红柱石原料高温结构演变及抗钾蒸气侵蚀行为研究

红柱石是铝硅系耐火材料重要的原料之一，因完全莫来石化后具有莫来石-高硅氧玻璃相相间的结构而表现出优异的抗碱侵蚀性能。然而，其莫来石化程度与抗碱侵蚀性能之间的关系尚未厘清。为此，本工作以粒度为3～5 mm的红柱石为研究对象，在1 450～1 600℃下热处理红柱石3 h,研究了红柱石的莫来石化过程与结构演变，并采用碱蒸气法研究了抗碱侵蚀行为。结果表明，随着热处理温度的提高，红柱石表面及裂纹附近先转变形成莫来石-高硅氧玻璃相结构，随后莫来石化转变不断向内部发展，直至完全莫来石化。红柱石莫来石化程度不同决定了其不同的抗碱侵蚀行为。1 450℃热处理后的红柱石表面及大裂纹附近形成的莫来石-高硅氧玻璃相复合层较薄，侵蚀以红柱石与钾蒸气直接反应为主，抗碱侵蚀性能较差；1 500℃及以上温度热处理的红柱石表面及大裂纹附近形成了一定厚度的莫来石-高硅氧玻璃相复合层，钾蒸气首先与高硅氧玻璃相反应形成含钾硅酸盐液相，随后该液相对莫来石相产生侵蚀溶解，阻止了碱蒸气对莫来石的直接反应侵蚀，从而使红柱石表现出优良的抗碱侵蚀性能。     

铝硅系耐火原料与碱蒸气反应侵蚀行为

近年来,污泥、生活垃圾作为水泥生产的部分燃料应用于水泥生产,造成水泥窑炉衬材料硅莫砖的严重碱侵蚀破坏和剥落,影响水泥窑的稳定运行。采用碱蒸气法系统研究了水泥窑硅莫砖用高铝矾土、莫来石(M60)及莫来凯特3种铝硅系耐火原料抗碱蒸气侵蚀行为。结果表明：3种铝硅系耐火原料的碱蒸气侵蚀行为,与原料中的化学成分、玻璃相含量和成分及其显微结构等密切相关。对于以刚玉、莫来石为主的高铝矾土,碱与刚玉、莫来石晶相发生反应形成钾霞石,产生体积膨胀,使得高铝矾土表面先发生疏松和开裂,后碱蒸气渗入颗粒内部,造成严重碱侵蚀破坏;而对于以莫来石为主的莫来石(M60)原料,碱与莫来石和玻璃相发生反应,形成瞬间液相并析出白榴石相,形成的液相阻止了碱的渗透,使碱侵蚀仅发生在表面层而表现出优良的抗碱侵蚀性能。而莫来凯特原料中晶相莫来石与玻璃相含量相当,玻璃相含量高达46%,其与碱蒸气发生化学反应形成更多的液相,同时析出白榴石相,因氧化钾反应溶解在该原料玻璃相中,造成原料整体性侵蚀破坏。     

杂质和高温液相对莫来石化动力学和抗热震性的影响

研究了煅烧红柱石颗粒的莫来石化和生成莫来石的显微结构。众所周知,莫来石生成的机理为:加热过程中,红柱石单晶转变为组成为3∶2的莫来石单晶,毛细网络由富二氧化硅液相所填充。但是很少有人研究杂质对莫来石化动力学的影响。本研究表明,红柱石中杂质(主要是铁和碱金属)的存在增加了液相量,降低了液体黏度。莫来石化动力学由红柱石的粒度、化学组成、红柱石矿的产地、液相含量和特性所决定。因为特殊的显微结构和液相的存在,在空气中进行热震时,已莫来石化了的红柱石晶体表现出典型的复合材料的特点:微裂纹被莫来石/玻璃相界面偏移了,而且在玻璃相区域终止。继续加热后,热震产生的裂纹又得到愈合。     

新疆红柱石的莫来石化试验

红柱石是一种性能优良的硅铝酸盐矿物原料,在高温下不可逆地转变为莫来石(3Al2O3·2SiO2)和富SiO2液相,转化完全后,莫来石的质量分数约占80%,玻璃相的质量分数约占20%.红柱石的莫来石化除受煅烧温度及保温时间的影响外,还与原料的粒度及杂质的成分、含量和分布有关.我国新疆巴州地区有丰富的红柱石资源,已在国内外大量使用,但对该红柱石的研究工作报道不多.本工作研究了不同纯度和粒度的新疆巴州红柱石精矿在不同温度和保温时间下煅烧后的莫来石化量.     

