1.鋁礬土的加熱變化
中國(guó)鋁礬土主要是D-K型，某些二級(jí)鋁礬土含有勃姆石，個(gè)別的還含有一些白云母：有些三級(jí)鋁礬土含有一定數(shù)量的地開(kāi)石。
鋁礬土的加熱變化可分為三個(gè)階段：分解階段、二次莫來(lái)石化階段和結(jié)晶燒結(jié)階段。
（1）分解階段（400～1200。C）
400～1200。C溫度范圍為鋁礬土的分解階段。在該階段，鋁礬土中的水鋁石和高嶺石在400。C時(shí)開(kāi)始脫水，至450～600。C反應(yīng)激烈，700～800。C完成。水鋁石脫水后形成剛玉假象，此種假象仍保持原來(lái)水鋁石的外形，但邊緣模糊不清，折射率較水鋁石低，在高溫下逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閯傆?。高嶺石脫水后形成偏高嶺石，950。C以上時(shí)偏高嶺石轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊?lái)石和非晶態(tài)SiO2，后者在高溫下轉(zhuǎn)變?yōu)榉绞?。其反?yīng)式為：
表3-7 耐火材料用鋁土礦的技術(shù)條件
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級(jí) 別
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化 學(xué) 成 分 / %
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耐火度
/。C |
備注
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Al2O3
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Fe2O3
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CaO
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|||
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特級(jí)品
一級(jí)品
二級(jí)品
三級(jí)品
四級(jí)品
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>75
70～75
60～70
55～60
45～55
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<2.0
<2.5
<2.5
<2.5
<2.0
|
<0.5
<0.6
<0.6
<0.6
<0.7
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>1770
>1770
>1770
>1770
<1770
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代替鋁氧
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注：①揀選分級(jí)后的某一級(jí)鋁礬土礦石中，其它級(jí)別礦石的混入量不超過(guò)總量10%；②礦石塊度50～300mm，若允許有小于50mm者，其數(shù)量不超過(guò)總量的10%；③礦石夾雜之雜質(zhì)（如山皮、粘土等）不得超過(guò)1%，并不得混入明顯的塊狀或片狀石灰石
表3-8 耐火材料用鋁礬土精礦的技術(shù)條件
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類(lèi) 型
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等 級(jí)
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化 學(xué) 成 分 / %
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耐火度
/。C |
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Al2O3
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TiO2
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Fe2O3
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Na2O+K2O
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|||
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高 鋁
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一級(jí)品
二級(jí)品
三級(jí)品
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>75
>75
>75
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<1.6
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<0.4
<0.6
<0.8
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0.17
0.25
0.25
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≥1790
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中 鋁
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一級(jí)品
二級(jí)品
三級(jí)品
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65～75
65～75
65～75
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<1.6
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<0.4
<0.6
<0.8
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0.17
0.25
0.25
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≥1790
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低 鋁
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一級(jí)品
二級(jí)品
三級(jí)品
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45～65
45～65
45～65
