棕剛玉是一種人造工業(yè)原料因其硬度高高溫抗氧化能力強(qiáng)化學(xué)穩(wěn)定性好磨削性能優(yōu)良作為耐火原料及磨料被廣泛應(yīng)用于陶瓷冶金建材和機(jī)械加工等領(lǐng)域

鋁礬土是冶煉棕剛玉的主要原料也是棕剛玉行業(yè)生存的前提條件我國鋁礬土資源大部分被用來冶煉金屬鋁僅有一小部分用作耐火材料剛玉研磨材料陶瓷及其它化學(xué)制品工業(yè)的原料目前我國每年平均消耗鋁礬土資源14500萬t左右含進(jìn)口礦其中鋁工業(yè)12500～13000多萬t耐火材料及磨料1100～l200萬t含電熔料高鋁礬土熟料和高鋁水泥等陶瓷及其它工業(yè)400～500萬t隨著我國氧化鋁產(chǎn)能的迅速擴(kuò)大用于棕剛玉冶煉的優(yōu)質(zhì)鋁礬土資源將越來越緊張

優(yōu)質(zhì)鋁礬土資源的匱乏導(dǎo)致鋁礬土的價(jià)格不斷上漲目前脫水后的輕燒熟鋁礬土的價(jià)格已突破千元大關(guān)鋁礬土的價(jià)格耗費(fèi)在棕剛玉冶煉生產(chǎn)成本中占大約1/3～1/2之間同時(shí)冶煉棕剛玉的鋁礬土品位也在不斷下降品位下降就意味著冶煉棕剛玉的原料中礦物雜質(zhì)含量增加這不僅會(huì)對(duì)棕剛玉熔煉工藝和產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響而且也會(huì)大大增加其冶煉的能耗現(xiàn)在用電和石墨電極的價(jià)格也在不斷上漲而棕剛玉的冶煉主要靠電能轉(zhuǎn)化為熱能將物料熔化還原電能耗費(fèi)占其冶煉生產(chǎn)成本的2/5～1/2綜上所述這些情況致使棕剛玉的生產(chǎn)成本居高不下目前每噸棕剛玉塊冶煉生產(chǎn)成本已經(jīng)達(dá)3000多元冶煉棕剛玉能耗加大和生產(chǎn)成本的提高導(dǎo)致棕剛玉生產(chǎn)企業(yè)的生存壓力很大利潤很薄甚至虧損棕剛玉作為一種價(jià)格相對(duì)較低的產(chǎn)品已經(jīng)較難承受高昂的成本費(fèi)用現(xiàn)在我國一部分中小型棕剛玉生產(chǎn)企業(yè)因冶煉成本無法維系已經(jīng)停產(chǎn)

鋁礬土品位下降對(duì)棕剛玉冶煉的影響

1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

棕剛玉冶煉的目的主要是還原輕燒熟鋁礬土中的鈦硅鐵等雜質(zhì)氧化物使其生成密度較大且磁化性能良好的硅鐵鈦合金從而實(shí)現(xiàn)與剛玉熔液的分離而獲得符合質(zhì)量要求的剛玉熔液并經(jīng)適當(dāng)冷卻結(jié)晶而生產(chǎn)棕剛玉塊

為了探究雜質(zhì)礦物元素在棕剛玉冶煉工藝過程中的反應(yīng)行為及其在熔塊不同部位的富集行為作者對(duì)國內(nèi)某公司大型棕剛玉傾倒?fàn)t進(jìn)行取樣分析同一爐對(duì)應(yīng)的鋁礬土熟料及接包不同部位熔塊的化學(xué)成分如表1所示

表1某公司大型傾倒?fàn)t用輕燒鋁礬土熟料及接包不同部位熔塊化學(xué)成分/%

冶煉棕剛玉的主要生產(chǎn)原料為輕燒熟鋁礬土從表1中1號(hào)樣品的成分可以看出鋁礬土的主要化學(xué)成分是Al2O3除此之外還含有部分SiO2Fe2O3和TiO2以及微量的CaOMgONa2OK2O對(duì)比1號(hào)樣品與2～6號(hào)樣品可以看出經(jīng)冶煉后棕剛玉的雜質(zhì)成分含量明顯減少而從對(duì)剛玉制品的純度要求來看棕剛玉中除Al2O3以外的化合物均應(yīng)視為雜質(zhì)成分棕剛玉的冶煉實(shí)質(zhì)是用碳作還原劑去還原熟鋁礬土中的雜質(zhì)主要還原的雜質(zhì)成分有SiO2Fe2O3和TiO2;其中SiO2是影響冶煉工藝過程和產(chǎn)品純度的最主要的雜質(zhì);而Fe2O3經(jīng)過還原后生成的鐵單質(zhì)與Si形成硅鐵合金從而達(dá)到脫硅的目的是冶煉工藝可用的雜質(zhì)礦物;TiO2是棕剛玉著色的主要原因加入適量的TiO2能夠提高磨料的韌性;其它雜質(zhì)礦物含量雖然較少但會(huì)與Al2O3形成低共熔點(diǎn)硬度低的化合物影響產(chǎn)品的耐火度和磨削性能