铝加工用阳极焙烧炉内铝硅酸盐耐火材料的气相腐蚀

为了更好地了解阳极焙烧炉烟道用耐火材料腐蚀机理,对用后样品和在实验室条件下钠气及一氧化碳的腐蚀做了研究.通过耐腐蚀试验,发现在阳极焙烧炉周围的被腐蚀的样品中形成了富钠的玻璃相.耐火材料基质中莫来石化的红柱石减少了钠气腐蚀时形成的玻璃相.为了提高其抗腐蚀能力,建议如下:1)原料中加入微量的红柱石和活性氧化铝以形成二次莫来石相;2)降低黏土含量以减少玻璃相的形成;3)优化烧结温度.     

红土镍矿回转窑用低气孔莫来石砖的性能

以莫来石均质料、红柱石、α-氧化铝粉等为主要原料,通过引入不同比例的莫来石均质料制备低气孔莫来石砖。研究发现该砖具有气孔率低、常温耐压强度高以及良好的热震稳定性。以普通高铝砖和刚玉莫来石砖为对比,采用静态坩埚法研究了高温下低气孔莫来石砖的抗侵蚀性能,发现该砖具有优异的抗渣侵蚀能力,适用于红土镍矿回转窑过渡带。     

烧成温度和保温时间对红柱石基耐火材料莫来石化行为的影响

研究了烧成温度和保温时间对添加活性氧化铝的红柱石基耐火材料莫来石化行为的影响。对试样XRD数据的分析结果表明,烧成温度升高,莫来石含量线性增大,残存红柱石线性减少,二者具有良好的相关性。氧化铝溶解入液相主要在1400℃之前。二次莫来石化反应主要发生在1500℃之后。1600℃烧成时,保温3h之内,莫来石含量增长速度最快。二次莫来石的生成反应在一定程度上滞后于一次莫来石反应和刚玉溶解入液相的反应。     

用红柱石生成莫来石

在1250－1700℃之间，用X射线衍射技术研究了伊朗精红柱石在添加与不添加氧化铝粉情况下生成莫来石的变化过程。该红柱石在1600℃经过2h的加热后，被完全转化为由莫来石构成的、作为主相和非晶相的复合物。红柱石的粒度分布影响了在1500℃下煅烧的粉料的莫来石化。     

热风炉长寿与低蠕变Al2O3-SiO2系耐火材料的探究

回顾了中国热风炉用低蠕变Al2O3-SiO2系耐火材料研发的历程。通过对比矾土基低蠕变Al2O3-SiO2系耐火材料与莫来石基低蠕变Al2O3-SiO2系耐火材料的实际使用结果认为,要实现热风炉长寿命,对于热风炉用耐火材料而言,除了要求其具有优异的抗蠕变性能外,还应具有优良的抗热震性、抗CO和碱蒸气侵蚀等综合性能。针对中国资源综合利用的现状和可持续发展战略要求,建议使用红柱石或莫来石基原料制备Al2O3-SiO2系低蠕变系列耐火材料;即通过对原料进行分级,实现天然Al2O3-SiO2系原料(主要是红柱石)和人工合成Al2O3-SiO2系原料资源的综合利用,优化材料的矿物组成,制备以莫来石为主晶相结构,Al2O3质量分数低于75%的莫来石基低蠕变系列制品,并结合性价比进行优化配置,真正实现热风炉的长寿化,应该是今后长寿型热风炉用Al2O3-SiO2系耐火材料研发的重点。     

Al2O3-3Al2O3·2SiO2-ZrO2耐火材料的相组成

Al2O3-SiO2-ZrO2系耐火材料应用范围广,特别被用作陶瓷辊,具有力学强度高、抗热震性能优良、耐碱类化合物侵蚀和高温蠕变率低的特性。Al2O3-SiO2-ZrO2系耐火材料性能很大程度上取决于其结晶相和玻璃相的总量和化学成分,采用定量XRPD和XRF研究了原料中Al2O3/SiO2比和氧化铝颗粒尺寸分布对结晶相和玻璃相的总量及其化学成分的影响。耐火材料由莫来石、刚玉、ZrO2的多晶体和总量各异的玻璃相组成。莫来石含量及其晶胞参数和成分随烧成温度改变,但主要受原料中Al2O3/SiO2比的影响。     

