我國(guó)鋁礬土品位下降對(duì)棕剛玉冶煉影響的研究

韋 凱

（貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025）

我國(guó)優(yōu)質(zhì)新鋁礬土礦的市場(chǎng)表現(xiàn)基本滿足了市場(chǎng)需求，不能阻擋建材行業(yè)的快速穩(wěn)定發(fā)展，特別是我國(guó)棕剛玉加工行業(yè)優(yōu)質(zhì)鋁礬土礦的產(chǎn)供矛盾十分突出認(rèn)真的。在對(duì)近年來(lái)我國(guó)鋁礬土礦資源的開(kāi)發(fā)及其在我國(guó)冶煉工業(yè)中的綜合利用，將是我國(guó)鋁礬土礦資源開(kāi)發(fā)利用的一項(xiàng)重要貢獻(xiàn)描述?；谕ㄟ^(guò)對(duì)棕剛玉冶煉產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中鋁礬土礦礦物中雜質(zhì)和鋁元素的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理及其對(duì)冶煉產(chǎn)品工藝性能的直接影響分析，指出在生產(chǎn)過(guò)程中，鋁礬土礦礦物中雜質(zhì)和鋁元素的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理對(duì)熔制產(chǎn)品的工藝性能有顯著影響鋁礬土礦資源質(zhì)量對(duì)我國(guó)冶煉行業(yè)生產(chǎn)績(jī)效的影響，對(duì)我國(guó)冶煉行業(yè)的未來(lái)發(fā)展提出了建議。

優(yōu)質(zhì)鋁礬土礦資源的缺乏對(duì)依賴(lài)鋁礬土礦資源的棕剛玉行業(yè)產(chǎn)生了重大影響。原材料主要供應(yīng)不足，價(jià)格上漲，礦石供應(yīng)水平下降，導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)惡化，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力下降，嚴(yán)重影響我國(guó)棕剛玉行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展因此改進(jìn)現(xiàn)有棕剛玉精煉工藝是棕剛玉工業(yè)的一個(gè)重要研究方向。

1 相關(guān)概念

1.1 鋁礬土

也稱(chēng)為鋁土礦或鋁土礦，濕氧化鋁中含有雜質(zhì)的主要成分氧化鋁是一種土壤類(lèi)型。因含鐵量而呈白色或灰色、棕黃色或淺紅色。45 g/cm3，硬度1～3，不透明，易碎德伊很難融化。它不溶于水，但易溶于硫酸和氫氧化鈉溶液宋。它主要用于熔鋁和生產(chǎn)耐火材料用過(guò)。他的成分極其復(fù)雜，是攜帶各種地質(zhì)來(lái)源的鋁礦石的水的總稱(chēng)gt.至例如，波希米亞人，散居石和三水鋁石（Al2O3，3H2O）；一些由散居石和高嶺石（2SiO2）（18322O3，2183“2H2O）組成；一些主要是高嶺石，隨著高嶺石含量的增加，它們形成一般的鋁土礦或高嶺石-噸鋁土礦通常是化學(xué)風(fēng)化或外生作用的結(jié)果。只有少量的雜質(zhì)礦物，如純鈦礦物和少量的粘土礦物。

1.2 棕剛玉冶煉

棕剛玉由鋁土礦和焦炭（無(wú)煙煤）在電弧爐中高溫熔融而成。棕剛玉研磨劑適用于磨削抗拉強(qiáng)度高的金屬，如棕剛玉具有純度高、結(jié)晶性好、流動(dòng)性強(qiáng)、線膨脹小、耐腐蝕等特點(diǎn)委員會(huì)幾十家消防公司的實(shí)踐證明，產(chǎn)品在使用過(guò)程中具有不引入、不破碎、不開(kāi)裂的特點(diǎn)特別地：其成本效益遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)棕剛玉，是棕剛玉耐火材料的最佳骨料和填料。

1.3 我國(guó)鋁礬土品位下降對(duì)我國(guó)棕剛玉加工冶煉技術(shù)影響重要性

棕剛玉是一種工業(yè)原料。棕剛玉因其硬度高、耐高溫氧化、化學(xué)穩(wěn)定性好、磨削性能好等優(yōu)點(diǎn)，成為陶瓷、冶金等領(lǐng)域的陶瓷材料，建筑材料和機(jī)械加工廣泛用作耐火原料和磨料。用過(guò)的鋁礬土礦是棕剛玉熔煉最重要的原料，也是棕剛玉生存的前提。我國(guó)大部分鋁礬土礦資源被利用，熔融鋁，只有一小部分用作耐火材料，剛玉研磨材料、陶瓷等化工產(chǎn)品的原料同樣用過(guò)。

