莫来石耐火材料及稀土的应用(1)

1、199了眸曹月息第130« w & 与豪盛會*塚述.莫来石耐火材料及稀土的应用魏坤南昌大学稀土工程中心 南昌330047)CM H)介蹈了莫耒石的性老、研究现状和用热，対宾来石的两种虫产方法尺晞土对莫夹石的改性悴阳进行了秤述IHE 丁希土蔦亲石昭火材料的应用陳4LCXM3 «*? «± WAW、牡J呼*i.fWWWWW!1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 199了眸曹月息第130« w & 与豪盛會*

2、1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 199了眸曹月息第130« w & 与豪盛會*1前害钢铁冶烁新技术的发展有犊于优质高效 耐火林料的开发.现阶段我国耐火材料虽然 总产超过裕求，但其质量和品种远不能适 ffisaattt术的««*,«于w年代n 然开st-sk品稈但与世界水平的盖呃 还很大(相当于世界70年代初的水平人有相 当一部分耐火材料产品需从国外进口.就宝 钢面育* 一期工程从国外进口的耐火材料约 支岀？00万美

3、元投产后至1988年此项花费 又耗资4 300万美元口打因哉实现进口耐火 材料产品的国产足钢铁冶炼及其他 高温新技术的多原次需要已迫在眉睫.另一方面我国稀土资源丰富*江西的禹 子吸附型稀土矿萸是得天独厚.近年来稀土 产品急剧上升*品种多、规格齐全，有些产品 已是供过于求、价格下跌，这为稀土的应用研 究提供了有利条件因此郵土在莫来石耐火 材料生产中的应用这一新领域的开拓，对于 促进土工业的进一步土产晶 结构、壊和供需矛盾也具有十分童宴的 意义2莫来石的性能及其生产、应用2.1其耒石<muUite)ft AljO>-SiOa 二元相 中唯一種定的具有根好 的化学"定性.其化学

4、绘成为3加,0 * 2Si6 Sig 莫来石是工业K%M 品中畫要的化合物之一.但在自然界中真来 石菲常稀少，只在苏格兰西海岸的玛尔璇瑟 (Mull of i讥巧有天然莫来石矿.早左1847年,Wachter等人曾在高温烧 结的厨瓷器中发现了细针状晶怵他们推测 这些针状晶休主要是化合状态的氧化铝和二 氧化硅.当时假定这些针狀体是硅线石。直 到1924年-Bowen等人通过典型研究，才碍 出在髙温时，奠来石是AlO-SiQ系统中唯 律定相1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserve

5、d. 199了眸曹月息第130« w & 与豪盛會*1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 199了眸曹月息第130« w & 与豪盛會*(Ta+NK)!詁 produced The new technology can simplify the Ta/Nb extraction operation from Sn smelter «lag > improve Ta/Nb grade and recovery and

6、decrease41 thr«e Wastes It is a new way for better utilization of Ts/Nb-bearing Sn smelter flagKeywords ：Sn smeher s!BTplAstnA smeltingTTa-Nb-Fe «Hoy1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 总第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的应用此后几十年中，人门进行了大量研究工 作井对Ai2OrSiO;二元相图中莫来石

7、是 否为一致熔融的化合物展开了激烈的学术讨 论“ Bowen和GTf 给出的AKOj-SiO；系 相图一直般广臣引用了近盹年.该相图表 明*莫来石（3AIQ厂2SiO:）是不一致熔融的 化合物，在1 810 C转熔为刚玉c-A1A）和 液相转熔蔽相的组威（即转熔点的组成）含 55%A!Q外但A田maki和Roy等认为莫来 石为一致熔融的化合物，并存在从痕相中直 接析岀的A1Q”固溶上限为2A1A - SiOt （含77* 3%AIQJ莫来石固榕聲邂毛代后 期.Aksay和珂占"、曜于他们餡裤究结果 提出了新的论点；在稳罢平術时莫来石是不 一致熔融的*转熔温度为1 828 C+10 C

