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高铝矾土熟料、骨料、细粉
 点击数:213次 添加时间:2017-04-11 [打印] [返回] [收藏]
      我国矾土资源已相当短缺,优质矾土的供应越来越难得到保证。我国铝土矿的储量仅占世界储量的2.4%,产量却占世界产量的14%。长期以来,我国大量出口高铝矾土,占据世界市场的很大份额。但是,我国既无资源开采规划,又缺乏生产控制手段,致使矾土资源破坏严重,矾土产品质量低下,再加上对耐火原料市场缺乏控制力。结果,大量消耗了资源,仅获得了很少的回报。
1矿产概况
      世界铝土矿资源储量最丰富的国家是几内亚、澳大利亚、越南、巴西、牙买 加,五国总储量为161. 5亿吨,约占全球总储量的70%,五国资源储量443亿吨,约占全球总资源储量的72%。据2002年的统计,世界铝土矿储量228. 9亿 吨,资源储量约612亿吨。世界各国铝土矿资源的分布如图6-2所示。
值得注意的是,世界铝土矿资源已逐步为少数超级跨国公司垄断。例如,力拓加铝、美铝、俄罗斯联合铝业、必和必拓、澳大利亚氧化铝五家企业就控制了超过世界总量50%的铝土矿产量。
      我国的铝土矿床以沉积型为主,其次为堆积型,仅有少量红土型的矿床。其中,沉积型的储量占全国总储量的92%,主要位于山东、山西、河南和贵州等省。堆积型铝土矿床占储量6%, 位于广西、贵州和云南等省。红土型矿床占储量不到2%,主要位于海南、福建等省。
      我国的铝土矿产主要为一水铝石,三水铝石很少。目前,已探明的矿床中, 99%为一水铝石,仅1%为三水铝石。据2009年的资料,我国铝土矿资源名列 前7位的山西、贵州、河南、广西、山东、四川、云南合计保有地质储量A+B+C级6.8亿吨A+B+C+D级22.1亿吨,平均Al2O3含量61.99%,SiO2含量 10.40%,Fe2O3含量7.73%,Al/Si 等于5.96。
       我国是世界最大的铝生产国和消费国。目前,我国的铝产量超过世界总产量 的30%,且仍然处于高速增长中。但是,我国铝土矿资源储备不足,已探明的 资源只能维持10年,氧化铝的产量和进口量都在快速增长。2007年,我国原铝之量为1250万吨,铝实际消费量为1200万吨,铝土矿和氧化铝进口量分别为2328万吨和500万吨。按照2.5t铝土矿生产1t氧化铝、2t氧化铝生产1t电解铝计算,我国铝资源的进口依赖程度高达60%。
 
      我国黑色冶金行业标准YB/T 5179—2005规定了耐火材料用高铝矾土熟料技术条件,见表6-8。
 指标
品级
AL2O3
%
Fe2O3
%
SiO2
%
R2O
%
吸水率
%
体积密度
g/cm³
备注
GL-75 ≥75 ≤1.7 ≤3.5 ≤0.3 ≤6 ≥2.85 骨料粒度及细粉目数按用户要求加工
GL-80 ≥80 ≤1.6 ≤3.5 ≤0.3 ≤6 ≥3.0
GL-85 ≥85 ≤1.5 ≤3.5 ≤0.25 ≤4 ≥3.15
GL-88 ≥88 ≤1.5 ≤3.5 ≤0.25 ≤3 ≥3.25
JHM-75
致密均化莫来石
≥70 ≤2.0 ≤28 ≤0.3 ≤5 ≥2.8


3原料性质
      高铝矾土生料或铝土矿的矿物有一水硬铝石、一水软铝石、三水铝石。矾土熟料中的矿物有刚玉、莫来石、方石英。
