我国自解放以来，由于冶金工业和其他工业的迅猛发展，大大促进了耐火材料工业的发展，从而成为世界上耐火材料产量最高的国家。山西省有丰富的高铝矾土资源，贮量之多，品位之高，在全国名列前茅，而阳泉市己成为全国最大的高铝矾土原料生产基地。

由于高铝矾土矿分布广泛，埋藏很浅，容易开采。再加之高铝矾土的烧结工艺简单，投资少，效益高，所以乡镇企业纷纷上马进行开采和缎烧，取得了明显的经济效益。

如阳泉市，从1981年开始，一年生产高铝矾土熟料达27.5万吨，产值137.5万元注铝料12.2万吨，其中西南峪乡生产8.5万吨。高铝矾土平均每吨60元左右，每个劳动力每年可生产250吨左右，除去燃料等消耗，一年可收入一万元左右。

一、高铝矾土的性质与矿床分析:

高铝料的主要矿物是水铝石和高铝硅石，水铝石含量随着三氧化二铝与二氧化硅的比例的提高而增多。次要的矿物为金红石、揭铁矿等。有时还含有少量的波美石和迪开石。按高铝矾土含三叙化二铝的高低，一般可分为3等5级，其含量和颜色分别为:

一等特级85%以上土灰色或深灰色

一等一级75-85%土灰色或深灰色

二等二级65-75%白灰色

三等三级50-65%青灰色

四级50%以下青灰色

高铝矾土属于沉积矿床，分为土生矿和石脉矿。土生矿，最上面覆盖着硬质红粘土，伴有石灰石厚土层，人们称之为"粒姜石"。矿体呈层状产出，面积较大，沿走向可达数里长，矿厚一般为3-4米，再厚者可达7一9米以上，材质纯净，结构坚硬致密。石脉矿由石灰岩覆盖，面积较小，呈窝状产出，一般十几米至几十米一窝，有时与石灰岩混生，中间夹一层细红胶泥，材质较粗而且不太纯净。

开采方法一般采用明山起坡露天挖掘。埋藏较深的地方，也有的用钻洞开采的办法。由于生料在外观上很难分辨等级，所以一定要按原生矿层等级分层开采。矿床最上面是青增，下面是三级料和二级料，最下层是一级料。三、四级料与一、二级料，难于区别，开采时须注意鉴别。有的石脉矿床与硫铁矿接近或混生，要把非高铝杂质除掉，否则会给缎烧带来困难，影响熟料品质。按等级分层产出的生料，要按等级堆放和分别锻烧，不得混级，混级会影响响产值。

二、锻烧炉

高铝矾土的生料需要缎烧，成为熟料，才能制造高铝砖。高铝矾土的缎烧，当前乡镇企业一般采用地坑窑和竖窑两种炉型。用地坑窑缎烧，不仅生产效率很低，耗煤量很大，而且劳动强度高，产品质量低，浪费资源，这是一种较落后的生产方式，不宜提倡。

竖窑适于乡镇企业采用。它的特点是:结构简单卜容易上马，基建投资少，造价低，单位成品所消耗原料、9料少，生产成本低，设备占地面积小，单位面积利用系数大，不用机械上料，操作方便，生产操作容易掌握，无电或少电的地方也可生

产。因此，适于乡镇企业采用。

三、竖窑的结构及其建造

该窑炉炉体呈瓶状，上细下粗，斜度为1.5度，这样便于原料自然下降，有利于生产操作。

该炉一般高度为15一30米·容积约20一70立方米。其结构由下而上为:

(1)炉基着先根据竖窑炉底部尺寸深挖二米左右，素土夯实，再用三七灰土夯实，厚约1.7米。

(2)炉底地基做好后，即用毛即或普通机砖砌筑厚约0.3米左右。

(3)炉体形如瓶状·在炉体高约2米左右设一出料口，出料口上方为炉蓖。，炉体瓶劲端部留一进料口约0.6米见方，上部为烟囱，高约4一6

米，口径粗约0.8米。炉体系由耐火砖和机砖砌成·底部厚约0.5米，顶部厚约37厘米。

竖窑炉体内分冷却带、烧成带和预热带，从下至上，它们分别约为2米、6-7米和1.5米。

在建造竖窑时，要适当选择有利地形，最好选用梯田或其他台阶式地形，烟囱卿和进料口可留在上一层台阶的地面上，这样可平地进料。出料口可留在下一层台阶地面上，可平地出料.这样选择地形所建起来的竖窑，既可减轻炉壁的厚度，节省材料，又改善了生产条件，减轻了劳动强度，还可以改善炉体保温条件。另外在建造时，还要注意当地风向，在顺风地形处建窑，窑体可略低一些。

如果是平地建窑，那么可增设提升设备。

建造炉体所用材料:烟囱、预热带和冷却带三部分，一般，用普通粘土砖即可烧成带炉壁厚度应为0.5一0.72米，内层用0.23米的高铝砖或镁铝砖，外围可用普通粘土砖砌筑。

四、煅烧

用竖窑煅烧，原料与气流相逆对流，原料自上而下运动，气流则自下而上运动，这样对介质之间的热交换相当有利，同时有利于改善生产条件，保证产品质量，节约能源消耗。其简单生产工艺是:

1.原料处理:对运来的原料，应首先用人工除杂，把原料中的铁皮(红黄色铁质石块)山皮(带有红胶泥土的石块)等杂质清除掉，保证原料的纯洁性。人工除杂后的原料还要进行筛选。入窑生料块度应为25一250毫米，块度小于25毫米的生料不能入窑。备好燃料，一般采用挥发分较小的无烟煤，也可用焦炭，对燃料一般也应人工除杂，以防杂质带入原料。

