刚玉质矿物原料

刚玉质矿物原料

1、定义：

指氧化铝含量大于90%、主晶相为刚玉的耐火制品。2、种类：

烧结氧化铝制品、再结合烧结刚玉制品、再结合电熔刚玉制品，刚玉质高温陶瓷，刚玉浇注料。3、基本性能：

刚玉质耐火制品氧化铝含量高、杂质含量低、化学稳定性好，耐高温、硬度大、强度高、抗氧化、耐腐蚀、电绝缘、气密性好等。刚玉质耐火材料4、用途：

刚玉质耐火制品耐高温、耐腐蚀，广泛用于多种高温电炉、窑炉的内衬及制作刚玉炉管、炉芯及高温电炉配件等。

在化工系统，作为反应炉和气化炉的专用炉衬，用作各种反应器皿和管道；由于硬度大、耐磨性好，用作刀具、模具磨料；利用高温绝缘性，用作热电偶保护管、原子反应堆中的绝缘瓷；利用结构稳定、可在高频、高压下使用的特点，可用于集成电路基板、雷达天线保护罩等；

刚玉保温材料既耐高温又保温，广泛用于炉墙和炉顶。

其他刚玉耐火材料广泛用于钢铁、石化、建材等。刚玉质耐火材料1、背景

1798年将刚玉名称列入矿物学，刚玉是矿物名称，而在以前叫宝石（preciousstone），其化学成分主要是Al2O3，为氧化铝晶体，纯净的刚玉晶体是无色透明的。2、化学组成一般含微量Cr3+、Fe2+、Ti4+、Mn2+、V5+、Ga3+等，常见赤铁矿、钛铁矿、金红石、尖晶石、石榴子石等包裹体。刚玉

3.晶体结构：

三方晶系刚玉型结构：O2-呈六方最紧密堆积构成氧离子层，Al3+在两层O2-之间，充填2/3的八面体空隙。

4.形貌特征

晶体常呈完好的腰鼓状、桶状或短柱状。晶面上常见相交的几组条纹。通常呈

蓝灰、黄灰色，含杂质可呈各种颜色：

红宝石：含Cr，红色；蓝宝石：含Ti

和Fe2+，蓝色；

黑星石：含Fe2+、Fe3+，

黑色、透明；白宝石：纯净无色透明的晶体；含Co、V、Ni呈绿色；含Ni呈黄色；含Fe3+、Mn2+呈玫瑰红色。在某些红(蓝)宝石的{0001}面上可见因含有定向分布的针状金红石包裹体而呈现的六射星光，称为星光红（蓝）宝石。5、来源自然界存在刚玉矿床，例如国外：哈萨克斯坦、南非、加拿大以及我国的河北、西藏、江苏、江西和山东等。工业上使用的刚玉原料都是来源于含Al2O3矿物矿石，如铝土矿、霞石KNa3[AlSiO4]4(系K[AlSiO4]和Na[AlSiO4]类质同象形成固溶);明钒石KAl3[SO4]2(OH)6等，其中世界上95%以上的氧化铝是用铝土矿生产。6、应用