      一水硬铝石又称水铝石,其化学表达式为AlO(OH)。一水硬铝石为斜方晶系矿物,np= 1.702,nm= 1.722,ng= 1.750,ng-np = 0.048,成分中常含有 Fe203、Mn203、Cr2O3和SiO2等杂质,有时还有稀有元素氧化物Ga2O3,相对密度3.3〜3.5,硬度6〜7。制造氧化铝时,铝土矿的矿物类型对氧化铝的可溶出性有很大影响。一水硬铝矿较难被苛性碱溶出,一水软铝矿次之,三水铝矿则容易溶解。
       一水软铝石又称勃姆石,其化学表达式也为AlO(OH)。一水软铝石为斜方晶系矿物,np =1.638,nm=1. 645,ng =1.651, ng-np=0.013,成分中常含有Fe2O3、SiO2和Ga2O3等杂质,相对密度3.01〜3.06,硬度3.5。
三水铝石又称水铝氧石,其化学式表达为Al(OH)3。三水铝石为单斜晶系矿物,np =1.554~1.567,nm=1.554~1.581,ng =1.585~1.595, ng-np=0.014~0.022,成分中常含有Fe2O3和SiO2等杂质,相对密度2.35,硬度3。
      我国铝土矿类型主要为一水硬铝石型的铝土矿,也称一水硬水铝石-高岭石 (D-K)型高铝矾土。受热过程中,矾土生料的变化为:
      由式(6-4)可知,在500℃左右,矾土中的一水硬错石脱出结合水,生成水和三氧化二铝;1200℃以上,矾土中的高岭石分解形成莫来石、方石英和水蒸气;在1300℃或更高温度,矾土中的氧化铝和方石英反应形成二次莫来石;最后,1500℃或更高温度,在液相的作用下,刚玉、莫来石晶粒长大,矾土排除气体,趋于致密,直至形成矾土熟料。
      根据Schenider等人的研究,高铝矾土中的刚玉能够固溶<1.5%的Fe2O3; 莫来石可固溶<4.7%的TiO2和4.4%的Fe2O3;钛酸铝固溶体中的Al可以被 Fe大量取代,但Al/Fe变化很大,有时Al的取代度为0,有时可以大到36%; 但MgO、CaO、Na2O,尤其是K2O主要进人玻璃相。表6-9和表6-10显示了南 美矾土和我国矾土的物理化学性能对比:
      从表6-9和表6-10可知,我国的矾土有两大问题:一是矾土未能充分烧结; 二是R2O的含量高。例如,南美85矾土的体积密度为3. 25g/cm3,我国竖窑85矾土的体积密度为2. 95〜3. 00g/cm3,我国旋窑85矾土的体密提高到3.10g/ cm3,但还是要比南美矾土小0.15g/cm3。南美矾土的R2O含量小于0.01%。我国山西矾土的R2O为0.25% ~0. 35%,其他地区矾土的R2O含量则高达0.50%〜0.85%。近年,各地拆除了一些竖窑,新建了一批旋窑,矾土的煅烧质量有了改善。但是,优质原料日渐短缺,矾土质量持续下滑,原料的R2O含量也难以控制。
      由于R2O和RO非常强烈地分解莫来石,使之变为玻璃相和刚玉,致使液相的数量增多、黏度变小,从而极大地影响高铝质耐火材料的高温力学性能、抗侵蚀性以及热震稳定性。
      由于R2O和RO的含量较高,我国矾土的玻璃相含量高、莫来石含量低。 例如,南美矾土样品的RO含量为0.12%〜0.17%, R2O为0.08%〜0.14%; 我国矾土样品RO含量为0.12%〜0.74%,R2O为0.44%〜0.97%。南美矾土的玻璃相为12%,我国矾土玻璃相为20%;南美矾土莫来石>15%,我国矾土的莫来石<10%。结果,我国矾土所制产品的热震稳定性明显低于南美矾土。
      水泥新型干法窑中,高铝矾土作为主要原料大量用于窑尾部分的抗结皮浇注料,分解带热端用抗剥落高铝砖,过渡带冷端用硅莫砖,窑头、窑尾、窑门罩、 冷却机以及三次风管用耐火浇注料。高铝矾土熟料的化学成分、体积密度、吸水率及其均匀性对于所制高铝质耐火材料具有决定性的影响。