氧化鋁質耐火材料

◆寶石：美觀、堅硬，產(chǎn)量非常少，如水晶（石英型二氧化硅）、紅寶石（氧化鉻固溶剛玉）?！裟突鸩牧希褐饕V物質中與寶石同樣的物質較多，如二氧化硅、氧化鋁。較多耐火材料主要為高熔點物質構成，物質原子間的結合力大，硬度也大。

寶石與耐火材料第四章Al2O3-SiO2系耐火材料◆氧化鋁產(chǎn)量：澳大利亞位居第一，近年我國產(chǎn)量超過澳大利亞。

◆

金屬鋁：我國近年金屬鋁產(chǎn)量已經(jīng)超過其它有色金屬，位居第一?！舾呒冄趸X：我國每年從國外進口數(shù)千噸。

第四章Al2O3-SiO2系耐火材料定義：Al2O3＞90%分類：氧化鋁質原料氧化鋁質制品

◆燒結氧化鋁制品

◆再結合燒結剛玉制品

◆再結合電熔剛玉制品應用：石油化工、玻璃、陶瓷、冶金、軍事等。

8氧化鋁質耐火材料

第四章Al2O3-SiO2系耐火材料氧化鋁的熔點為2050℃，呈白色，有許多同質異晶體。1）

氧化鋁變體與特性Al(OH)3→α-Al2O3加熱過程中的過渡相第四章Al2O3-SiO2系耐火材料ρ-Al2O3：原子排列有序性很差、電價不平衡→非晶態(tài)物質→Al2O3變體中唯一在常溫下有自發(fā)水化能力的形態(tài)。加熱→η-Al2O3→θ-Al2O3→α-Al2O3。α-Al2O3：氧化鋁各種變體中最穩(wěn)定的結晶形態(tài)。晶體形狀呈柱狀、粒狀或板狀。真密度為3.96~4.01g/cm3

。β-Al2O3：不是氧化鋁的一種變體，而是一種含堿土金屬或堿金屬的鋁酸鹽。晶體呈聚片雙晶發(fā)達的薄片狀或板狀。真密度3.30~3.63g/cm3。

γ-Al2O3：尖晶石型結構，部分四面體的空隙未被充填，真密度較α-Al2O3小。晶體形狀呈鱗片狀。真密度為3.42~3.65g/cm3

。第四章Al2O3-SiO2系耐火材料2）

氧化鋁質原料（1）工業(yè)氧化鋁以鋁礬土為原料

◆

堿法（拜耳法，奧地利）◆

煅燒法◆混合法第四章Al2O3-SiO2系耐火材料以一水鋁石為原料（我國鋁礬土A/S=5-7）

A/S=11-

8（拜耳法）A/S=3-5（煅燒法）Al2O3+Na2CO3→NaAlO2+CO2↑SiO2+CaCO3→CaSiO3+CO2↑2NaAlO2+CO2+3H2O→Al2O3·3H2O↓＋Na2CO3Al2O3·3H2O→γ-Al2O3+3H2O第四章Al2O3-SiO2系耐火材料Al2O3·H2O+2NaOH+(3-n)H2O→2NaAl(OH)4NaAl(OH)4→Al(OH)3↓

+NaOH（晶種，攪拌，冷卻）NaAl(OH)4+CO2→Al(OH)3↓+NaHCO3SiO2+2NaOH→2Na2SiO3+H2O2Al(OH)3→Al2O3+3H2O高鈉：0.5%~0.6%Na2O低鈉：～0.2%

Na2O（濃鹽酸酸洗

）一般由40～76％γ-A12O3和60～24％a-A12O3組成采用不同外加劑（如AlF3或NH4Cl）使化合物脫水，除鈉第四章Al2O3-SiO2系耐火材料（2）高純氧化鋁定義：利用前驅體在高溫下煅燒而獲得的a-A12O3微粉、超細粉、納米粉等。前驅體：α-AlOOH（勃娒石）、Al(OH)3、硫酸鋁銨、碳酸鋁銨等。方法：溶膠-凝膠法、共沉淀法、熱分解－沉淀法等。第四章Al2O3-SiO2系耐火材料——攪拌作用，加速反應，均勻溫度——抑制團聚，晶粒細化熱分解－沉淀法第四章Al2O3-SiO2系耐火材料反應中CO2的作用：ρ-Al2O3粉也可稱為高純氧化鋁原料前驅體→快速煅燒→非結晶相粉體

Al(OH)3→流化床、快速加熱（＞1100K）

水鋁礦→高真空、迅速加熱（575-700K）——不定形耐火材料的結合劑三羥鋁石勃姆石凝膠ρ-Al2O3+2H2O→Al(OH)3+AlOOH第四章Al2O3-SiO2系耐火材料（3）燒結氧化鋁（燒結剛玉或燒結白剛玉）工業(yè)氧化鋁→細磨→酸洗→煅燒→結晶相α-Al2O3預燒：燒結溫度↓第四章Al2O3-SiO2系耐火材料■

