2997—2000检测体积密度和显气孔率,采用 X  射线衍射仪分析相组成,采用扫描电镜进行显微结构分析。

  2 结果与讨论

  2.1 理化性能分析

  矾土熟料外观呈淡灰色和黄白色相间,重而硬;矾土均化料外观呈均匀的深灰色。从表1可以看出:两种原料的化学组成差别不大,Al2O3质量分数都在80%以上;不同之处是均化料的致密度比高铝矾土熟料的大。

  表 1 两种原料的理化性能

   原料

 w/%   

 体积密度/

( g.cm-3) 

显气孔

/%

Al2O3

SiO2

Fe2O3

TiO2

CaO

MgO

K2O

Na2O

P

矾土熟料

85.27

8.36

1.85

2.78

0.67

0.53

0.17

0.16

0.21

3.32

4.19

矾土均化料

82.61

10.28

1.9

2.99

1.3

0.15

0.34

0.08

1.44

3.42

0.84

  2.2 显微结构分析


  在低倍下观察发现,矾土熟料的晶体分布不均匀,见图 1(a), 图中深色似块状部分为刚玉大晶体集中部分(见红圈位置) ;黑色为气孔,白色为含 Ti、Fe  的物质;而矾土均化料的晶粒大小和分布都较均匀,见图  1(d),还可见小而均匀的封闭气孔。比较图1(a)和图1(d)发现,在低倍数下观察,均化料的晶粒和气孔尺寸均大于高铝矾土熟料,所以图1(b)中的闭气孔清晰可见,而矾土熟料的气孔在此倍数下还不能清楚地看到。

  在更高倍数(2000  倍)下观察矾土熟料,见图1(c),发刚玉相和莫来石相紧密交错,这种结构可支撑材料承受外加载荷和高温[2]。而在相同倍数下观察均化料,见图1(d),就不能清晰的分辨出各个物相,也看不到交错集中的部位,而是整个显微结构变得均匀一致,且玻璃相含量较多。

  3 应用分析

  将矾土均化料以颗粒的形式做原料,或者加入以更多孤立相存在的 Si3N4、SiC  等非氧化物耐火材料中,就可以减少玻璃相对体系高温性能的影响,从而提高均化料的使用价值。按照这一思路,研究了矾土熟料和矾土均化料在镁铝碳材料中的应用情况。分别以矾土熟料和矾土均化料为矾土骨料,按表2的配比制成两组镁铝碳砖,并且比较了两组砖的常温和高温强度差异,如表  3 所示。

  表 2 镁铝碳砖的配料组成

原料

矾土骨料

镁砂  

尖晶石

鳞片石墨

 Si粉 

 树脂

5-3mm

3-1mm

1mm

w/%  

20  

 35 

17

10

5

3

  表 3 两种原料制成的镁铝碳砖的强度比较

 镁铝碳砖  

常温耐压强度

常温抗折强度

高温抗折强度(1400  ℃)

 以矾土熟料为原料 

81.0 

 12.0  

  25.0

以矾土均化料为原料

74.2   

 11.3  

  29.1

  由表 3  可以看到,以矾土均化料作为原料制成的镁铝碳砖的高温性能并没有被削弱,其高温抗折强度反而高于以矾土熟料为原料的砖。这证实了矾土均化料在与非氧化物的复合材料中的使用价值和前景。

  参考文献

  [1] 陈庆明,魏同.我国高铝矾土均化料的技术进步[J].耐火材料,2011,45(2):151-159.

  [2] 高振昕.铝土矿的烧结与均化烧结[J].耐火材料,2011,45(4):246-252.