我國(guó)鋁產(chǎn)量的快速擴(kuò)張將導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)鋁礬土礦資源緊缺，鋁礬土的礦源可用于冶煉棕剛玉更短。同時(shí)熔融棕剛玉的鋁礬土礦質(zhì)量不斷下降，意味著冶煉棕剛玉的原料中礦物雜質(zhì)含量不斷增加，這不僅影響了棕剛玉的熔煉工藝和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)也大大增加了熔體的能耗高溫棕剛玉冶煉能耗和生產(chǎn)成本的增加，使棕剛玉生產(chǎn)企業(yè)的生存壓力非常大，利潤(rùn)很低甚至很低丟了。如果相對(duì)便宜的產(chǎn)品是棕剛玉更難以承受高昂的成本。現(xiàn)在中國(guó)的一些中小企業(yè)已經(jīng)無(wú)法維持生產(chǎn)成本的融化。

隨著我國(guó)優(yōu)質(zhì)耐用鋁礬土礦投入使用，在日益缺乏和鋁礬土礦生產(chǎn)質(zhì)量的逐步降低，棕剛玉加工冶煉的原材料成本不斷增加，能源消耗也在增加。這不利于當(dāng)前現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，不宜采用熔融棕剛玉，促進(jìn)工業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。從目前的中國(guó)天然鋁礬土礦資源和鋁礬土礦-布朗-科隆產(chǎn)品工業(yè)的發(fā)展來(lái)看，未來(lái)的鋁礬土礦-布朗-科隆產(chǎn)品工業(yè)不僅會(huì)有所謂的生產(chǎn)和技術(shù)創(chuàng)新，而且，如何充分利用低硫優(yōu)質(zhì)天然鋁礬土礦資源，開(kāi)發(fā)制造各種優(yōu)質(zhì)鋁礬土礦產(chǎn)品。

目前，我國(guó)豐富的天然鋁礬土礦資源優(yōu)勢(shì)正在完全轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)技術(shù)利用效益和綜合經(jīng)濟(jì)利用效益。提高我國(guó)鋁礬土礦資源的有效綜合利用率，使我國(guó)鋁礬土礦棕剛玉產(chǎn)業(yè)未來(lái)健康、可持續(xù)發(fā)展。

2 鋁礬土品位下降對(duì)棕剛玉冶煉的影響

2.1 棕剛玉冶煉

在我國(guó)棕剛玉鑄造廠的生產(chǎn)和使用中，正確選擇熔煉燃料的來(lái)源和熔煉燃料的質(zhì)量控制非常重要。因?yàn)樵系倪x擇直接關(guān)系到原料的質(zhì)量，在一定程度上提供服務(wù)和使用原材料。其中一個(gè)熔金棕剛玉的主要原料是一種輕質(zhì)、耐高溫的鋁礬土礦。輕質(zhì)高溫耐熱鋁礬土礦主要采用石灰石鋁礬土礦在1000℃～1200℃，進(jìn)行輕高溫焙燒和熱處理，以提高其材料質(zhì)量，有效降低材料生產(chǎn)消耗。

在一次實(shí)驗(yàn)中，對(duì)窯內(nèi)焙燒和未經(jīng)窯內(nèi)焙燒的兩種原料進(jìn)行了多種工藝分析和比較。結(jié)果表明，采用煅燒鋁礬土礦，單位鍋爐材料能耗可降低14%鋁礬土我國(guó)主要是一種高硅低硅鐵鋁礬土礦。鋁礬土礦的硅含量越高，其質(zhì)量越好。但棕剛玉作為我國(guó)熔體最重要的技術(shù)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，其質(zhì)量在很大程度上取決于鋁礬土礦的質(zhì)量和質(zhì)量，而鋁礬土礦是最重要的冶煉原料之一，其最重要的技術(shù)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)將是棕剛玉。

2.2 棕剛玉出爐冷卻

作為高能耗的副產(chǎn)品，節(jié)能對(duì)現(xiàn)代工業(yè)棕剛玉尤為重要，鋁礬土礦的優(yōu)良品質(zhì)直接決定了產(chǎn)品的能耗，因?yàn)殇X礬土礦生產(chǎn)質(zhì)量對(duì)褐煤生產(chǎn)工藝和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響很大。在中國(guó)有很多相關(guān)的研究和統(tǒng)計(jì)工作中，對(duì)熔化爐的單位小時(shí)電耗和原材料消耗進(jìn)行了定量和定性分析。該廠主要使用優(yōu)質(zhì)鋁礬土礦，硅dalumin比值為11.57至18.44。當(dāng)二氧化硅的鋁含量比增加1時(shí)，熔體1t的電耗每年可顯著降低71.6kva。

