莫來石耐火材料及稀土的應(yīng)用(1)

1、199了眸曹月息第130« w & 與豪盛會*塚述.莫來石耐火材料及稀土的應(yīng)用魏坤南昌大學(xué)稀土工程中心 南昌330047)CM H)介蹈了莫耒石的性老、研究現(xiàn)狀和用熱，対賓來石的兩種蟲產(chǎn)方法尺晞土對莫夾石的改性悴陽進(jìn)行了秤述IHE 丁希土蔦親石昭火材料的應(yīng)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 & 與豪盛會*

2、1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 199了眸曹月息第130« w & 與豪盛會*1前害鋼鐵冶爍新技術(shù)的發(fā)展有犢于優(yōu)質(zhì)高效 耐火林料的開發(fā).現(xiàn)階段我國耐火材料雖然 總產(chǎn)超過裕求，但其質(zhì)量和品種遠(yuǎn)不能適 ffisaattt術(shù)的««*,«于w年代n 然開st-sk品稈但與世界水平的蓋呃 還很大(相當(dāng)于世界70年代初的水平人有相 當(dāng)一部分耐火材料產(chǎn)品需從國外進(jìn)口.就寶 鋼面育* 一期工程從國外進(jìn)口的耐火材料約 支岀？00萬美

3、元投產(chǎn)后至1988年此項花費 又耗資4 300萬美元口打因哉實現(xiàn)進(jìn)口耐火 材料產(chǎn)品的國產(chǎn)足鋼鐵冶煉及其他 高溫新技術(shù)的多原次需要已迫在眉睫.另一方面我國稀土資源豐富*江西的禹 子吸附型稀土礦萸是得天獨厚.近年來稀土 產(chǎn)品急劇上升*品種多、規(guī)格齊全，有些產(chǎn)品 已是供過于求、價格下跌，這為稀土的應(yīng)用研 究提供了有利條件因此郵土在莫來石耐火 材料生產(chǎn)中的應(yīng)用這一新領(lǐng)域的開拓，對于 促進(jìn)土工業(yè)的進(jìn)一步土產(chǎn)晶 結(jié)構(gòu)、壊和供需矛盾也具有十分童宴的 意義2莫來石的性能及其生產(chǎn)、應(yīng)用2.1其耒石<muUite)ft AljO>-SiOa 二元相 中唯一種定的具有根好 的化學(xué)"定性.其化學(xué)

4、繪成為3加,0 * 2Si6 Sig 莫來石是工業(yè)K%M 品中畫要的化合物之一.但在自然界中真來 石菲常稀少，只在蘇格蘭西海岸的瑪爾璇瑟 (Mull of i譏巧有天然莫來石礦.早左1847年,Wachter等人曾在高溫?zé)?結(jié)的廚瓷器中發(fā)現(xiàn)了細(xì)針狀晶怵他們推測 這些針狀晶休主要是化合狀態(tài)的氧化鋁和二 氧化硅.當(dāng)時假定這些針狀體是硅線石。直 到1924年-Bowen等人通過典型研究，才礙 出在髙溫時，奠來石是AlO-SiQ系統(tǒng)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 & 與豪盛會*1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 199了眸曹月息第130« w & 與豪盛會*(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. 總第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的應(yīng)用此后幾十年中，人門進(jìn)行了大量研究工 作井對Ai2OrSiO;二元相圖中莫來石

7、是 否為一致熔融的化合物展開了激烈的學(xué)術(shù)討 論“ Bowen和GTf 給出的AKOj-SiO；系 相圖一直般廣臣引用了近盹年.該相圖表 明*莫來石（3AIQ廠2SiO:）是不一致熔融的 化合物，在1 810 C轉(zhuǎn)熔為剛玉c-A1A）和 液相轉(zhuǎn)熔蔽相的組威（即轉(zhuǎn)熔點的組成）含 55%A!Q外但A田maki和Roy等認(rèn)為莫來 石為一致熔融的化合物，并存在從痕相中直 接析岀的A1Q”固溶上限為2A1A - SiOt （含77* 3%AIQJ莫來石固榕聲邂毛代后 期.Aksay和珂占"、曜于他們餡褲究結(jié)果 提出了新的論點；在穩(wěn)罷平術(shù)時莫來石是不 一致熔融的*轉(zhuǎn)熔溫度為1 828 C+10 C