8、, 在VI 753 t时*稳定固溶体的ALQ上限 含量从2 5%扩大到74%.在急冷的条件下 会析岀显示一致熔融持征的介穗莫辛石，而 且从液相中析出的介稳其来石固洛体的 ALQi上限含量甚至可高达83-2% t直到198?年II月在东京举行了第一次国际奠来 石讨论会。与会者普遍认为莫来石无因定组 成”而具有一小固f容怵范围但固溶休范围仍 处于热烈的讨论中.尽管莫来石的组成在理论上存在着争 议但这甦毫不影响它的应用级目前*莫来石 巳广眨用于耐火材料、高级陶瓷、结构陶瓷和 电子工业（见表1儿这一切都取决于莫来石 优良的結构性质和其特有的化学、机械等性 能见叢2） 从表2中可以晋出，莫来石具有 很區

9、的耐敕废和高温下对議性酒誉良好的耐 楼蚀性，思西酚嘉型荷屋性、耐磨性、抗剥落 性导，实践证明"打用莫来石做成的耐火捞料 制品具有很高的机械强度，高的密度和荷殖 变形渥度较小的气孔率，抗热廉性好以及在 热膨胀曲线上不存在异常现捺辱特点.因此 莫来石作为高品质耐火材料*其应用越来越 广泛.M莫来石的生产莫来石按其加工方法分为电熔莫来石种1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 总第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的应用1994-2007 China Academic

10、Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 总第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的应用«1莫釆石的主要用途应用顿城相关许备或工艺與来石殖光材料酣件水泥回转炉窑舉部内时N誓窑（连集式戴间段式）窑星*窑具、證持*拱顶、窒也器尊a璃鞍璃熔窑蜡弭机、烧購電砖、窑擡、玻璃烤池电于9ft&ttMM件、热电碉等有色金牌熔愠炉菽憲馆扶亀稲拉誌裸护飞抗和乎雷飞韵导向前隊、載凤屏护粗、火*和飞机岌动机排叢 和屏蔽覃离炉护廈和护身下蕭内时炉EL炉威人顶曄摘砖、轉衬、水口，中间包衬、輕水口、ft动水口和术口砖电弧炉沪頂、炉门攜、电

11、极平炉炉PL上升道、縮it握铁炉、盛钢桶、酝雷式帙水内衬k空脱弋逋弋警、Bt吒管、桶柠誉沪鞍凤炉辖于畫、内対炉、權轨W R*2冀来石的输理性能理论毎度禅性握g. cm-1CVW» (m * k)t r-1mp*MPakJ. mop*%3.163. 221 3501 8003.9775. 13XJ0-*58- 62300. 2S&8&. 1-695. 70衽空气中I于1 ooo 1C条件|®25-) 000 r.1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights re

12、served. 总第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的应用1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 总第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的应用烧结莫来石两类.1925年美国Corine Class Works发明了电熔铸莫来石砖电熔莫来 去是由氣化硅和氧化铝熔融而成采用的是 熔融温度在2 000 t以上的水拎电弧炉并 要求较高的控剧技术.同年代我国也开始了电熔莫来石的生 产、到80年代产品已达世界先进水平所生 产的电熔莫来石，其相组成为*莫来石 95%.玻璃梱5%具体成分及性

13、能参见表 31994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 总第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的应用1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 总第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的应用*3碓第JC表石耐火財料凶件蹲盛分和主要性能生产flr1 学« <成-s分豎赞松養密度密度耐火度开抬变基世度詛导率*雷嗣 AljOi SiO>TK>

14、tFgCbOM(0 KfD+NuOg-cm"1 cm"*W.我步斯66- 05 2 BO2- 55S. 350, 980.241*772, 903. 27201 6703晝大利«7.00 1X34一 1-5出 903. 21 ?003申国池胡5対J 5th血a os庆03N 觐 Oo.Q 謡2. 37 >3.03 >1 790>1 700仇2 MPi条件"F】子1 000匸条蹴1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved

15、. 总第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的应用1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 总第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的应用烧结合成莫来石始于30年优当时采用 的是夭然原料，纯度低.60年代美国C-wood Wharton公司开始采用高纯烧结法合成英来 石询，进入70年代我国也开始了这方面的工 作.工业上生产合成烧结莫来石可采用两种 不同设备:睫道窑和回转窑桂在这两种情况 下，莫来石的组成都是基于纯高岭石矿物和 氧化铝的反应，故可控制化学计量.2.3烧结莫来电熔莫来石的

16、性能比较用挠结莫来石和电熔莫来石加工的耐火 材料制品，其性能比较示于表4闵由表4可看岀1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 总第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的应用1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 总第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的应用«4烧结葵来石和电落莫来石耐火砖的性龍比较类矗CffSE幵口孔辜%可進栓鵝%传鵝垂妒W.m-

17、aK-1IHE下区率*%MPa7902.75U0” 492U90-53.01 79Q260130.532. 2Z.020茎 1 410 P »<g>T 1 300 亡条萍*叙* 19& MPii2hd 700 t 丄于 J <00 C 条ft*1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 总第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的应用1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing Ho

18、use. All rights reserved. 总第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的应用两种莫来石的基本性能较好.特别是 耐火度均高，显著超过钢铁和玻璃的工作温 度.(?)烧结莫来石的抗弯强度大大高于电 熔亮来石这是由于烧结莫来石中存在一些 小的但是发育很好的交情晶体网络所致.(3)电熔莫来石显示岀更优良的抗蠕变 值这主要是由于其具有较大的晶休穂定性.目前'用于钢铁、玻璃绦行业的莫来石材 料有电熔莫来石制品和烧结莫来石制品两 种F由于电熔制品在三相电弧炉中生产，控制 难度大，且能耗成本高J另外,电熔中的備折 会弗响制品结檜的均匀性号同时碳电极上的 碳对制品性第也有够响因蛇,人们建亲

19、越傾1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. &V130期火材料及*土的虜划鴉向于性能优良的高纯烧结制甜”美国和西欧一些国家自1即百年以来大 盘笈展合咸高纯莫来石烧结材料.由于高纯 烧结法合成莫来石岩相结构中,90%-95% 的结晶相为少璇璃相所胶结，并含有少量 的励玉结掃，因就萱烧时结晶变牝小，弋孔率 和宏观变形不大哀耐火制品性能优良讥S实 践表明，有些烧结制品往往优于同类的电熔 制品，如玻璃窑池用的AZS（洁刚玉）琲为全 粉料AZS烧结材料在爼成结构和一系列性

20、 值上稱优于相应NO*含量的电熔AZS材 «CtD男外,在宝!-号离护申（«««定提供 1 250匸以上的嵩從热凤）就采闱：Tjfe结合 成奠来石砖.从我国工业结构和资源基础来 看发展添加輪土的烧结莫来五耐火材料更 符合实际需要3稀土在耐火材料中的应用研究稽土在耐火材料中的应用主KUlffjtaM 的方法加人其柞用主要是在结晶化学方IL 从国内外报导的文St来看，从事这方面研究 的国家还不多研究的时间也不太性*国外曾 研究过稀土在电熔azs制品中的作用，认为 引入少董的稀土元素牝合物会促进诗件结 晶结构细北,增却铸件致密部分的厚度，同时 能使耐火材料抗玻

21、璃侵蚀性提高约10% 15% 3见表 5U, 表5 AZSK火材料抗钠钙硅醸盐玻璃悴的 侵憧性'竝火材料毎昼夜圧谀Nt/mm畫璃蔽面上SS璃面下AZSiH无添加柯）0. 58D+3Q0. 430.26f静春试盟550 rfilWZOb-稀土对电熔莫来石的改性研究表明邛叭 在潺加MgOXri.Y等越化剂的改性 研穽中堆为有效.氧化杞幫加剂能产 生蚯强的陶瓷烧结，大大提高了制品的强度,井保证其具有充分的抗热麗性*發见寢6.«ti汞加剜对莫素石试样性謹曲影响播加剂开口吒孔半%貶度疚抵嚴性*t * cm-1 MPa H3（KJC.水冷）MgOCrjOiYrO,乩30LBO1X900.