隨著鋁礬土品位的不斷降低冶煉棕剛玉所用的鋁礬土雜質(zhì)的含量越來越高而冶煉過程中不能忽視對(duì)雜質(zhì)含量的控制因?yàn)楦鞣N雜質(zhì)礦物在高溫熔煉過程中的反應(yīng)行為以及在剛玉晶體組織結(jié)構(gòu)中的賦存狀態(tài)不同有的對(duì)剛玉冶煉工藝和晶體結(jié)構(gòu)性能影響很大有的雖然對(duì)產(chǎn)品性能影響不大但會(huì)導(dǎo)致耗電量增加從而使生產(chǎn)成本升高各種雜質(zhì)成分及添加元素在冶煉過程中發(fā)生的反應(yīng)及其對(duì)冶煉工藝和棕剛玉產(chǎn)品性能的影響如下所述

1.1Fe2O3 

Fe2O3是冶煉棕剛玉可用的雜質(zhì)礦物成分因?yàn)樵谝睙掃^程中輕燒熟鋁礬土中Fe2O3被還原成鐵單質(zhì)進(jìn)而能生成硅鐵合金從而減少鐵屑添加物的加入量而Fe2O3在冶煉過程中的還原過程為在鋁礬土熔化一般溫度在1850℃以上后Fe2O3先轉(zhuǎn)變成FeO然后FeO與溶液中的SiO2和Al2O3形成鐵鋁尖晶石和鐵橄欖石鐵鋁尖晶石在熔化時(shí)就分解了而鐵橄欖石則被C還原最終形成的硅鐵鈦合金與剛玉熔液不同相并因熔液密度不同而實(shí)現(xiàn)剛玉與雜質(zhì)的分離;但仍有極少量的Fe2O3可與氧化鋁生成鐵鋁尖晶石對(duì)棕剛玉的質(zhì)量有一定的影響如果鋁礬土中的Fe2O3含量過多不僅會(huì)影響棕剛玉的品質(zhì)而且會(huì)大大增加能耗

1.2SiO2 

當(dāng)Fe2O3被還原降低到一定濃度時(shí)SiO2才開始被還原并與單質(zhì)鐵結(jié)合為高比重的硅鐵合金部分硅礦物被還原為氣態(tài)的SiO和Si揮發(fā)掉少量的SiO2也會(huì)在剛玉礦物物相中與Al2O3和CaO結(jié)合生成莫來石鈣斜長石玻璃質(zhì)等硬度較低的礦物雜質(zhì)這些礦物能夠降低棕剛玉的磨削能力和增加棕剛玉的脆性;同時(shí)SiO2對(duì)棕剛玉冶煉也有很大的影響有資料表明SiO2在鋁礬土中的含量每增加2%時(shí)其單位耗電量可增加8%～16%冶煉生產(chǎn)實(shí)踐表明SiO2的含量增多至高達(dá)5%以上時(shí)會(huì)造成爐況不穩(wěn)定易粘結(jié)電極和結(jié)塊增加操作難度產(chǎn)量明顯降低質(zhì)量也不穩(wěn)定剛玉塊單位耗電高各種原料及輔料的消耗也隨之增加

1.3TiO2 

對(duì)于雜質(zhì)鈦以何種鈦氧化物和何種鈦離子價(jià)態(tài)存在于剛玉熔液中并在剛玉熔液冷卻結(jié)晶時(shí)賦存于剛玉礦物相中這是值得研究的課題目前尚未有一致的結(jié)論

礦產(chǎn)保護(hù)與利用2016正礦物學(xué)研究結(jié)果表明鈦在鋁礬土中的存在形式以銳鈦礦為主經(jīng)高溫輕燒之后部分可轉(zhuǎn)化為金紅石型態(tài)在冶煉過程中SiO2還原反應(yīng)結(jié)束后TiO2開始部分被還原熔體存在TiO2TiO3Ti2O3Ti3O4等不同價(jià)態(tài)的氧化物其中以TiO2和Ti2O3最為穩(wěn)定最終部分被還原成單質(zhì)鈦在鐵單質(zhì)的參與下生成鐵鈦合金或者鐵硅鈦合金