結(jié)果表明，采用高成本比的優(yōu)質(zhì)鋁礬土礦，電廠小時(shí)電耗低，冶煉1t棕剛玉的優(yōu)質(zhì)鋁礬土礦總功率低。在第七工業(yè)磨盤(pán)節(jié)能數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)中，鋁礬土礦鋁比與主要冶煉工藝質(zhì)量經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)系對(duì)比。性能越好，熔融燃料生產(chǎn)過(guò)程易于檢測(cè)，爐況穩(wěn)定，每小時(shí)熔融性能高，機(jī)組電耗低，熔融燃料能耗低，鋁礬土礦中雜質(zhì)SiO2含量越低，爐況越復(fù)雜，裝置電耗越高，性能也越差，甚至?xí)o剛玉加工帶來(lái)困難。

可以認(rèn)為，我國(guó)優(yōu)質(zhì)鋁礬土礦資源的缺乏和鋁礬土礦質(zhì)量的不斷降低，不僅增加了布拉肯德基冶煉的成本和能耗，而且熔煉過(guò)程更難控制。此外，產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)會(huì)惡化，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)下降。

2.3 雜質(zhì)礦物成分對(duì)棕剛玉冶煉工藝及產(chǎn)品性能的影響

隨著鋁礬土礦質(zhì)量的不斷降低，用于棕剛玉熔煉的鋁礬土礦雜質(zhì)含量不斷增加，由于不同雜質(zhì)在熔煉過(guò)程中的反應(yīng)行為，在熔煉過(guò)程中雜質(zhì)含量的控制不容忽視。由于剛玉的高溫和晶體結(jié)構(gòu)中的賦存狀態(tài)，有的對(duì)棕剛玉的熔化過(guò)程和晶體結(jié)構(gòu)的性能有很大的影響，但有的對(duì)產(chǎn)品性能影響不大，將用于增加電力消耗和生產(chǎn)成本。熔融過(guò)程中各種雜質(zhì)和添加元素的反應(yīng)及其對(duì)熔融過(guò)程和棕剛玉產(chǎn)品性能的影響如下。

2.3.1 Fe2O3

Fe2O3是一種可用于熔煉棕剛玉的雜質(zhì)，因?yàn)樵谌蹮掃^(guò)程中，F(xiàn)e2O3在輕微燃燒的鋁土礦中還原為鐵，然后形成硅鐵合金，從而減少了鐵填料的添加量。Fe2O3在還原熔融過(guò)程中，仍有極少量的Fe2O3和氧化鋁形成鐵鋁錠，對(duì)棕剛玉鋁的質(zhì)量有一定的影響有。如果鋁土礦中三氧化二鐵含量過(guò)高，這將不僅是棕剛玉的品質(zhì)同時(shí)也大大增加了能源消耗。

2.3.2 SiO2

當(dāng)Fe2O3還原到一定濃度時(shí)，SiO2開(kāi)始減少，與元素鐵結(jié)合形成高比重的硅鐵合金。在剛玉礦物相中，也會(huì)有少量的SiO2與Al2O3、Cao結(jié)合，減少莫來(lái)石、斜長(zhǎng)石、軟化等硬度較低的礦物雜質(zhì)這個(gè)冶煉實(shí)踐表明，當(dāng)SiO2含量超過(guò)5%時(shí)，爐況將不穩(wěn)定，電極和膠水容易連接，增加了操作難度，減少了生產(chǎn)過(guò)程，使質(zhì)量不穩(wěn)定。剛玉塊體電耗較高，各種原輔材料消耗量也將增加。

2.3.3 TiO2

在剛玉冷卻過(guò)程中，鈦氧化物主要由鈦白粉和液晶接觸面上的二氧化鈦組成；鈦氧化物主要是Ti2O3，溶解在剛玉晶體中或在剛玉晶界以玻璃的形式溶解這個(gè)固溶體Ti2O3可以提高剛玉的硬度，而不溶性Ti2O3和TiO2能促進(jìn)棕剛玉晶體的微晶化，提高剛玉的韌性和沖擊韌性在棕剛玉的顏色對(duì)氧化鈦的種類(lèi)、固含量和結(jié)晶大小有重要影響角色。如果鋁土礦中含有過(guò)量的TiO2，則Al2O3反應(yīng)生成鈦酸鋁，影響棕剛玉的質(zhì)量。

2.3.4 Na2O和K2O

Na2O和K2O等堿金屬對(duì)棕剛玉的品質(zhì)是有害的,在冶煉的過(guò)程中雖然部分經(jīng)高溫會(huì)揮發(fā),但是不能被還原,會(huì)與Al2O3生成高鋁酸鈉、高鋁酸鉀和玻璃質(zhì)等硬度較低的礦物,從而影響棕剛玉的質(zhì)量。