22、952. 727a 7U/272.67105* 312/2«2.72S7+ 814/272. B5260.812/27®1 733 PM hT分子-一蛊出现最初的裂轼tx前的怜豹交替衣数， 分母到试弹破编时为止的冲鶴交騎丧数此外*?e 土还能降怆用火对科的烧结程g育穩土用于曲处于 研究阶段,但土元于电子住、 结构詡瓷、阳遵超导体尊，并巳取得显着效 果预计.稀土在耐火材料方面进入实用性阶 段在我国已为期不远.4前景展望我ar九五（划的屋歩冥k和輕拚 的遴一步飞.抬金.憲0U有怛金H棒抒业 都将页临新的挑战而这些行业的发JRffX 不开离质童的耐火材料因此，稀土在耐火材 料工业

23、中的应用必將进入一牛耕新的时期. 预计*稀土莫来石耐火材料在以下几个方面 的应用将会产生明显的经济效益和社会效 益.4.1连铸用砖及热凤炉砖我国钢铁行业中连铸比还相当低，将有 一个较大的发展'必殖有足翳的且相当质量 的高级耐火材料来穂定连铸钢坯的合格率* 而稀土莫来石耐久材料是一种适合连铸钢坯 用的高级耐火材料*它可使钢坯的合格率大 大提高如找国武钢在炼钢连铸生产中,95% 以上都采用了莫来石高级耐火材料*使钢坯 合辂率稳定在99*5%以上，毎年的综合经挤 效益超过RO万元.另外，宝（R号高护热风炉要求定提 供1 250 P以上的高温热风*普通高侣砖和 枯土砖已不能胜枉日方设计的该设备

24、的上 层结构采用了台成莫来石砖満足了高温热 负荷的要求.来石砖如能取低部分进 口用砖，那未其经岳效益非常可观.4- 2'在我国长的梗用寿命为2 年左右，而在国舲其菽璃熔窑的平均寿命都 在5年以上炉熔窑寿命的长瓶直接或同接地 反映了玻璃质量的高低、能耗及原料消耗的 多少尊主要技术绘济指标的先进与落后*而 这些1S标又在狼大程度上取决于 ?S的斷 火粉料的ft«.由于得土道亲若具莉抗1瓷楼據性 能好和电阻离铮挣点，用于玻璃搏修不仪能 提禹玻璃熔化质端短同期熔化率而且能 降低热童消6和延任熔窑的fit用寿命.4.3 陶瓷KXSA在陶瓷烧成过程中*窑具是一种超支據 及保护（品作用的辅

25、助材料.§KtS内用于 窑具的莫耒石-JE1T石材料，大都以柱线石" 港石專为原料，在制品烧成过畏中生成莫来 石和董靑石.共缺点迪在I 325 C生成其来 石时，伴有3%厉的怵积变化，形响K品 的离渔性能.而国外窑具中的英来石参由人工合成I共优点左于忌物理化学性质更为均匀避免了莫来石主成过程中的诧积变化从 而可生产形狀和尺寸精确的制品.44其他方ifi稀土真来石用作隔热材料*其fig热性能 町与氧优帕空心球*1品相總美,成本却低得 多”用作轻质炉材也同禅具有良好的 发展前景. X K1王秫田 改史事席.幕阳沁1人1I Amu/I Ak>1Anv Cmn Sac J 殆

26、 iSB"】一 12)i »73 BmNL«d.J AatfCcrwScK, 1924170.ZU4 Aruuki S et al J Aukt Cnstn Sae«l94£*4B(B)i2!9a Ribud S h « *JJ Amer Cenm Soe4»78in(l-2).C36 Skocf A J tt l.Ccnm BuUa»UiC7(7)tl 1807 Alkr M- Hb Tempenture gck«,(Put IV)*?0 a htwket W H-Tran Beit Cenm Sk. 19621(1) i