8、, 在VI 753 t時*穩(wěn)定固溶體的ALQ上限 含量從2 5%擴大到74%.在急冷的條件下 會析岀顯示一致熔融持征的介穗莫辛石，而 且從液相中析出的介穩(wěn)其來石固洛體的 ALQi上限含量甚至可高達(dá)83-2% t直到198?年II月在東京舉行了第一次國際奠來 石討論會。與會者普遍認(rèn)為莫來石無因定組 成”而具有一小固f容怵范圍但固溶休范圍仍 處于熱烈的討論中.盡管莫來石的組成在理論上存在著爭 議但這甦毫不影響它的應(yīng)用級目前*莫來石 巳廣眨用于耐火材料、高級陶瓷、結(jié)構(gòu)陶瓷和 電子工業(yè)（見表1兒這一切都取決于莫來石 優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和其特有的化學(xué)、機械等性 能見叢2） 從表2中可以晉出，莫來石具有 很區(qū)

9、的耐敕廢和高溫下對議性酒譽良好的耐 樓蝕性，思西酚嘉型荷屋性、耐磨性、抗剝落 性導(dǎo)，實踐證明"打用莫來石做成的耐火撈料 制品具有很高的機械強度，高的密度和荷殖 變形渥度較小的氣孔率，抗熱廉性好以及在 熱膨脹曲線上不存在異?，F(xiàn)捺辱特點.因此 莫來石作為高品質(zhì)耐火材料*其應(yīng)用越來越 廣泛.M莫來石的生產(chǎn)莫來石按其加工方法分為電熔莫來石種1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 總第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的應(yīng)用1994-2007 China Academic

10、Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 總第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的應(yīng)用«1莫釆石的主要用途應(yīng)用頓城相關(guān)許備或工藝與來石殖光材料酣件水泥回轉(zhuǎn)爐窯舉部內(nèi)時N誓窯（連集式戴間段式）窯星*窯具、證持*拱頂、窒也器尊a璃鞍璃熔窯蠟弭機、燒購電磚、窯擡、玻璃烤池電于9ft&ttMM件、熱電碉等有色金牌熔慍爐菽憲館扶亀稲拉誌裸護(hù)飛抗和乎雷飛韻導(dǎo)向前隊、載鳳屏護(hù)粗、火*和飛機岌動機排叢 和屏蔽覃離爐護(hù)廈和護(hù)身下蕭內(nèi)時爐EL爐威人頂曄摘磚、轉(zhuǎn)襯、水口，中間包襯、輕水口、ft動水口和術(shù)口磚電弧爐滬頂、爐門攜、電

11、極平爐爐PL上升道、縮it握鐵爐、盛鋼桶、醞雷式帙水內(nèi)襯k空脫弋逋弋警、Bt吒管、桶檸譽滬鞍鳳爐轄于畫、內(nèi)対爐、權(quán)軌W R*2冀來石的輸理性能理論毎度禪性握g. cm-1CVW» (m * k)t r-1mp*MPakJ. mop*%3.163. 221 3501 8003.9775. 13XJ0-*58- 62300. 2S&8&. 1-695. 70衽空氣中I于1 ooo 1C條件|®25-) 000 r.1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights re

12、served. 總第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的應(yīng)用1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 總第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的應(yīng)用燒結(jié)莫來石兩類.1925年美國Corine Class Works發(fā)明了電熔鑄莫來石磚電熔莫來 去是由氣化硅和氧化鋁熔融而成采用的是 熔融溫度在2 000 t以上的水拎電弧爐并 要求較高的控劇技術(shù).同年代我國也開始了電熔莫來石的生 產(chǎn)、到80年代產(chǎn)品已達(dá)世界先進(jìn)水平所生 產(chǎn)的電熔莫來石，其相組成為*莫來石 95%.玻璃梱5%具體成分及性

13、能參見表 31994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 總第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的應(yīng)用1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 總第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的應(yīng)用*3碓第JC表石耐火財料兇件蹲盛分和主要性能生產(chǎn)flr1 學(xué)« <成-s分豎贊松養(yǎng)密度密度耐火度開抬變基世度詛導(dǎo)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申國池胡5対J 5th血a os慶03N 覲 Oo.Q 謡2. 37 >3.03 >1 790>1 700仇2 MPi條件"F】子1 000匸條蹴1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved

15、. 總第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的應(yīng)用1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 總第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的應(yīng)用燒結(jié)合成莫來石始于30年優(yōu)當(dāng)時采用 的是夭然原料，純度低.60年代美國C-wood Wharton公司開始采用高純燒結(jié)法合成英來 石詢，進(jìn)入70年代我國也開始了這方面的工 作.工業(yè)上生產(chǎn)合成燒結(jié)莫來石可采用兩種 不同設(shè)備:睫道窯和回轉(zhuǎn)窯桂在這兩種情況 下，莫來石的組成都是基于純高嶺石礦物和 氧化鋁的反應(yīng)，故可控制化學(xué)計量.2.3燒結(jié)莫來電熔莫來石的

16、性能比較用撓結(jié)莫來石和電熔莫來石加工的耐火 材料制品，其性能比較示于表4閔由表4可看岀1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 總第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的應(yīng)用1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 總第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的應(yīng)用«4燒結(jié)葵來石和電落莫來石耐火磚的性龍比較類矗CffSE幵口孔辜%可進(jìn)栓鵝%傳鵝垂妒W.m-

17、aK-1IHE下區(qū)率*%MPa7902.75U0” 492U90-53.01 79Q260130.532. 2Z.020莖 1 410 P »<g>T 1 300 亡條萍*敘* 19& MPii2hd 700 t 丄于 J <00 C 條ft*1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 總第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的應(yīng)用1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing Ho

18、use. All rights reserved. 總第130期坤莫耒石耐火材料及稀土的應(yīng)用兩種莫來石的基本性能較好.特別是 耐火度均高，顯著超過鋼鐵和玻璃的工作溫 度.(?)燒結(jié)莫來石的抗彎強度大大高于電 熔亮來石這是由于燒結(jié)莫來石中存在一些 小的但是發(fā)育很好的交情晶體網(wǎng)絡(luò)所致.(3)電熔莫來石顯示岀更優(yōu)良的抗蠕變 值這主要是由于其具有較大的晶休穂定性.目前'用于鋼鐵、玻璃絳行業(yè)的莫來石材 料有電熔莫來石制品和燒結(jié)莫來石制品兩 種F由于電熔制品在三相電弧爐中生產(chǎn)，控制 難度大，且能耗成本高J另外,電熔中的備折 會弗響制品結(jié)檜的均勻性號同時碳電極上的 碳對制品性第也有夠響因蛇,人們建親

19、越傾1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. &V130期火材料及*土的虜劃鴉向于性能優(yōu)良的高純燒結(jié)制甜”美國和西歐一些國家自1即百年以來大 盤笈展合咸高純莫來石燒結(jié)材料.由于高純 燒結(jié)法合成莫來石巖相結(jié)構(gòu)中,90%-95% 的結(jié)晶相為少璇璃相所膠結(jié)，并含有少量 的勵玉結(jié)掃，因就萱燒時結(jié)晶變牝小，弋孔率 和宏觀變形不大哀耐火制品性能優(yōu)良譏S實 踐表明，有些燒結(jié)制品往往優(yōu)于同類的電熔 制品，如玻璃窯池用的AZS（潔剛玉）琲為全 粉料AZS燒結(jié)材料在爼成結(jié)構(gòu)和一系列性

20、 值上稱優(yōu)于相應(yīng)NO*含量的電熔AZS材 «CtD男外,在寶!-號離護(hù)申（«««定提供 1 250匸以上的嵩從熱鳳）就采闈：Tjfe結(jié)合 成奠來石磚.從我國工業(yè)結(jié)構(gòu)和資源基礎(chǔ)來 看發(fā)展添加輪土的燒結(jié)莫來五耐火材料更 符合實際需要3稀土在耐火材料中的應(yīng)用研究稽土在耐火材料中的應(yīng)用主KUlffjtaM 的方法加人其柞用主要是在結(jié)晶化學(xué)方IL 從國內(nèi)外報導(dǎo)的文St來看，從事這方面研究 的國家還不多研究的時間也不太性*國外曾 研究過稀土在電熔azs制品中的作用，認(rèn)為 引入少董的稀土元素牝合物會促進(jìn)詩件結(jié) 晶結(jié)構(gòu)細(xì)北,增卻鑄件致密部分的厚度，同時 能使耐火材料抗玻