2.3.5 其它添加元素

為了提高剛玉的質(zhì)量，經(jīng)常加入其他礦物元素來(lái)改善剛玉的性能。在通過(guò)與美國(guó)、俄羅斯等國(guó)家的比較，對(duì)我國(guó)棕剛玉熔煉過(guò)程中雜質(zhì)反應(yīng)行為的理論研究。特別是對(duì)棕剛玉熔融過(guò)程中堿金屬、堿土金屬、硫等有害雜質(zhì)礦物的行為和賦存狀態(tài)的理論研究，還沒(méi)有明確的認(rèn)識(shí)結(jié)論。鋁土礦原料短缺的現(xiàn)狀隨著我國(guó)棕剛玉行業(yè)鋁土礦質(zhì)量的不斷降低，必須從基礎(chǔ)理論上考察雜質(zhì)的反應(yīng)行為及其對(duì)冶煉過(guò)程和產(chǎn)品性能的影響，適應(yīng)棕剛玉冶煉生產(chǎn)工藝改進(jìn)或研究新的生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)我國(guó)棕剛玉產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

3 棕剛玉冶煉過(guò)程中對(duì)鋁礬土的要求

我們知道，鋁土礦是棕剛玉精煉的主要成分，對(duì)鋁土礦的要求并不是武斷的。因?yàn)殇X土礦的質(zhì)量與精煉工藝和棕剛玉的質(zhì)量相近這個(gè)鋁土礦中氧化鋁含量不得低于85%。原料中氧化鉬含量越高，熔煉工藝越簡(jiǎn)單，棕剛玉的質(zhì)量越好但是鋁土礦目前只是無(wú)恥地開(kāi)采，其純度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不高。許多公司的鋁土礦中鋁含量可以達(dá)到75%以上。鋁土礦中氧化硅含量不得超過(guò)4%。氧化硅的存在主要影響棕剛玉的性能。硅含量越高，耐高溫性能越差。作為耐火材料，如果鋁含量為96%。氧化鈣、氧化鎂等雜質(zhì)含量不得高于6%。鋁土礦中的雜質(zhì)不僅是氧化硅，還有許多其他雜質(zhì)。這些雜質(zhì)能在棕剛玉上發(fā)生強(qiáng)烈的熔合。因此，我們必須嚴(yán)格控制這些雜質(zhì)的含量。則氧化硅的含量盡可能的要控制在12%以下。

4 我國(guó)鋁礬土品位下降對(duì)棕剛玉冶煉影響的發(fā)展趨勢(shì)

資源短缺導(dǎo)致鋁土礦價(jià)格上漲。目前，脫水輕燒鋁土礦價(jià)格已突破千元品牌。鋁土礦的價(jià)格約為棕剛玉生產(chǎn)成本的1/3-1/2。同時(shí)，鋁土礦的質(zhì)量也是棕剛玉。質(zhì)量的下降意味著原料中的棕珊瑚和礦物雜質(zhì)融化這是不僅會(huì)影響棕剛玉的熔煉工藝和產(chǎn)品質(zhì)量，而且會(huì)顯著增加熔體的能耗。

隨著我國(guó)的優(yōu)質(zhì)耐用鋁土礦投入使用，日益缺乏鋁土礦，且生產(chǎn)的質(zhì)量在逐步下降。棕剛玉的加工冶煉原材料成本不斷增加，能源消耗也在增加。這不利于當(dāng)前現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)，也不符合節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，宜采用熔融棕剛玉，促進(jìn)工業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。從目前的中國(guó)天然鋁土礦資源和鋁土礦-布朗-科隆產(chǎn)品工業(yè)的發(fā)展來(lái)看，未來(lái)的鋁土礦-布朗-科隆產(chǎn)品工業(yè)不僅會(huì)有所謂的生產(chǎn)和技術(shù)創(chuàng)新，而且，如何充分利用低硫優(yōu)質(zhì)天然鋁土礦資源，開(kāi)發(fā)制造各種優(yōu)質(zhì)鋁土礦產(chǎn)品，目前，我國(guó)豐富的天然鋁土礦資源優(yōu)勢(shì)正在完全轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)技術(shù)利用效益和綜合經(jīng)濟(jì)利用效益，提高我國(guó)鋁土礦資源的有效綜合利用率，確保我國(guó)鋁土礦布朗科朗制品工業(yè)的未來(lái)發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

冶煉棕剛玉的鋁礬土在不斷下降,品味下降意味著冶煉棕剛玉的原料中礦物雜質(zhì)含量增加,這不僅對(duì)棕剛玉的冶煉工藝和產(chǎn)品品質(zhì)產(chǎn)生影響,而且也會(huì)大大增加其冶煉的能耗。因此,棕剛玉的節(jié)能生產(chǎn)已刻不容緩。所以,鋁礬土在棕剛玉行業(yè)中的利用狀況不容樂(lè)觀,棕剛玉行業(yè)的發(fā)展需要尋找其他的出路。