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鋁土礦一詞在耐火行業被誤稱為高鋁礬土,此誤稱緣自1952年耐火材料界人員在唐山地區發現以一水硬鋁石為主的鋁土礦,當年不識為何物。經化學分析發現其Al2O3含量比礬土高很多,遂順口稱之為"高鋁礬土"。"礬土"一詞本是日語,指煅燒高嶺石。日偽時期日本在古冶設"礬土礦公司",開采和燒結當地高嶺石運往日本,掠奪中國資源。總之, 高鋁礬土是我們耐火材料工作者對可用作耐火材料原料的鋁土礦的一個專有名詞,一般它是要經過將其塊礦煅燒成高鋁礬土熟料應用的一類高鋁質耐火原料。
該礦床賦存于二迭紀或石炭紀地層中,呈似層狀和透鏡狀,為沉積型鋁土礦。礦石按礦物組成分為一水硬鋁石-高嶺石型(DK型礬土),一水硬鋁石-葉蠟石型(DP型礬土)和一水軟鋁石-高嶺石型(BK型礬土)。我國高鋁礬土主要為一水硬鋁石-高嶺石型。據統計,我國高鋁礬土已探明基礎儲量7.16億t,資源儲量25億t,居世界首位,且集中分布在河北古冶、山東淄博、山西的陽泉和孝義,河南的沁陽、鞏義和澠池一帶,湖南辰溪、貴州貴陽、廣西蘋果以及四川廣元和二灘等地。礦床厚達幾米甚至達幾十米。這些原料由冶金部組織了北京鋼鐵研究院、中科院金屬研究所、鞍山焦化耐火材料設計研究院和唐鋼耐火材料廠、洛陽耐火材料廠、重鋼耐火材料廠等,以及1963年成立的洛陽耐火材料研究所的加盟研究,深入系統的研究了全國各地高鋁礬土化學組成規律、礦物組成和顯微結構、礦石的外觀結構特征、各級礬土燒結性能與機制以及各種類別高鋁礬土熟料的制磚工藝,提出了高鋁礬土(生料和熟料)分級的意見。冶金部于1963年頒布了耐火材料用鋁土礦標準(YB 327-63),見表1。
表1 耐火材料用鋁土礦石分類和技術條件(YB 327-63)
級別
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化學組成(w)/%
|
耐火度/℃
|
Al2O3
|
Fe2O3
|
CaO
|
特級品
一級品
二級品
三級品
四級品
|
>75
70-75
60-70
55-60
45-55
|
<2.0
<2.5
<2.5
<2.5
<2.5
|
<0.5
<0.6
<0.6
<0.6
<0.7
|
>1770
>1770
>1770
>1770
>1770
|
注:(1)礦石應按級別揀選分級后交貨,交付驗收后的某一級礦石中,其他級別礦石的混入量不得大于總量的10%(w),超此規定者應予復選;
(2)礦石塊應50~80 mm,其中允許有小于50 mm者,但數量不得超過總量的10%(w);
(3)礦石夾雜之雜質(如山皮、黏土等)不得超過交貨量的1%(w),并不得明顯混入塊狀或片狀石灰石。
該標準成了地質隊尋找耐火材料用鋁土礦和計算各級鋁土礦石儲量的依據,也成了礦山采礦和選礦的分級標準。1965年陽泉鋁礬土礦成立,先后建了兩條回轉窯。20世紀70年代貴陽耐火材料廠建了兩條回轉窯。20世紀90年代河南澠池鋁礬土煅燒廠建了兩條回轉窯,孝義地區高鋁礬土生產20世紀80年代起步,建有豎窯和倒焰窯,后建數十條回轉窯。礦石入窯主要是塊礦。我國的高鋁礬土主要采用豎窯、回轉窯和倒焰窯煅燒,燃料主要用煤和重油。
冶金部于1978年頒布了高鋁礬土熟料技術標準(YB 2212-78),并于1982年修訂了高鋁礬土熟料技術標準,見表2。
表2 高鋁礬土熟料技術條件(YB 2212-78)
指標
品級
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化學組成(w)/%
|
耐火度/℃
|
體積密度/(g·cm-3)
|
Al2O3
|
CaO
|
Fe2O3
|
特級品(GAL-85)
|
>85
|
≤0.6
|
≤2.0
|
≥1790
|
≥3.00
|
一級品(GAL-80)
|
>80
|
≤0.6
|
≤3.0
|
≥1790
|
≥2.80
|
二級品(GAL-70)
(GAL-60)
|
甲.70~80
乙.60~70
|
≤0.8
≤0.8
|
≤3.0
≤3.0
|
≥1790
