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详介生产刚玉的原料:铝土矿(铝矾土)

浏览次数: 发布时间:2013/12/23

到目前为止,生产刚玉主要采用两种原料:一种是用天然铝土矿直接电熔或烧结成棕刚玉、矾土刚玉、亚白刚玉等;另一种是用工业氧化铝电熔或烧结为白刚玉、致密刚玉、板状刚玉、烧结刚玉等。而工业氧化铝95%以上使用铝土矿提取的。可见铝土矿是生产刚玉的重要原料。用明矾石和霞石也能提取氧化铝。

铝土矿亦称高铝矾土或铝矾土,主要矿物是一水铝石(Al2O3·H2O)和三水铝石(Al2O3·3H2O)。根据一水铝石的结构不同,又可分为一水硬铝石(或α-Al2O3·H2O硬水铝石)和一水软铝石(或γ-Al2O3·H2O勃姆石、波美石)。所谓铝土矿不是矿物名称,而是一水硬铝石、一水软铝石和三水铝石的混合物,其主要化学成分是Al2O3,一般含量为40%~80%。天然铝土矿化学成分中的杂志变化也很大,除了Al2O3外,还有SiO2、TiO2、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等,这些化学成分组成了如下的矿物:三水铝石、一水铝石,还有硅线石系矿物(即硅线石、红柱石、蓝晶石,其化学通式为(Al2O3·SiO2)、高岭石(Al2O3·SiO2·H2O)、金红石(TiO2),以及迪开石和含铁矿物等。铝土矿主要有鮞状、豆状、碎屑和隐晶(泥状)构造,还有土状、致密块状结构。又从白色到赭色之间的一切颜色,一般含铁高的呈红色,含铁低的呈灰白色,由于胶结物质不同,颜色变化很大,优势有红褐色斑点。铝土矿的外观特征比较复杂,但也有规律可循。一般同级别的,具有类似的特征。

铝土矿

我国的铝土矿主要分布在河南、山西、广西、贵州及山东等省区。主要矿物是一水硬铝石与高岭石,其次有一水软铝石、三水铝石、金红石、迪开石和含铁矿物。其特点是含Al2O3高,含SiO2亦高,含Fe2O3低,因此Al2O3/SiO2较低,大多数为4~7。除广西平果铝土矿外,含Fe2O3大多数都在5%以下,Al2O3/SiO2≥10的优质铝土矿也较少。对于矿石类型来说,绝大部分为一水硬铝石-高岭石型,俗称高硅低铁一水硬铝石型铝土矿,或称高铝高硅低铁一水硬铝石-高岭石型铝土矿。广西平果地区铝土矿可称为高铁一水硬铝石-高岭石型铝土矿。一水硬铝石和高岭石这两种矿物按不同比例组成了一系列Al2O3含量不同的铝土矿。仅福建、广东有少量三水铝石型,但Al2O3/SiO2都比较低,广西和山东还有相当数量的高硫铝土矿。

国外多为三水铝石型,但欧洲以一水铝石型居多,希腊为一水硬铝石-一水软铝石型。从化学成分看,国外多数铝土矿的SiO2含量较低,Al2O3/SiO2较高,而Fe2O3含量一般都较高。

Al2O3是铝土矿中的主要成分,其含量愈高愈好,目前生产工业氧化铝要求铝硅比不低于3.0~3.5.其他氧化物都视为杂质,SiO2是碱法生产氧化铝的有害杂质,铝土矿中的SiO2含量高,将使冶炼棕刚玉,或者生产工业氧化铝的生产效率降低,杂质成分增多。铝土矿中含Fe2O3高,虽然大部分能被除去,但对产品质量具有一定的影响。如果含TiO2高,对产品质量也不利,含K2O和Na2O高,对产品的质量影响更大。

无论是冶炼棕刚玉,还是生产工业氧化铝,对铝土矿的质量都有严格的要求。我国GB/T3497-1983对铝土矿按化学成分、用途分级见表:

按铝土矿的化学成分和用途分级
项目 一级品 二级品 三级品 四级品 五级品 六级品 七级品
Al2O3/SiO2(不小于) 12 9 7 5 4 3 6
Al2O3/%(不小于) 73 69 66 60 71 67 64 50 69 66 62 62 58 54 48
用途举例 刚玉研磨材料、高铝水泥 氧化铝 氧化铝 氧化铝 高铝水泥、氧化铝 氧化铝 氧化铝 氧化铝 氧化铝 氧化铝 氧化铝 氧化铝 氧化铝 氧化铝 氧化铝
注:一至六级品适用于一水硬铝型矿石;七级品适用三水铝型矿石

冶炼棕刚玉的铝土矿必须经过煅烧。煅烧过后的高铝熟料不仅提高了品位,使刚玉冶炼的电耗降低,而且使炉况稳定,提高了生产效率。铝土矿加热过程中发生一系列物理化学变化,研究它不仅对生产氧化铝、冶炼棕刚玉、亚白刚玉有重要意义,而且也是制造高铝耐火材料的基础。铝土矿加热时的变化可分为三个阶段,即分解阶段、二次莫来石化阶段、重结晶烧结阶段。

冶炼电熔刚玉

铝土矿石经高温煅烧后的产物,称为高铝矾土熟料,是高铝耐火材料的主要原料,亦可用来冶炼刚玉,特别是冶炼亚白刚玉。对高铝矾土熟料的要求严格,不但要求Al2O3含量高,而且难还原的氧化物含量要尽量低。

我国是世界上铝土矿资源丰富的国家,但由于受矿床形成自然规律的影响,其特级矿分布不集中,机械化开采混级严重,加上矿石自然类型复杂、难以严格分级。近年来,从耐火材料角度对我国的铝土矿进行了比较多的试验研究工作,并取得了可喜的成果。今后对合成原料将进一步展开工作,形成具有我国特色的优质耐火原料系列产品。


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