摘 要：對礬土熟料和礬土均化料兩種耐火原料的理化性能進行了比較, 研究以其為骨料制備的水泥窯用高鋁澆注料的性能。結(jié)果表明:經(jīng)過均化提純工藝制備的礬土均化料較礬土熟料理化性能均一穩(wěn)定, 并基本上克服了后者不同粒度間化學組成差異的問題;與礬土熟料相比, 以礬土均化料為骨料制備高鋁澆注料具有更好的性能, 可以滿足更高一級水泥窯用高鋁澆注料指標的要求。

我國高鋁礬土資源儲量豐富, 但由于近年來的無序開采, 高品位的礬土原料儲量急劇下滑, 并且總體利用率低, 利用技術(shù)水平有限。近幾年, 部分企業(yè)著手進行以中低品位高鋁礬土為主要原料制備優(yōu)質(zhì)耐火材料, 從而提高資源利用率的工作。其中, 采用均化提純工藝制備礬土均化料就是一條切實可行之路[1]。在本工作中, 研究了相同品級的高鋁礬土熟料及采用均化提純合成工藝制備的礬土均化料的理化性能, 并借助一基礎(chǔ)配方分別比較了以兩者作為骨料所制備的高鋁澆注料的性能, 為兩種礬土原料的工業(yè)化應用提供依據(jù)。

試驗所用礬土熟料和礬土均化料為兩廠家同一批次的塊狀樣品。其理化性能研究過程如下:1) 在破碎、分級前, 分別抽取兩種礬土基耐火原料有代表性的塊料 (同一批次中) 各5塊, 按照GB/T 6900—2006測其SiO2、Al2O3和Fe2O3含量, 按照GB/T 2999—2002測其體積密度和顯氣孔率;2) 將兩種礬土塊料破碎、分級后, 分別按8～5、5～3、3～1和≤1 mm的粒度取樣, 取樣方法參照GB/T 17617—1998, 然后按照GB/T 6900—2006檢測不同粒度的兩種原料的化學組成。

分別以兩種礬土原料作骨料 (8～5、5～3、3～1和≤1 mm) , 以特級礬土粉、SiO2微粉、焦寶石微粉和高鋁水泥為基質(zhì)料 (其主要化學組成如表1所示) , 按照表2所示水泥窯用高鋁澆注料的基礎(chǔ)配方分別制成兩種高鋁澆注料。將原料稱好后加入適量水攪拌均勻, 振動澆注成型為40 mm×40 mm×160 mm和100 mm×100 mm×30 mm的試樣, 室溫下自然養(yǎng)護24 h后脫模, 恒溫、恒濕養(yǎng)護24 h后, 于110 ℃烘干24 h。然后, 一部分按YB/T 5200—1993測體積密度和顯氣孔率, 按GB/T 3001—2007測常溫抗折強度, 按GB/T 5072—2008測常溫耐壓強度;另一部分經(jīng)1 200 ℃熱處理3 h后按上述標準檢測體積密度、顯氣孔率、常溫耐壓及抗折強度, 同時按GB/T 5988—2007測加熱永久線變化, 按GB/T 3002—2004測1 200 ℃下的熱態(tài)抗折強度, 按GB/T 18301—2001測常溫耐磨性。

破碎分級前所抽取的兩種礬土塊料樣品的理化指標見表3。由表3可見, 從各自抽取的5個樣品來看, 無論是Al2O3含量還是Fe2O3含量, 礬土熟料的波動均遠遠高于礬土均化料, 在極差方面, 前者是后者的7倍以上, 同時后者Fe2O3雜質(zhì)的含量也顯著降低。這表明, 礬土熟料由于在燒成之前沒有經(jīng)過嚴格揀選, 各塊之間成分波動不可避免, 甚至差異很大;而經(jīng)過均化處理工藝后, 可以將成分差異較大的礬土塊料均質(zhì)化, 明顯改善礬土熟料化學組成的波動問題, 將化學組成波動控制在一個合理的范圍之內(nèi), 同時, 由于均化過程中部分雜質(zhì)也可以有效去除, 從而在一定程度上降低原料雜質(zhì)含量, 提升原料品質(zhì)。

表3 抽取塊狀樣品的理化指標

從表3中亦可見, 礬土熟料各樣品間的體積密度和顯氣孔率差異也比較大, 而礬土均化料樣品間的差異基本可以忽略。這是因為, 礬土熟料化學組成波動大, 而各種混級的原料一起燒成時, 勢必會造成燒結(jié)溫度較低的能夠完好燒成, 燒結(jié)溫度較高的出現(xiàn)欠燒或過燒的現(xiàn)象, 從而導致了顯氣孔率波動較大;而礬土均化料在燒成之前經(jīng)過了多級均化, 化學組成比較穩(wěn)定, 如果工藝控制嚴格, 在合適的燒成制度下顯然是可以避免體積密度和顯氣孔率的波動問題, 實現(xiàn)產(chǎn)品性能的均一穩(wěn)定。

兩種礬土原料破碎后不同粒度顆粒的化學組成如表4所示。由表4可見, 不同顆粒的兩種原料中均表現(xiàn)出了隨著粒度的減小, Al2O3含量逐漸降低, SiO2、Fe2O3含量逐漸增加的趨勢, 而且礬土熟料塊料的變化趨勢較礬土均化料更加明顯, 尤其是≤1 mm的有較大變化。分析表明, 礬土熟料和礬土均化料均為塊狀燒成, 前者未經(jīng)均化, 成分富集現(xiàn)象比較明顯, 尤其是雜質(zhì)富集, 導致在燒成過程中出現(xiàn)液相富集, 在破碎時由于液相形成的玻璃相強度較低而形成了粒度較小的顆粒, 因此在≤1 mm的顆粒中Al2O3含量普遍較低, 而SiO2、Fe2O3等雜質(zhì)含量普遍較高;后者因為經(jīng)過均化提純工藝處理, 燒結(jié)效果較好, 加之液相被有效分散, 因此, 各粒度顆粒間的化學成分差異在一定程度上被消除。

表4 兩種礬土原料不同粒度顆粒的化學組成

通過比較兩種礬土原料的物理化學性能可見, 經(jīng)過均化提純處理的礬土均化料, 無論其塊料還是各粒級的顆粒, 均較礬土熟料表現(xiàn)出良好的均一穩(wěn)定性。

分別以兩種礬土為骨料制備的高鋁澆注料的性能指標見表5。從表5可以看出, 在相同基質(zhì)條件下, 以礬土均化料為骨料的試樣G性能均優(yōu)于以礬土熟料為骨料的試樣B, 這可能是由于礬土均化料的性能均一, 消除了礬土熟料因雜質(zhì)富集所形成的“短板效應”。值得注意的是, 試樣G的高溫強度和常溫耐磨性也均比試樣B的高, 這與礬土均化料骨料中礦相主要為發(fā)育良好的莫來石相和剛玉相, 且宏觀上更為致密, 基質(zhì)的結(jié)合性更好有關(guān)?？梢? 這兩種澆注料均可滿足水泥窯用高鋁澆注料指標的要求, 而前者還可以作為更高級別的產(chǎn)品應用。

表5 以兩種礬土為骨料制備的高鋁澆注料的性能

在理化性能方面, 無論是塊料還是各粒度顆粒料, 經(jīng)均化提純工藝制備的礬土均化料都較礬土熟料均一、穩(wěn)定;而且以礬土均化料為骨料制備的高鋁澆注料較以礬土熟料為骨料的性能指標更好, 尤其是在高溫力學性能和耐磨性方面, 可作為更高一級別的耐火材料應用。