1）磨料行业刚玉晶体的硬度高、耐磨性好，被大量用于磨料行业，占磨料2/3，其他碳化硅磨料；2）电子行业刚玉为离子晶体,结构稳定，在高频、高压和较高的温度下使用，其绝缘性优良，损耗不大，介电常数小。集成电路、基板、瓷架、微波窗口、防泄露陶瓷管（罐）；透明刚玉制品可制作灯管、微波整流罩、固体电解质Na--Al2O3钠硫电池隔膜材料；3）石油、化工行业刚玉硬度大、耐磨性好、强度高用作反应器皿和管道、化工泵部件；4）耐火材料耐高温、耐腐蚀、高强度等性能，冶炼稀贵金属、特种金属、玻璃拉丝、激光玻璃的坩埚及器皿；各种高温炉窑用炉衬；碳黑、硼化工、化肥、合成氨反应炉和气化炉专用炉衬；从铝土矿或其他含铝原料提取的方法很多，大致有四类：1）碱法；2）酸法：硝酸、盐酸、硫酸等投资大，酸回收复杂；3）酸碱法；4）热法（电熔法）氧化铝生产方法A、碱法生产氧化铝碱法有拜尔法、烧结法及拜尔-烧结法等；拜尔法1889-1892年奥地利化学家K.J拜尔(Bayer’s)发明了生产氧化铝的方法，其原理是：直接用含有大量游离NaOH的循环母液处理铝矿石，以溶出其中的氧化铝，获得NaAlO2溶液，并加晶种分解的方法，它使溶液中的氧化铝成为Al(OH)3结晶析出；铝土矿原矿料浆NaOH溶出Al2O3溶液稀释、泥渣分离NaAlO2溶液加晶种，Al(OH)3分离洗涤得到纯净Al(OH)3煅烧得到Al2O3烧结法生产氧化铝铝的原理是是在铝矿石石中配入石石灰石（或或石灰）、、苏打。使使原料在高高温下烧结结，从而获获得含固态态铝酸钠的的熟料，用用水或稀碱碱溶出，得得到铝酸钠钠溶液，对对脱硅后的的纯净铝酸酸钠溶液采采用碳酸化化法（往溶溶液中通入入CO2使溶液中Al2O3成为Al(OH)3析出，后煅煅烧即为氧氧化铝）。。铝土矿加入（石石灰石或苏苏打）混合体高温煅烧烧含铝酸酸钠的熟料料水溶出出NaAlO2溶液通入入CO2Al(OH)3Al2O3一般来讲，，拜尔法处处理高品位位的铝土矿矿，工艺简简单，能耗耗低，产品品质量好。。而碱石灰灰烧结法处处理低品位位的铝土矿矿（Al2O3/SiO2<7-8），工艺复复杂，能耗耗高，产品品质量不如如拜尔法好好。联合法：拜尔法和烧烧结法并用用;B、热法其原理是将将铝矾土熟熟料与还原原剂直接在在电炉内熔熔融制备，，棕刚玉和和亚白刚玉玉等，而用工业氧氧化铝为原原料，采用用电熔方法法可以得到到白刚玉、、致密刚玉玉原料，加加入锆英石石、氧化锆锆或氧化铬铬可以电熔熔锆刚玉和和铬刚玉等等；按生产工艺艺分有三种种：1）轻烧氧化化铝(calcinedalumina)2）烧结刚玉玉(sinteredcorundum)包括烧结板板状刚玉)3）电熔刚玉玉(fusedcorundum)(电熔棕刚玉玉、电熔亚亚白刚玉、、电熔白刚刚玉、电熔熔致密刚玉玉)氧化铝产品品1)轻烧氧化铝铝(calcinedalumina)背景：工业氧化铝铝属于半成成品，来源源于煅烧Al(OH)3，煅烧温度度1250C，其性能：：1）除含有-Al2O3外，还有-Al2O3以及一水软软铝石；2）含有0.3-0.4%Na2O杂质，位于于多孔集料料中。因此此进一步煅煅烧可以减减少制品收收缩（-Al2O3-Al2O3体积收缩达达14.3%），去除杂杂质Na2O。制备过程：：以工业氧化化铝为原料料，加入部部分外加剂剂，在较低低的温度下下，进行煅煅烧处理，，一般煅烧烧温度不超超过1500C，使其中的的-Al2O3完全转化为为-Al2O3,同时进一步步去除Na2O，且保持较较大的活性性，所以又又称活性氧化铝铝(activealumina)。工艺参数：1）煅烧温度度不超过1500C，最合适温温度1400-1450C，有些为了了一定活性性，控制1300C左右。2）引入矿化化剂，促进进转化，去去除Na2O。一般的矿化化剂为硼酸酸、氯化镁镁、金属铝铝和硼镁石石Mg2B2O4(OH)22)烧结刚玉将工业氧化化铝或高铝铝矾土通过过煅烧的方方法制取刚刚玉材料称称为烧结刚刚玉。