做企業(yè)最怕產(chǎn)品賣不出去企業(yè)沒有知名度現(xiàn)在是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代酒香不怕巷子深的時(shí)代已經(jīng)過去了想做好銷售請(qǐng)免費(fèi)注冊(cè)愛客商務(wù)網(wǎng)會(huì)員可以免費(fèi)發(fā)布產(chǎn)品銷售信息行業(yè)展會(huì)信息招商加盟信息還能發(fā)布企業(yè)新聞新品速遞等廣告文章愛客商務(wù)網(wǎng)旗下還有十幾家垂直商業(yè)網(wǎng)站如塑料商務(wù)網(wǎng)化工商務(wù)網(wǎng)儀器商務(wù)網(wǎng)等注冊(cè)一個(gè)賬號(hào)就可以在十多個(gè)平臺(tái)發(fā)布商業(yè)信息永久展示同行都在行動(dòng)您可千萬別忘了哦

鈦氧化物在熔液狀態(tài)時(shí)是以三價(jià)的鈦氧化物Ti2O3為主因?yàn)樽貏傆褚睙捠窃谔假|(zhì)還原氣氛下進(jìn)行的鈦的各種氧化物在熔液狀態(tài)時(shí)除了還原為金屬鈦外未還原或部分還原部分最為穩(wěn)定的存在量最多的氧化物是Ti2O3在剛玉熔液冷卻過程中接觸空氣部分熔液冷卻結(jié)晶體中鈦氧化物是以二氧化鈦TiO2為主;未接觸空氣部分熔液冷卻結(jié)晶體中鈦氧化物是以Ti2O3為主固溶于剛玉晶體中或以玻璃質(zhì)形式存在于剛玉晶界之間

固溶的Ti2O3會(huì)增加剛玉的硬度不能固溶的Ti2O3和TiO2能促進(jìn)棕剛玉晶體微晶化而提高剛玉的韌性和耐沖擊強(qiáng)度鈦氧化物種類及其固溶量析晶大小對(duì)棕剛玉著色起著主要作用如果鋁礬土中含有過量的TiO2則會(huì)與Al2O3發(fā)生反應(yīng)生成鈦酸鋁從而影響棕剛玉的品質(zhì)

1.4CaO和MgO 

CaO和MgO在高品位鋁礬土中的含量較少前者在冶煉的過程中很難被還原絕大部分仍存在于棕剛玉中當(dāng)CaO的含量達(dá)到3%時(shí)CaO與Al2O3生成六鋁酸鈣這不僅會(huì)造成一部分Al2O3不能生成剛玉而且會(huì)降低棕剛玉的顯微硬度嚴(yán)重影響棕剛玉材料的熱學(xué)性能所以對(duì)于輕燒熟鋁礬土中的CaO的含量是有所要求的;而MgO是剛玉的微晶促進(jìn)劑在生產(chǎn)微晶剛玉時(shí)要求MgO的含量為0.3%～0.8%含量太少則達(dá)不到微晶化效果含量超過0.8%時(shí)會(huì)限制剛玉的結(jié)晶同時(shí)與Al2O3生成鎂鋁尖晶石故適當(dāng)?shù)募尤隡gO能夠使剛玉結(jié)晶微晶化從而提高其強(qiáng)度和韌性而在高溫還原氣氛下MgO的穩(wěn)定性發(fā)生了變化MgO在棕剛玉熔體中的還原性是還需進(jìn)一步研究

1.5Na2O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

1.6其它添加元素 

為了提高剛玉的品質(zhì)常在生產(chǎn)中添加一些其他礦物元素來提高剛玉的一些性能指標(biāo)如添加Cr2O3在冶煉過程中Cr2O3能與Al2O3形成連續(xù)的固溶體剛玉晶體中Al3+被Cr3+取代使剛玉的晶格的晶面問距增大晶格產(chǎn)生變形從而增加了晶體的抗沖擊能力提高了剛玉的韌性;添加鋯英砂鋯英砂中的ZrO2能與Al2O3生成Al2O3-ZrO2共晶體其中ZrO2從立方相轉(zhuǎn)變?yōu)閬喎€(wěn)態(tài)的四方相這些共晶體均勻的存在于α-Al2O3的晶界處能夠提高剛玉的韌性和強(qiáng)度

與美國俄羅斯等國相比我國對(duì)于雜質(zhì)元素在棕剛玉冶煉反應(yīng)過程中的反應(yīng)行為的理論研究并不完善特別是對(duì)于堿金屬和堿土金屬以及含硫等有害雜質(zhì)礦物在棕剛玉熔煉過程中的行為和賦存狀態(tài)的理論研究至今尚未見有明確的研究結(jié)論面對(duì)我國棕剛玉行業(yè)現(xiàn)有的主要原料鋁土礦資源匱乏和品位的不斷降低的現(xiàn)狀這就迫使我們從根本理論上去研究雜質(zhì)元素的反應(yīng)行為及其對(duì)棕剛玉冶煉工藝產(chǎn)品性能的影響調(diào)整和改進(jìn)棕剛玉冶煉的生產(chǎn)工藝或探索新的生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)我國棕剛玉行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展