一步法工業(yè)氧化鋁—細磨（＜10μm＞85%）—酸洗—有機結合劑—成型—燒成—剛玉■二步法工業(yè)氧化鋁—煅燒（1450℃）—細磨—成型—燒成—剛玉第四章Al2O3-SiO2系耐火材料→鋁礬土，AlF3為脫硅劑工業(yè)氧化鋁→細磨→酸洗→超高溫快速燒成→板狀剛玉

提高燒成溫度——溫度是板狀剛玉形成的決定性因素——加入少量AlF3有利于板狀剛玉的均勻形成礬土基板狀剛玉第四章Al2O3-SiO2系耐火材料1700℃×3h1780℃×6h鋁礬土基燒結板狀剛玉的顯微結構第四章Al2O3-SiO2系耐火材料氧化鋁基燒結板狀剛玉的顯微結構第四章Al2O3-SiO2系耐火材料

◆

Al2O3含量高達99%以上

◆α-Al2O3晶體或晶粒呈板狀

◆

致密而晶內閉口微小氣孔多

→采用板狀剛玉制成的耐火材料不但抗渣侵蝕性強，而且熱震穩(wěn)定性優(yōu)良。板狀剛玉特點：第四章Al2O3-SiO2系耐火材料課間休息

第四章Al2O3-SiO2系耐火材料（4）電熔氧化鋁種類：

電熔白剛玉（工業(yè)氧化鋁—氧化法熔融—Al2O3＞99%）

致密剛玉

棕剛玉（天然高鋁礬土

亞白剛玉—Al2O3＜96%）第四章Al2O3-SiO2系耐火材料熔融：鋁礬土雜質：SiO2

Fe2O3TiO2CaONa2O等

氧化物的標準生成自由能△G0-T關系第四章Al2O3-SiO2系耐火材料雜質：SiO2、Fe2O3、

TiO2、CaO、Na2O等

氧化物的標準生成自由能△G0-T關系第四章Al2O3-SiO2系耐火材料還原劑：無煙煤

SiO2+C→Si+2COFe2O3（FeO）+C→2Fe+3CO——鐵屑

Si+Fe→Si-Fe合金——密度6~7g/cm3＞剛玉密度3.99g/cm3TiO2+2C→Ti+2CO（2TiO2+2C→Ti2O3+CO，TiO2+2C→TiO+CO）CaO→CaO·6Al2O3，CaO·Al2O3·2SiO2

——SiO2/CaO摩爾比=2第四章Al2O3-SiO2系耐火材料預燒：Si-Fe合金、Ti（Ti2O3，TiO）氧化—體積膨脹揀選：除鐵：（電磁除鐵，酸洗）氧化劑（軋鋼皮）第四章Al2O3-SiO2系耐火材料主晶相：α-Al2O3次晶相和玻璃相CaO·6Al2O3，CaO·Al2O3·2SiO2，3Al2O3·2SiO2，含鈦礦物等。Na2O·11Al2O3等棕剛玉（還原法）白剛玉（氧化法）電熔剛玉的礦物組成第四章Al2O3-SiO2系耐火材料亞白剛玉與棕剛玉相似，只是純度更高——適當增加無煙煤—深脫硅——次晶相有碳化物（如Al4C3）——Al2O3＞97%

Al4C3+12H2O→4Al(OH)3+3CH4CH4(氣)+2O2(氣)→CO2+H2O+890KJ→→減少Al4C3相措施：酸洗或煅燒第四章Al2O3-SiO2系耐火材料電熔剛玉：純氧化鋁熔液密度（2200℃）＜α-Al2O3晶體密度（真密度）3.99g/cm3——結晶收縮——氣孔熔融時間長、排氣充分、氣孔少的剛玉為致密剛玉——致密白剛玉（氧化鋁基致密剛玉）——致密亞白剛玉（礬土基致密剛玉）第四章Al2O3-SiO2系耐火材料原料：工業(yè)氧化鋁

—預燒（1350-1600℃）—H3BO3（1-3%）（晶型轉變、除鈉）

3）

燒結氧化鋁制品定義：氧化鋁細粉—成型—燒成第四章Al2O3-SiO2系耐火材料細磨：設備：球磨機振動磨攪拌磨方式：干磨濕磨介質：剛玉鋼球氧化鎢球→→→除鐵出料粒度：

——泥漿澆注薄壁＜2μm≥85%

——實心澆注圓件＜2μm≥70%

——機壓成型＜2μm≥50%第四章Al2O3-SiO2系耐火材料

泥漿澆注

——薄壁

——水分20-30%——pH值6-7中性

——石膏模

——提高坯體(素坯或荒坯)強度(如尿素、甲醛樹脂)

成型：第四章Al2O3-SiO2系耐火材料熱壓注入或擠壓

——形狀復雜、尺寸小

——增塑劑(如石蠟、糊精、羧甲基纖維素、聚乙烯醇等)

——脫蠟(埋在氧化鋁細粉的匣缽中)機壓或搗打

——部分氧化鋁熟料(顆粒)第四章Al2O3-SiO2系耐火材料燒成：溫度（1600-1800℃）外加劑（TiO2、M