根据煅烧温温度及材料料的显微结结构、性能能的差异，，轻烧刚玉玉（<1650C）、烧结刚刚玉（1650-1925C）、烧结板板状刚玉（（>1925C）。用天然高铝铝矾土煅烧烧的刚玉材材料称为烧烧结矾土刚刚玉。烧结刚玉工工艺烧结刚玉工工艺分一步步法和二步步法。原料-磨细-混料-成型-干燥-烧成-加工-检验回转窑烧成成熟料结晶晶和气孔都都大；隧道窑烧成成依条件不不同可得不不同质量熟熟料；竖窑烧成温温度最高，，可快速烧烧成，质量量最好。添加TiO2不仅能降低低烧结温度度，而且能能增大刚玉玉结晶尺寸寸，但会降降低制品强强度。烧结板状刚刚玉美国铝业公公司(Alcoa)公司于1935年研制成功功板状氧化化铝(Tabularalumina)，其原料系系采用预煅煅烧的工业业氧化铝经经细磨成球球后在略低低于其熔点点的温度1925C左右的超高高温条件下下烧结制备备。其优良良的体积稳稳定性和抗抗热震性归归因于低的的气孔率和和快速烧结结条件下再再结晶时形形成的封闭闭晶内气孔孔。美国国先先后后在在德德国国、、荷荷兰兰、、日日本本、、中中国国青青岛岛生生产产烧烧结结刚刚玉玉。。近近年年来来，，我我国国的的江江苏苏、、河河南南和和山山东东等等地地一一些些厂厂家家也也开开始始生生产产烧烧结结刚刚玉玉。。关关键键是是如如何何控控制制板板状状化化。。烧结结矾矾土土刚刚玉玉烧结结矾矾土土刚刚玉玉与与矾矾土土的的化化学学矿矿物物组组成成、、烧烧结结时时间间及及原原料料粒粒度度有有很很大大关关系系。。最主主要要问问题题是是杂杂质质，，有有人人研研究究加加AF3。3)电熔熔刚刚玉玉背景景:50年代代，，开开发发了了电电熔熔棕棕刚刚玉玉(51年)和电电熔熔白白刚刚玉玉(55年)，当当时时主主要要应应用用领领域域是是磨磨料料行行业业，，国国内内生生产产厂厂家家有有郑郑州州磨磨料料厂厂、、吉吉林林梅梅河河口口砂砂轮轮厂厂、、贵贵州州七七砂砂等等。。80年代代初初，，建建起起了了专专供供耐耐火火材材料料公公司司使使用用的的刚刚玉玉原原料料如如：：三三门门峡峡电电熔熔刚刚玉玉厂厂、、西西北北耐耐火火材材料料厂厂；；电电熔熔刚刚玉玉由由原原来来的的两两种种发发展展到到电电熔熔亚亚白白刚刚玉玉、、电电熔熔致致密密刚刚玉玉、、电电熔熔板板状状刚刚玉玉等等。。种类类:电熔熔棕棕刚刚玉玉、、电电熔熔亚亚白白刚刚玉玉、、电电熔熔白白刚刚玉玉、、电电熔熔致致密密刚刚玉玉、、电电熔熔板板状状刚刚玉玉电熔熔棕棕刚刚玉玉原理理棕刚刚玉玉冶冶炼炼是是利利用用铝铝对对氧氧的的亲亲后后力力比比铁铁、、硅硅、、钛钛等等大大的的基基本本原原理理，，可可以以通通过过控控制制还还原原剂剂的的数数量量，，用用还还原原冶冶炼炼的的方方法法，，使使铝铝矾矾土土中中的的主主要要杂杂质质还还原原，，被被还还原原的的杂杂质质生生成成硅硅铁铁合合金金并并与与刚刚玉玉熔熔体体分分离离，，获获得得结结晶晶质质量量符符合合要要求求Al2O3>94.5%的棕棕刚刚玉玉。。方法法：：用高高铝铝矾矾土土熟熟料料、、碳碳素素材材料料、、铁铁屑屑三三种种原原料料，，经经配配料料混混合合加加入入电电弧弧炉炉中中，，经经过过高高温温熔熔化化和和杂杂质质还还原原后后冷冷却却而而结结晶晶成成棕棕褐褐色色熔熔块块。。各种种原原料料作作用用：：1）高高铝铝矾矾土土是提提供供主主要要成成分分Al2O3的原原料料，，其其含含量量越越高高，，对对冶冶炼炼刚刚玉玉的的各各项项指指标标越越有有利利，，其其他他杂杂质质有有SiO2Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2O。2）碳碳素素材材料料-还原原剂剂，，用用来来还还原原高高铝铝矾矾土土中中的的杂杂质质，，种种类类有有石石油油焦焦、、焦焦碳碳和和无无烟烟煤煤等等3）铁铁屑屑-稀释释剂剂因因为为我我国国矾矾土土中中氧氧化化铁铁含含量量低低，，按按高高铝铝矾矾土土中中的的SiO2多少少引引入入。。