氧化铝原料对红柱石基耐火材料莫来石化行为的影响

研究了几种氧化铝原料对红柱石基耐火材料莫来石化行为的影响。对试样XRD数据的分析结果表明,所引入的烧结氧化铝、活性氧化铝和棕刚玉都对红柱石的分解转化有不同程度的抑制作用,其中棕刚玉对红柱石分解转化的抑制作用尤为强烈,原因在于引入的TiO2。但TiO2对二次莫来石的生成没有影响。红柱石的分解转化受制于高温液相中的氧化铝浓度。活性氧化铝加入量小于20%时,其加入量增加,对红柱石分解转化的抑制作用随之增大。氧化铝原料的反应活性取决于其在高温液相中的溶解速度。     

基于蓝晶石尾矿制备莫来石-高硅氧玻璃复相材料研究

为高效资源化利用蓝晶石尾矿，以蓝晶石尾矿为原料，加黄糊精和水，压制成?50 mm×50 mm的生坯，经1 400、1 500、1 600、1 650℃保温3 h热处理制备莫来石-高硅氧玻璃复相材料试样，借助XRD和SEM研究其抗碱侵蚀行为。结果发现：经1 400、1 500℃热处理后试样中高硅氧玻璃相含量低，气孔以开口气孔为主，抗碱侵蚀性较差；而1 600、1 650℃热处理后试样中形成较多的高硅氧玻璃相，气孔主要以闭口气孔为主，侵蚀仅发生在表面区域，抗碱侵蚀性与莫来石化后红柱石的相当，抗碱侵蚀性优异。     

亚白刚玉对红柱石细粉烧结性能的影响

为了考察亚白刚玉对红柱石基耐火材料烧结性能的影响,以南非红柱石细粉和亚白刚玉细粉为原料,研究了亚白刚玉加入量(加入质量分数分别为5%、10%、15%、20%、25%、30%和35%)对红柱石细粉在不同温度(1 150、1 200、1 250、1 300、1 350、1 400、1 450、1 500和1 600℃)煅烧后莫来石化和烧结性能的影响。结果表明,引入亚白刚玉后,红柱石细粉的烧结性能受控于原生莫来石化反应和二次莫来石化反应的膨胀效应,以及高温液相促进烧结的综合作用。低于1 350℃时,系统中发生的主要是原生莫来石化反应,系统的烧结行为主要受原生莫来石化反应的膨胀效应影响,亚白刚玉加入量对红柱石细粉的烧结性能影响不大。高于1 400℃时,系统中将产生二次莫来石化反应并主导系统的烧结行为,二次莫来石化反应的程度随着亚白刚玉加入量的增加而增大,红柱石细粉的烧结性能也随之恶化。可见,以亚白刚玉作为添加剂来提高红柱石基耐火材料的莫来石含量,进而改善其高温性能时,应该根据制品的性能指标要求,合理确定最佳亚白刚玉加入量和煅烧温度。     

微波烧结机械活化后红柱石的莫来石化、显微结构和物理性能

本文研究了机械活化和微波加热红柱石粉体对莫来石形成的影响。XRD分析结果表明:球磨60h后红柱石的衍射峰消失,同时可以观察到氧化铝的衍射峰。机械活化后的红柱石粉末和基准红柱石粉末加热后莫来石的形成温度分别为800℃和1 250℃。然而完全莫来石化的温度分别为1 100℃和1 400℃。机械活化后的红柱石所制备的莫来石具有更好的致密度,并且具有细长的形状。     

熔铸耐火材料抗盖板玻璃熔体侵蚀行为研究

本文以熔铸耐火材料为研究对象进行抗盖板玻璃熔体侵蚀试验,采用化学分析、岩相分析和电子显微镜能谱分析等测试分析方法,对比研究钠钙玻璃熔体、高铝玻璃熔体和锂铝玻璃熔体对熔铸耐火材料的侵蚀行为。结果表明,玻璃熔体中的碱金属离子向耐火材料中的玻璃相扩散,导致玻璃相黏度降低,同时耐火材料中刚玉相溶解,斜锆石分散,主体结构遭到破坏,并形成界面层。界面层内存在富铝含锆的玻璃相,由于高铝玻璃和锂铝玻璃氧化铝含量高,表面张力大,界面层内的玻璃相聚集在试样周围且扩散慢,从而阻止了侵蚀的发展。玻璃熔体的侵蚀速率为钠钙玻璃熔体＞高铝玻璃熔体＞锂铝玻璃熔体。     