≥1770
|
≥2.65
≥2.55
|
三級品(GAL-50)
|
50~60
|
≤0.8
|
≤3.5
|
≥1770
|
≥2.45
|
注:(1)如一、二、三級品的三氧化二鋁含量低于各級下限,但與二氧化鈦的合量達到標準要求,允許按該品級交貨;
(2)氧化鉀加氧化鈉的限制含量,由供需雙方協商解決;
(3)用戶如對特級品有特殊要求時,由供需雙方協商解決。
隨著市場對高鋁礬土熟料質量要求的提高,于1987年制定了新的高鋁礬土熟料質量標準,優質高鋁礬土熟料技術條件,GB 8356-87。高鋁礬土熟料由原來的五個品級增加到六個品級,即增加了GAL-88,w(Al2O3)>88%,w(TiO2)≤4%,w(Fe2O3)<1.5%,w(RO)≤0.4%,w(R2O)≤0.4%,體積密度≥3.15 g·cm-3,吸水率≤4%。同時增加了TiO2,CaO+MgO和K2O+Na2O的含量要求以及吸水率的要求,體積密度各品級相應增加了0.1 g·cm-3。
高鋁礬土熟料由于采用塊法煅燒,特級和一級熟料煅燒質量多數較好,混級現象也較少;二級熟料燒結質量普遍較差,混級現象相當嚴重;三級熟料燒結質量較好,混級現象也較嚴重。
我國有豐富的耐火黏土資源,按其可塑性分為硬質黏土、半軟質黏土和軟質黏土以及高嶺土。凡是有高鋁礬土埋藏的礦山都有耐火黏土埋藏,除在古地層石炭紀和二迭紀外,在新生代地層中也大量埋藏。礦點分布較廣,如山東(焦寶石)、山西、河北、貴州、四川以及廣西(白泥),江蘇(蘇州高嶺土)、遼寧(紫木節、樹皮粘)、吉林(水曲柳)、河南焦作等地。鞍山焦化耐火材料設計研究院、洛陽耐火材料研究所和各耐火廠對我國各地耐火黏土的基本性能進行了研究,如可塑性、化學、礦物組成,燒結性能和制磚工藝,并提出了分級的意見。冶金部于1978年制定了耐火材料用硬質黏土熟料的標準YB 2211-78,并于1982年進行了修訂,耐火材料用硬質黏土熟料技術條件列于表3。
表3 耐火材料用硬質黏土熟料技術條件(YB 2211-82)
指標
品級
|
化學組成(w)/%
|
耐火度/℃
|
體積密度/(g·cm-3)
|
Al2O3
|
Fe2O3
|
特級品(YNS-44)
|
44~50
|
≤1.2
|
≥1750
|
≥2.45
|
一級品(YNS-43)
(YNS-42)
|
甲:43~50
乙:42~50
|
≤1.6
≤2.5
|
≥1750
≥1730
|
≥2.40
≥2.35
|
二級品(YNS-40)
|
36~42
|
≤3.5
|
≥1670
|
≥2.30
|
三級品(YNS-36)
|
30~36
|
≤3.5
|
≥1630
|
≥2.25
|
隨著市場對黏土熟料質量要求的提高,1988年頒布了新的硬質黏土熟料標準GB 9355-88。硬質黏土熟料由5個品級增加到6個品級,新增品級為YNS-45,w(Al2O3)=45%~50%,w(Fe2O3)≤1.0%,耐火度≥1770 ℃,體積密度≥2.55 g·cm-3,吸水率≤2.5%,同時各品級都增加了外觀、雜質含量的要求,Fe2O3含量某些品級要求也提高了。國家發改委于1988年進行了修訂(YB/T 5207-1993),并于2005年再修訂為YB/T 5207-2005,新標準增加了吸水率與雜質含量的要求。
作為耐火材料結合劑用的結合黏土--軟質黏土和半軟質黏土標準見表4。
表4 耐火材料用結合黏土技術條件(GB 4415-1984)
類別
|
品級
|
化學組成(w)/%
|
耐火度/℃
|
灼減(w)/%
|
可塑性指標
|
Al2O3
|
Fe2O3
|
軟質黏土
|
特級品
一級品
二級品
三級品
|
≥33
≥30
≥25
≥20
|
≤1.5
≤2.0
≤2.5
≤3.0
|
≥1710
≥1670
≥1630
≥1580
|
≤15
≤15
≤17
≤17
|
≥4.0
≥3.5
≥3.0
≥2.5
|
半軟質黏土
|
一級品
二級品
三級品
|
≥35
≥30
≥25
|
≤2.5
≤3.0
≤3.5
|
≥1690
≥1650
≥1610
|
≤17
≤17
≤17
|
≥2.0
≥1.5
≥1.0
|