红柱石对矾土烧结性能分析

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1、细粉红柱石对矾土烧结性能的影响分析摘要以红柱石和矾土为主要原料，粘土为烧结剂，纸浆废液为结合剂。在1420℃×3h烧成制度下，研究了红柱石的细粉加入量对材料线变化率、耐压强度和抗急冷急热性能的影响。结果表明：在1420℃×3h条件下，红柱石分解出的针状莫来石晶体交结呈网络状，强化了材料的组织结构，改善了材料的物理性能。本试验中红柱石细粉的合适加入量为10～15%。关键词红柱石；矾土；烧成制度；莫来石前言矾土抗酸、碱性熔渣侵蚀性强，高温机械强度大，广泛应用于钢铁、有色等行业，但其抗急冷热能力差、高温体

2、积稳定性不好，导致材料的变形和剥落，降低材料的使用寿命。目前国内基本采用加入人工合成莫来石的方法来克服其缺点，然而人工合成莫来石的价格高，材料成本高，限制了人工合成莫来石的使用。红柱石属热蚀变矿物，杂质含量低，在1350～1500℃可分解成莫来石（3Al2O3·2SiO2）和SiO2，并伴随着3～5%的体积膨胀[1]，由于体积膨胀，可抵消其他原料在高温下的体积收缩，对材料的高温体积稳定性非常有利，能保持材料在使用中的外形尺寸准确；生成的莫来石热膨胀率小，针、柱状晶型形成的网络状结构对材料的热震性和高

3、温力学性能非常有利。本文通过在矾土中引入红柱石，研究了红柱石细粉的烧结性能对矾土材料性能的影响，为红柱石的利用开发和提高矾土材料性能的研究作了一些基础工作。1原料红柱石矿选用河南西峡，其主要矿物为红柱石，含少量石英质矿物等杂质，其化学组成见表1。矾土选用山西阳泉的特级料，其主要矿物为刚玉和少量莫来石，杂质含量低，烧结良好，体积密度3.3g/cm3，耐火度大于1790℃，化学成分如表1。粘土为软质粘土，其主要矿物为高岭石，杂质含量高，起烧结剂和部分结合剂作用，化学成分如表1。表1原料化学成分Table

4、1Chemicalcompositionofrawmaterials项目AL2O3SiO2MgOCaOK2ONa2OFe2O3TiO2红柱石59.0237.840.140.360.180.121.500.21矾土87.348.200.120.20o.140.111.202.30粘土37.6048.130.340.460.750.621.630.562实验2.1粒度配比：在保持一定的强度下，增加配料中＞1mm的颗粒含量，可以有效阻碍细粉中微细裂纹的扩展，提高材料的抗急冷急热性能[2]；采用粗、中、细三

5、级颗粒配比，以粗粒和细粒比例较大，中粒比例较少，以实现颗粒料的密集堆积，提高材料的致密度和材料的抗力学性能。2.2细粉的配比细粉对材料的烧结结合和高温性能非常重要，为了保证细粉中莫来石的最大生成量，从Al2O3—SiO2二元系可知：细粉化学成分应按Al2O3含量68～75%，SiO2含量32～25%进行配比，但在实际烧结中由于二氧化硅的少量挥发和还原[3];以及和基质中的碱金属氧化物作用形成低熔点化合物而损耗，从而使Al2O3含量相对升高出现过剩，导致刚玉相增加，而莫来石量减少，所以实验中Al2O3

6、含量应低于理论值约为60～65%。作为结合剂的粘土主要是保证试样的成型和降低烧结温度，要求其具有良好的塑性和结合性，但用量应严格限制在3～5%，一方面：其杂质多，易形成低融物；另一方面，本身大量的SiO2存在，再加上红柱石转化成成莫来石（3Al2O3·2SiO2）分离出的SiO2，会导致游离SiO2含量过剩，对高温性能不利。2.3试样的制备：将红柱石和矾土加工成3～2mm、2～1mm、1～0.1mm颗粒，粘土和矾土共同磨粉<0.044mm。原料配好后压制成ф50mm×50mm试样,于110℃干燥24

7、h。2.3烧成1350～1500℃为红柱石莫来石化转化期，1400℃为剧烈转化期[4]。为提高莫来石的生成量，本试验将烧成定为1420℃×3h。烧成后试样的性能测试包括体积密度、线变化率、耐压强度和抗急冷急热性能（1100℃水冷次数）。3实验结果与讨论3.1试样的物理性能烧后试样断面结构致密，外观没有膨胀变形和熔化过熔现象，烧成试样的物理性能见表2。表2试样的物理性能Table.2Physicalpropertiesofthespecimens项目红柱石（%）体积密度(g/cm3)烧后线变化（%）耐

8、压强度（Mpa）抗急冷急热性（次）02.85-0.15571252.54-0.136016102.50-0.2167.426152.470.0387.632202.400.1260.5293.2试样的显微组织结构显微结构中，小颗粒的红柱石已基本完全莫来石化。大颗粒红柱石的莫来石化反应边比较明显，莫来石均呈针状、柱状晶体，沿红柱石颗粒裂隙由于莫来石化的膨胀作用而有明显的破裂现象(见图1-a)，偶而可见一些粗大的莫来石柱状晶体，可能系重结晶或二次莫来石晶体。细粉中分布着许