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矾土
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作为炼铝主原料的氧化铝矿石
基本信息
| 中文名 | 矾土 |
| 别名 | 铁钒土 |
| 化学式 | Al2O3.H2O,Al2O3.3H2O和 |
| 可分为 | 冶金级、化工级等 |
基本介绍
化学式Al2O3.H2O,Al2O3.3H2O和少量FE2O3.SiO2
一种氧化铝矿石。常因含有氧化铁而呈黄至红色，故又称“铁钒土”。为炼铝的主要原料。
矾土是由三种铝的氢氧化物以不同的比率组成的胶体混合物。根据其用途将其分为冶金级、化工级、耐火级、研磨级、水泥级等。被用于制造耐火材料，这种矾土被称为耐火级矾土。而AL2O3/Fe2O3和AL2O3/SiO2比例适当的矾土熟料，用于熔氧化铝./Fe2O3和AL2O3/SiO2比例适当的矾土熟料，用于熔氧化铝.
矾土抗酸、碱性熔渣侵蚀的能力强，高温强度高，广泛应用于钢铁、有色等行业，但其抗击冷热能力差、高温体积稳定性不好，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，限制了其使用。矾土在耐火材料和铝工业中有着广泛的用途。矾土最基本的用途是在生产铝的冶金部门，占矾土总消耗的85%。其余的矾土消耗可分为特种氧化铝和“其它”两大类。特种铝中矾土用于生产氮板化铝、锻烧氧化铝和活性氧化铝，占矾土总消耗盘的10%。“其它”类指直接用于像耐火材料、水泥和腐蚀剂工业等开采的矾土。就市场规模和价值而言，耐火矾土在这种非冶金市场最终用途中占有重要的地位。
我国高铝矾土主要矿物为水铝石(一水硬铝石)、勃姆石(一水软铝石)、高岭土和叶蜡石。常含高岭石，铁矿物和钛矿物等杂质。可分为水铝石-高岭石类型(DK)、勃姆石-高岭石类型（BK）和水铝石-叶蜡石类型（DP）等，以DK型居多。烧结DK型矾土熟料一般按其A12O3含量分为特等、Ⅰ等、ⅡA等、ⅡB等和Ⅲ等。其中DK型高铝矾土的烧结性与其A12O3含量密切相关；烧后的矾土的成分越接近莫来石的成分，越是难于烧结。影响这类矾土烧结的两个主要因素是二次莫来石化和液相作用。铝矾土的主要化学成分是Al2O3，SiO2，Fe2O3，TiO2，约占总成分的95%，次要成分有CaO，MgO，K2O，Na2O，MnO2以及有机质与微量成分Ga，Ge等。三氧化铝是铝矾土的主要化学成分，其存在形式主要是铝的氢氧化物，其次还有铝硅酸盐即黏土矿物，二氧化硅一般以黏土矿物的形式存在，很少是游离的石英。我国的矾土生料的矿物主要是一水硬铝石矿物，少量以一水软铝石为主，个别地区则以三水铝石矿物为主。一般矾土中三氧化二铝含量一般在45%到80%之间。铝矾土的铝硅含量消长呈相反关系，三氧化二铁的含量大多数在1%~1.5%之间，钙镁的含量较低，钾钠的含量一般小于1%，TiO2的含量一般在2%~4%，矾土的灼减量为14%左右。
加热变化阶段
烧结矾土材料的高温力学性能取决于玻璃效应和结晶效应。铝矾土的加热变化分为三个阶段：分解阶段，二次莫来石化阶段和重结晶阶段。
分解阶段：在该阶段，铝矾土中的水铝石和高岭石在400摄氏度开始脱水，至450到六百度反应剧烈，700~800℃完成。水铝石脱水后形成刚玉假象，仍保持原来水铝石的外形，但边缘模糊不清，在高温下逐渐转变成刚玉。高铝石脱水后形成偏高岭石，950℃以上是偏高岭石转变为莫来石和非晶态SiO2。后者在高温下转变为方石英。
二次莫来石阶段：在1200℃以上，从水铝石脱水形成的刚玉和高岭石分解出来的游离二氧化硅继续发生反应形成莫来石。二次莫来石化时发生约10%的体积膨胀，同时在1300~1400℃以下是铝土矿中的铁钛等杂质和其他杂质与铝硅形成液相，铁钛进入莫来石晶格形成固溶体。液相的形成，有助于二次莫来石化地进行，同时也为重结晶烧结准备条件。
重结晶阶段：在二次莫来石阶段由于液相的形成，已开始某种程度的烧结，但进程很慢，只有随着二次莫来石化得完成，重结晶烧结才开始迅速进行。在1400℃~1500℃以上，由于液相的作用，刚玉和莫来石晶体长大，1500℃时约为100~300微米，到1700℃是分别为60和90微米烧结矾土材料的高温力学性能取决于玻璃效应和结晶效应。由于天然原料一般含有较多的杂质，特别是碱金属氧化物的增加不仅会增加玻璃相含量，还会在高温下导致莫来石分解。因此，在合成莫来石时，为降低杂质带来的不利影响，使合成料获得高的莫来石含量，应尽可能选用高纯原料，减少杂质量。而根据我国高铝矾土资源特点,70%以上为中低品位矿，且存在杂质含量较高、矿物分布不均和难烧结等，致使利用率很。A12O3含量越接近70%，高温强度越好，蠕变越小。引进适量的MgO和锆英石有利于高温力学性能。但K2O，CaO，TiO2和Fe2O3都是有害杂质，应尽量减少
杂质种类
玻璃质：
玻璃质是由矾土中高岭士在焙烧过程中生成莫来石的析出物，其熔点为730℃，当有K2O、Na2O、Fe2O3。存在时，易生成三元系或四元系低熔点共熔物、使耐火度高速降低、因此在高温烧结时需严加控制，但是适当的玻璃相可以提高材料的抗热震性与材料的烧结程度。
钛矿物
在烧结高铝钒土中存在着多种形式，如TiO2、Ti2O3、TiN、TiC及TiO等与刚玉的固溶体等。钛的氧化物在矾土中很活跃，研究中未发现其对成品有任何坏的影响，反之对制约刚玉的热膨胀和对采用钻盐作孕育剂来细化砖表面晶粒度时，有一定良好的作用，因此对TiO2含量不加以限制。
铁矿物
烧结矾土中存在的铁矿物主要有Fe2O3、Fe3O4、铁尖晶石等，其熔点视所含杂质而定，一般在高温氧化气氛下可以转变成α—Fe2O3为基体的矿物，其熔点在1560℃左右，对此，铁矿物仍是低熔点的有害杂质，需加以控制。有研究认认为Fe2O3含量控制在1.2%一1.5%范围对表面的高温性能影响不大。生产中采用强力磁选及酸洗工艺，能除去铁质。
其他矿物
矾土中Na2O、K2O、CaO、MgO等碱及碱土金属氧化物，能与SiO2、A12O3。结合形成行石、霞石等多元低熔点物，对此可根据使用要求严格控制。特别在选矿石过程中，要求严格砸掉烧结矾土中的“红馏渣”和“黄馏渣”。
总结评价
参考资料
[1]
均化矾土在高炉冶炼用无水炮泥中的强化作用 · 找耐火材料网[引用日期2016-07-27]
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