反应应方方程程式式1)SiO2+CSi+CO2)Fe2O3+CFe+CO3)TiO2+CTi+CO4)TiO2+CTiC+CO5)SiO2+Fe+CFeSi+CO6)TiO2+Fe+CFe3Ti+CO7)Na2O+CNa+CO由于于杂杂质质没没有有被被完完全全除除去去，，杂杂质质含含量量较较高高，，呈呈现现特特有有的的棕棕色色，，故故称称棕棕刚刚玉玉。。电熔亚白白刚玉背景：棕刚玉杂杂质含量量高，会会严重影影响耐火火制品性性能，同同时工业业氧化铝铝价格昂昂贵，来来源匮乏乏，耐火火材料需需要的氧氧化铝难难以得到到满足。。原理：冶炼亚白白刚玉与与冶炼棕棕刚玉不不同，冶冶炼棕刚刚玉主要要是将矾矾土中的的SiO2和Fe2O3还原成Si和Fe分离出去去。而冶炼亚亚白刚玉玉不但要要将矾土土中的SiO2和Fe2O3还原成Si和Fe分离出去去，还要要尽可能能将Al2O3以外的氧氧化物，，尤其是是矾土中中的TiO2还原成金金属Ti分离出去去。前期为还还原熔融融期，主主要还原原出Fe、Si和Ti。氧化精炼炼期去掉掉多余的的碳；后期反应应方程式式主要为为Al4C3+Fe2O3Fe+Al2O3+COAl4C3+FeOFe+Al2O3+CO3)Al4C3+SiO2Si+Al2O3+CO4)Al4C3+O2Al2O3+COAl4C3+H2OAl(OH)3+CH4Al2OC+H2OAlOH)3+CH4原料要求求高铝矾土土-对高铝矾矾土熟料料要求高高，不但但要求Al2O3高，而难难以还原原的氧化化物尽可可能低，，Al2O385%，TiO2<4.5%，CaO+MgO0.5%。碳素材料料-固定碳碳75%，灰分分<12%，水水分<3%澄清剂剂-铁屑90%Fe;脱碳剂剂-铁鳞FeO+Fe2O3>90%或石英英砂SiO2电熔白白刚玉玉比电熔熔亚白白刚玉玉工艺艺简单单，主主要是是由于于原料料采用用纯度度高工工业氧氧化铝铝。关键在在于去去钠元元素。。电熔致致密刚刚玉80年代初初，为为了适适应冶冶金技技术发发展，，对耐耐火材材料质质量品品种的的要求求，三三门峡峡电熔熔刚玉玉厂、、西北北耐火火材料料厂利利用工工业氧氧化铝铝作原原料，，电熔熔生产产电熔熔致密密刚玉玉，这这种刚刚玉块块的外外观呈呈浅灰灰色、、纯度度高、、气孔孔率低低、密密度大大，用用它替替代进进口产产品制制取铁铁沟浇浇注料料，在在上海海宝钢钢大型型高炉炉上使使用。。原料：：工业氧氧化铝铝、碳碳素材材料、、石英英、铁铁屑反应式式：Na2O+CNa+COSiO2+CSiO+COAl2O3+CAl4C3+COAl2O3+CAl2OC+COAl4C3+SiO2Si+Al2O3+CO电熔熔致致密密刚刚玉玉：：由于于纯纯氧氧化化铝铝熔熔液液2200℃℃时比比α-Al2O3晶体体的的密密度度（（真真密密度度））3.99g/cm3小———结晶晶过过程程中中产产生生收收缩缩———气孔孔———气孔孔少少的的刚刚玉玉为为致致密密刚刚玉玉电熔熔致致密密刚刚玉玉电熔熔板板状状刚刚玉玉众所所周周知知，，美美国国铝铝业业公公司司用用烧烧结结法法开开发发生生产产了了板板状状刚刚玉玉，，其其被被认认为为是是由由板板状状晶晶体体构构成成的的刚刚玉玉集集合合体体。。天津津大大学学研研究究了了采采用用电电熔熔工工艺艺生生产产板板状状刚刚玉玉，，获获得得成成功功。。研研究究发发现现用用这这种种板板状状刚刚玉玉作作为为陶陶瓷瓷棍棍棒棒作作为为原原料料，，取取代代原原来来使使用用的的电电熔熔白白刚刚玉玉，，对对提提高高棍棍棒棒的的抗抗热热震震性性十十分分显显著著。。原理理：：板状状刚刚玉玉的的形形成成温温度度略略低低于于其其熔熔点点，，但但是是工工业业氧氧化化铝铝中中杂杂质质氧氧化化物物的的存存在在，，也也必必然然使使板板状状晶晶体体刚刚玉玉发发育育和和形形成成是是在在有有液液相相的的““半半熔熔化化””状状态态下下形形成成。。电熔熔板板状状氧氧化化铝铝在在此此状状态态下下，，刚刚玉玉晶晶粒粒迅迅速速长长大大，，晶晶粒粒晶晶界界移移动动速速度度高高于于闭闭气气孔孔向向晶晶界界移移动动的的速速度度，，导导致致晶晶体体内内部部存存在在较较多多的的闭闭口口气气孔孔。。另另外外，，Na2O在这这种种状状态态下下，，存存