21、璃侵蝕性提高約10% 15% 3見表 5U, 表5 AZSK火材料抗鈉鈣硅醸鹽玻璃悴的 侵憧性'竝火材料毎晝夜圧諛Nt/mm畫璃蔽面上SS璃面下AZSiH無添加柯）0. 58D+3Q0. 430.26f靜春試盟550 rfilWZOb-稀土對電熔莫來石的改性研究表明邛叭 在潺加MgOXri.Y等越化劑的改性 研穽中堆為有效.氧化杞幫加劑能產(chǎn) 生蚯強的陶瓷燒結(jié)，大大提高了制品的強度,井保證其具有充分的抗熱麗性*發(fā)見寢6.«ti汞加剜對莫素石試樣性謹(jǐn)曲影響播加劑開口吒孔半%貶度疚抵嚴(yán)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-一蠱出現(xiàn)最初的裂軾tx前的憐豹交替衣數(shù)， 分母到試彈破編時為止的沖鶴交騎喪數(shù)此外*?e 土還能降愴用火對科的燒結(jié)程g育穩(wěn)土用于曲處于 研究階段,但土元于電子住、 結(jié)構(gòu)詡瓷、陽遵超導(dǎo)體尊，并巳取得顯著效 果預(yù)計.稀土在耐火材料方面進(jìn)入實用性階 段在我國已為期不遠(yuǎn).4前景展望我ar九五（劃的屋歩冥k和輕拚 的遴一步飛.抬金.憲0U有怛金H棒抒業(yè) 都將頁臨新的挑戰(zhàn)而這些行業(yè)的發(fā)JRffX 不開離質(zhì)童的耐火材料因此，稀土在耐火材 料工業(yè)

23、中的應(yīng)用必將進(jìn)入一牛耕新的時期. 預(yù)計*稀土莫來石耐火材料在以下幾個方面 的應(yīng)用將會產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效 益.4.1連鑄用磚及熱鳳爐磚我國鋼鐵行業(yè)中連鑄比還相當(dāng)?shù)?，將?一個較大的發(fā)展'必殖有足翳的且相當(dāng)質(zhì)量 的高級耐火材料來穂定連鑄鋼坯的合格率* 而稀土莫來石耐久材料是一種適合連鑄鋼坯 用的高級耐火材料*它可使鋼坯的合格率大 大提高如找國武鋼在煉鋼連鑄生產(chǎn)中,95% 以上都采用了莫來石高級耐火材料*使鋼坯 合輅率穩(wěn)定在99*5%以上，毎年的綜合經(jīng)擠 效益超過RO萬元.另外，寶（R號高護(hù)熱風(fēng)爐要求定提 供1 250 P以上的高溫?zé)犸L(fēng)*普通高侶磚和 枯土磚已不能勝枉日方設(shè)計的該設(shè)備

24、的上 層結(jié)構(gòu)采用了臺成莫來石磚満足了高溫?zé)?負(fù)荷的要求.來石磚如能取低部分進(jìn) 口用磚，那未其經(jīng)岳效益非?？捎^.4- 2'在我國長的梗用壽命為2 年左右，而在國舲其菽璃熔窯的平均壽命都 在5年以上爐熔窯壽命的長瓶直接或同接地 反映了玻璃質(zhì)量的高低、能耗及原料消耗的 多少尊主要技術(shù)繪濟(jì)指標(biāo)的先進(jìn)與落后*而 這些1S標(biāo)又在狼大程度上取決于 ?S的斷 火粉料的ft«.由于得土道親若具莉抗1瓷樓據(jù)性 能好和電阻離錚掙點，用于玻璃搏修不儀能 提禹玻璃熔化質(zhì)端短同期熔化率而且能 降低熱童消6和延任熔窯的fit用壽命.4.3 陶瓷KXSA在陶瓷燒成過程中*窯具是一種超支據(jù) 及保護(hù)（品作用的輔

25、助材料.§KtS內(nèi)用于 窯具的莫耒石-JE1T石材料，大都以柱線石" 港石專為原料，在制品燒成過畏中生成莫來 石和董靑石.共缺點迪在I 325 C生成其來 石時，伴有3%厲的怵積變化，形響K品 的離漁性能.而國外窯具中的英來石參由人工合成I共優(yōu)點左于忌物理化學(xué)性質(zhì)更為均勻避免了莫來石主成過程中的詫積變化從 而可生產(chǎn)形狀和尺寸精確的制品.44其他方ifi稀土真來石用作隔熱材料*其fig熱性能 町與氧優(yōu)帕空心球*1品相總美,成本卻低得 多”用作輕質(zhì)爐材也同禪具有良好的 發(fā)展前景. X K1王秫田 改史事席.幕陽沁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