2鋁礬土品位降低對(duì)棕剛玉冶煉能耗的影響 

在棕剛玉冶煉生產(chǎn)過程中對(duì)原料來源的選擇和原料的質(zhì)量控制是至關(guān)重要的因?yàn)樵系倪x擇在一定的程度上決定了其產(chǎn)品的質(zhì)量使用性能以及使用范圍冶煉棕剛玉的主要原料是輕燒熟鋁礬土輕燒熟鋁礬土是對(duì)鋁礬土在1000～1200℃進(jìn)行輕度焙燒處理來提高其品位同時(shí)也可以減少能耗有試驗(yàn)對(duì)焙燒與不焙燒的二種鋁礬土做過工藝對(duì)比結(jié)果認(rèn)為焙燒后可以降低單位能量消耗的14%～18%

我國的鋁礬土是高硅低鐵礬土鋁硅比越高其品位就越高而棕剛玉冶煉技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的好壞很大程度取決于主要原料鋁礬土的質(zhì)量即品位越高棕剛玉冶煉的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)就越好棕剛玉作為高能耗產(chǎn)品節(jié)能對(duì)于棕剛玉生產(chǎn)來說就顯得尤其重要而鋁礬土的品質(zhì)的好壞決定了能耗的高低對(duì)于鋁礬土質(zhì)量對(duì)棕剛玉冶煉技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響我國已做了大量的研究工作

張潤宣曾定量地分析某廠單位耗電和原材料消耗該廠使用硅鋁比在11.57至18.44之間的鋁礬土其硅鋁比提高1時(shí)每煉1t棕剛玉塊電耗可以降低71.6kVA最后得出結(jié)論硅鋁比高的鋁礬土單位電耗低冶煉1t棕剛玉所需的鋁礬土量少;楊則恒在對(duì)第七砂輪廠數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)作出了礬土硅鋁比與主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)系圖揭示了鋁礬土品位越高越好冶煉工藝過程容易掌握爐況穩(wěn)定小時(shí)產(chǎn)量高單位耗電低對(duì)原料的消耗也少;王進(jìn)先等在電熔法冶煉剛玉的節(jié)能意見中提出礬土雜質(zhì)SiO2含量越高冶煉時(shí)的爐況就越復(fù)雜單位耗電高且產(chǎn)量低甚至可能造成剛玉加工磁選困難

由此可以推斷出隨著我國優(yōu)質(zhì)鋁礬土資源的匱乏和鋁礬土品位的不斷降低不僅使棕剛玉冶煉的成本和能耗增加同時(shí)也使冶煉過程更不易控制而且制得的產(chǎn)品各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)變差產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定市場競爭力也必將下降

3發(fā)展趨勢

隨著我國優(yōu)質(zhì)鋁礬土資源的匱乏鋁礬土品位的不斷降低棕剛玉冶煉的成本越來越高能耗也越來越大這不僅不符合當(dāng)前工業(yè)節(jié)能減排的發(fā)展形勢更不利用棕剛玉行業(yè)健康可持續(xù)的發(fā)展面對(duì)我國鋁礬土資源和棕剛玉行業(yè)的現(xiàn)狀未來的棕剛玉行業(yè)必將要在生產(chǎn)技術(shù)上有所創(chuàng)新如何利用低品位鋁礬土來生產(chǎn)高品質(zhì)的棕剛玉產(chǎn)品把我國豐富的鋁礬土礦資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢提高鋁礬土資源的綜合利用率使我國棕剛玉行業(yè)能夠健康可持續(xù)發(fā)展我們認(rèn)為可以從如下幾方面著手

1開展中低品位鋁礬土冶煉前化學(xué)法或物理提純法工藝技術(shù)研究提高鋁礬土的品位;

2根據(jù)高溫下雜質(zhì)成分的化學(xué)反應(yīng)行為及其物理性能的改變對(duì)棕剛玉冶煉工藝的影響探討7500kVA及其以上大功率或超大功率利用中低品位礬土進(jìn)行棕剛玉冶煉的可行性;

3根據(jù)雜質(zhì)對(duì)棕剛玉性能的影響創(chuàng)新電弧爐熔煉棕剛玉的冶煉工藝

原標(biāo)題鋁礬土品味下降對(duì)棕剛玉冶煉的影響及對(duì)策