Al2O3-3Al2O3·2SiO-ZrO2耐火材料的相组成

Al<,2>O<,3>-SiO<,2>-ZrO<,2>系耐火材料应用范围广,特别被用作陶瓷辊,具有力学强度高、抗热震性能优良、耐碱类化合物侵蚀和高温蠕变率低的特性.Al<,2>O<,3>-SiO<,2>-ZrO<,2>系耐火材料性能很大程度上取决于其结晶相和玻璃相的总量和化学成分,采用定量XRPD和XRF研究了原料中Al<,2>O<,3>/SiO<,2>比和氧化铝颗粒尺寸分布对结晶相和玻璃相的总量及其化学成分的影响.耐火材料由莫来石、刚玉、ZrO<,2>的多晶体和总量各异的玻璃相组成.莫来石含量及其晶胞参数和成分随烧成温度改变,但主要受原料中Al<,2>O<,3>/SiO<,2>比的影响.     

红柱石——生产优质耐火材料用最有前途的材料

概述了红柱石的莫来石化过程，指出这一相转变过程是根据确定颗粒形状的假象机理和固相过程的化学作用进行的。莫来石的取向与红柱石沿着轴Ｃ形成的结晶方向一致。     

煅烧制度对合成轻质微孔莫来石骨料性能的影响

各类工业窑炉和热工设备的隔热保温是节能的重要方面。使用轻质耐火材料是实现节能的有效方法。开发和应用高性能轻质不定形耐火材料对实现节能意义重大。研制具有优良隔热性能的耐火骨料对开发高性能轻质浇注料有重要作用。以工业氧化铝、硅石粉为主要原料,采用加入可燃物的方法制备莫来石轻质合成料。根据坯体料的DSC-TG和大试样热重分析设置了不同的煅烧制度,比较了两种煅烧制度：一为单调升温,然后保温;另一为在高低两个温度分段保温。研究了两种煅烧制度对合成轻质微孔莫来石骨料莫来石化率及体积密度、气孔率性能的影响。结果表明,无烟煤约在600℃烧失,坯体料自1200℃开始发生莫来石化反应,试样经1350℃×6h热处理后的孔径分布3-7μm左右,莫来石转化率60%。     

南非红柱石细粉的烧结行为和莫来石化研究

采用南非红柱石细粉(粒度≤0.088mm)为原料,粉体在200MPa下成型为36mm×10mm试样,选择煅烧温度为1200～1600℃(温度间隔50℃),研究了南非红柱石细粉的烧结行为。通过对试样烧后线变化率、体积密度、显气孔率及XRD分析数据进行处理,分析了红柱石分解和莫来石化反应的行为特征。结果表明:1200℃左右已有莫来石生成;1500℃红柱石分解完全。随着温度的升高,红柱石和莫来石两者的消长主要出现在1300～1400℃,而反应过程有如下先后顺序:材料膨胀,红柱石分解,莫来石生成。温度低于1400℃,莫来石化反应膨胀和基质烧结同时存在,出现局部膨胀和局部烧结排除气孔共存的现象,导致显气孔率的变化趋势与烧后线变化率及体积密度的变化趋势不对应。高于1450℃,液相促进烧结起主导作用,材料大幅度收缩。1400℃煅烧后试样的线收缩率最小。     

红柱石基材料中氧化铝原料的应用研究

实验研究了几种氧化铝原料的加入对高纯红柱石基耐火材料性能的影响,采用XRD,SEM等手段分析了氧化铝原料种类及加入量对试样相组成和显微结构的影响.实验结果表明,纯红柱石制品的烧结性能比添加氧化铝细粉的红柱石制品的好,而不同氧化铝细粉对红柱石制品烧结性能的影响与其纯度及活性有关;红柱石颗粒分解产生的SiO2玻璃相难以全部与氧化铝反应形成二次莫来石;在本试验条件下,当氧化铝细粉加入量达到15%左右时,在试样中引起的二次莫来石化效应和烧成膨胀最大.