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<1.7
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<0.4
<0.6
<0.8
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0.17
0.25
0.25
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≥1790
≥1750
≥1700
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α-Al2O3·H2O(水鋁石)→(400～600。C)→α-Al2O3(剛玉假象)+H2O↑
Al2O3·2SiO2·2H2O(高嶺石)→(400～600。C)→Al2O3·2SiO2(偏高嶺石)+H2O↑
3(Al2O3·2SiO2)(偏高嶺石)→(400～600。C)→3Al2O3·2SiO2(莫來(lái)石)+4SiO2(非晶態(tài)SiO2)
(2)二次莫來(lái)石化階段（1200～1400。C或1500。C）
在1200。C以上，從水鋁石脫水形成的剛玉與高嶺石分解出來(lái)的游離SiO2繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)形成莫來(lái)石，被成為二次莫來(lái)石：
3Al2O3+2SiO2→(≥1200。C)→3Al2O3+2SiO2（二次莫來(lái)石）
在二次莫來(lái)石化時(shí)，發(fā)生約10%的體積膨脹。同時(shí)在1300～1400。C以下時(shí)鋁礬土中的Fe2O3、TiO2和其它雜質(zhì)與Al2O3、SiO2反應(yīng)既可形成液相，F(xiàn)e2O3、TiO2也可進(jìn)入莫來(lái)石的晶格形成固溶體。液相的形成，有助于二次莫來(lái)石化的進(jìn)行，同時(shí)也為重晶燒結(jié)階段準(zhǔn)備了條件。
（3）重晶燒結(jié)階段（1400～1500。C）
在二次莫來(lái)石化階段，由于液相的形成，已經(jīng)開(kāi)始發(fā)生某種程度的燒結(jié)，但進(jìn)程很緩慢。只有隨著二次莫來(lái)石化的完成，重晶燒結(jié)作用才開(kāi)始迅速進(jìn)行。在1400～1500。C以上，由于液相的作用，剛玉與莫來(lái)石晶體長(zhǎng)大，1500。C時(shí)約10μm，到1700。C分別為60μm和90μm；同時(shí)，微觀氣孔在1200。C到1400～1500。C之間約為100～300μm，基本保持不變；在1400～1500。C以后迅速縮小與消失，氣孔率降低，物料迅速趨向致密。
2.鋁礬土的燒結(jié)
影響鋁礬土燒結(jié)的主要因素有二次莫來(lái)石化、液相及鋁礬土的組織結(jié)構(gòu)。
二次莫來(lái)石化是D-K型鋁礬土在煅燒過(guò)程中必然發(fā)生的反應(yīng)，該反應(yīng)往往引起10%左右的體積膨脹，對(duì)燒結(jié)起妨礙作用。其原因一是生成二次莫來(lái)石時(shí)由于比重的變化引起物料本身的體積增大；二是由于顆粒間發(fā)生二次莫來(lái)石反應(yīng)而相互推開(kāi)，從而在顆粒間形成空隙。另外，反應(yīng)時(shí)在顆粒周?chē)紫刃纬赡獊?lái)石薄膜也妨礙了鋁、硅離子的進(jìn)一步擴(kuò)散，使反應(yīng)難趨完全。
二次莫來(lái)石的形成量與鋁礬土中水鋁石、高嶺石的相對(duì)含量有關(guān)。如果高嶺石加熱分解出的SiO2與水鋁石分解出的Al2O3正好達(dá)到莫來(lái)石的組成，則二次莫來(lái)石的量將會(huì)達(dá)到最大。研究與生產(chǎn)實(shí)踐都證明，Al2O3含量在65%～70%的二級(jí)鋁礬土，Al2O3/SiO2比值接近莫來(lái)石的Al2O3/SiO2比值（2.55），在煅燒后莫來(lái)石的含量最高，二次莫來(lái)石化程度最大，最難于燒結(jié)；而Al2O3含量較高或較低的特級(jí)或三級(jí)鋁礬土燒結(jié)較容易，溫度也較低。
鋁礬土的分散度對(duì)二次莫來(lái)石化的影響也是顯著的。鋁礬土原礦煅燒時(shí)，由于礦物分布不均勻，顆粒反應(yīng)后相互推開(kāi)而引起的膨脹起著重要作用。這種作用使反應(yīng)無(wú)法趨于完全，而生成的空隙往往不易彌合，使鋁礬土難于致密化。原塊鋁礬土除組織結(jié)構(gòu)較均勻的特級(jí)和三級(jí)在1500。C以下達(dá)到燒結(jié)外，其它鋁礬土往往吸水率較高。若將鋁礬土細(xì)磨制坯后煅燒，分散度提高，二次莫來(lái)石化進(jìn)行得較早，并易于完全，在較低的溫度下既產(chǎn)生膨脹，對(duì)燒結(jié)有利。
由于燒結(jié)基本上開(kāi)始于二次莫來(lái)石化完成的溫度，所以充分的二次莫來(lái)石化是鋁礬土達(dá)到燒結(jié)的必要條件，特別是對(duì)二級(jí)鋁礬土尤為重要。
液相是影響鋁礬土燒結(jié)的另一重要因素。鋁礬土煅燒時(shí)所形成液相量（一、二級(jí)鋁礬土約10%，三級(jí)約20%～30%）不足以填滿(mǎn)顆粒間的全部空隙。在這種情況下，液相的作用首先是把固體顆粒拉在一起，使它們相互接觸。但二次莫來(lái)石化引起的膨脹卻是把它們推開(kāi)，兩個(gè)相反的作用同時(shí)進(jìn)行。在1400～1500。C以?xún)?nèi)時(shí)，液相的數(shù)量較少、流動(dòng)性較低，二次莫來(lái)石化起主導(dǎo)作用。在1400～1500。C以上時(shí)，二次莫來(lái)石趨于完全，液相數(shù)量和流動(dòng)性都增大，液相燒結(jié)作用明顯顯現(xiàn)，成為燒結(jié)的主導(dǎo)因素。液相使固體顆?；旧隙枷嗷ソ佑|之后，就逐漸發(fā)生著固體顆粒的溶解與分析晶過(guò)程，逐步導(dǎo)致晶粒堆積致密，直到最后形成連續(xù)的固相骨架，液相填充空隙，使鋁礬土完全燒結(jié)。但液相也有其有害作用的一面，若液相量增多，或者它的熔點(diǎn)、粘度降低，則降低鋁礬土的高溫機(jī)械性能。
填充在空隙中的液相冷卻后即為玻璃相。燒后鋁礬土的玻璃相化學(xué)組成有如下特點(diǎn)：
①玻璃相中Al2O3/SiO2比值隨鋁礬土Al2O3/SiO2比值降低而降低。
②特級(jí)與一級(jí)鋁礬土中，F(xiàn)e2O3、TiO2進(jìn)入玻璃相較多；而二級(jí)鋁礬土中則進(jìn)入結(jié)晶相較多。
③煅燒溫度提高時(shí)（由1500到1700。C），玻璃相中的Al2O3含量減少，SiO2含量增加；同時(shí)，一級(jí)鋁礬土的玻璃相中Fe2O3增多而TiO2減少；二級(jí)鋁礬土Fe2O3、TiO2都更多地進(jìn)入玻璃相。
鋁礬土的組織結(jié)構(gòu)即均勻致密程度及鮞狀體的數(shù)量與分析，直接影響到鋁礬土熟料的燒結(jié)程度與致密性。如鮞狀體較多的二級(jí)鋁礬土，組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不均勻，燒后一般呈黃、白兩色，白色為水鋁石富集部分，黃色為高嶺石及一些雜質(zhì)集中部位，且常有膨脹現(xiàn)象，燒結(jié)困難。