2.装窑:将原料煤按一定比例进行配合。一般而言，每吨一等生料配250公斤煤，二等生料配150-200公斤煤，三等生料配130-150公斤煤。装窑时，先撒煤，后装料，四周多撤煤，约占70-80%，中间少撒，约占30-20%,25-100毫米块度的生料布于中间，如160-250毫米块度的生料超过半吨，则采用一吨装料法，即每一层装一吨，每次准装1-2层，如25-180毫米生料超过半吨时应采用半吨装料法，即每层装半吨，每次1-2层。

3.出窑又称落料，俗称漏料.锻烧过程中应勤装勤出，同时还要随时注意炉内烧结温度和反应情况，以便发现问题，及时处理。一般来说，从装料到漏料的时间分别为:

每层装半吨:

每次装一层40-60钟

每次装二层60-80分钟

每层装一吨:

每次装一层50-100分钟

每次装二层100-120分钟

漏料方法漏料前必须检查窑炉的炉条分布情况，准备好铁钎和铁锤等工具。以加料平台为起线，漏料深度为200毫米左右。

漏料操作:先漏两边，后漏中间，必须漏平，不准串料，不得漏煤，不准悬空，不能只漏一处，要全面漏料。在漏料过程中，如发现生料存在，要少漏或暂时不漏，待熟透后再漏.过火料之处要多漏，要随时调整炉条密度，使之分布均匀，整齐、

以创造良好的通风条件。

4.选料熟料出窑后，要按等级堆放，堆放场地要清洁，不得混级或带入杂物;并要把熟料中的红黑色铁瘤、泥瘤、过火料以及灰白色欠烧料等都清除掉。然后把各级熟料分别加工成为25-100毫米的块料，即可以装运外销。

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阳泉市有丰富的高铝矾土资源，分布广泛，埋藏很浅，容易开采。但开采出来的铝矾土需要缎烧，才能成为熟料，铝矾土的缎烧，当前乡镇企业一般采用倒烟窑和竖窑两种炉型。用倒烟窑缎烧，耗煤量很大，而且劳动强度高，污染严重已经被政府废止。竖窑特点是:结构简单，容易上马，基建投资少，造价低，单位成品所消耗原料、生产成本低，设备占地面积小，单位面积利用系数大，不用机械上料，操作方便，生产操作容易掌握。因此，被广泛采用。

铝矾土的煅烧:

影响铝矾土煅烧的主要因素有二次莫来石化、液相及铝矾土的组织结构。

二次莫来石化是D-K型铝矾土在煅烧过程中必然发生的反应，该反应往往引起10%左右的体积膨胀，对烧结起妨碍作用。其原因一是生成二次莫来石时由于比重的变化引起物料本身的体积增大；二是由于颗粒间发生二次莫来石反应而相互推开，从而在颗粒间形成空隙。另外，反应时在颗粒周围首先形成莫来石薄膜也妨碍了铝、硅离子的进一步扩散，使反应难趋完全。

二次莫来石的形成量与铝矾土中水铝石、高岭石的相对含量有关。如果高岭石加热分解出的SiO2与水铝石分解出的Al2O3正好达到莫来石的组成，则二次莫来石的量将会达到最大。研究与生产实践都证明，Al2O3含量在65%～70%的二级铝矾土，Al2O3/SiO2比值接近莫来石的Al2O3/SiO2比值（2.55），在煅烧后莫来石的含量最高，二次莫来石化程度最大，最难于烧结；而Al2O3含量较高或较低的特级或三级铝矾土烧结较容易，温度也较低。

铝矾土的分散度对二次莫来石化的影响也是显著的。铝矾土原矿煅烧时，由于矿物分布不均匀，颗粒反应后相互推开而引起的膨胀起着重要作用。这种作用使反应无法趋于完全，而生成的空隙往往不易弥合，使铝矾土难于致密化。原块铝矾土除组织结构较均匀的特级和三级在1500。C以下达到烧结外，其它铝矾土往往吸水率较高。若将铝矾土细磨制坯后煅烧，分散度提高，二次莫来石化进行得较早，并易于完全，在较低的温度下既产生膨胀，对烧结有利。

由于烧结基本上开始于二次莫来石化完成的温度，所以充分的二次莫来石化是铝矾土达到烧结的必要条件，特别是对二级铝矾土尤为重要。

液相是影响铝矾土烧结的另一重要因素。铝矾土煅烧时所形成液相量（一、二级铝矾土约10%，三级约20%～30%）不足以填满颗粒间的全部空隙。在这种情况下，液相的作用首先是把固体颗粒拉在一起，使它们相互接触。但二次莫来石化引起的膨胀却是把它们推开，两个相反的作用同时进行。在1400～1500。C以内时，液相的数量较少、流动性较低，二次莫来石化起主导作用。在1400～1500。C以上时，二次莫来石趋于完全，液相数量和流动性都增大，液相烧结作用明显显现，成为烧结的主导因素。液相使固体颗粒基本上都相互接触之后，就逐渐发生着固体颗粒的溶解与分析晶过程，逐步导致晶粒堆积致密，直到最后形成连续的固相骨架，液相填充空隙，使铝矾土完全烧结。但液相也有其有害作用的一面，若液相量增多，或者它的熔点、粘度降低，则降低铝矾土的高温机械性能。

铝矾土熟料是按AL2O3含量及Fe2O3、SiO2等杂质的含量和熟料体积密度与吸水等项指标来分级的，产品主要用于炼铝行业，精密铸造，耐火制品等领域。备注 如有其他含量与规格需求的产品，可按要求加工生产。

铝矾土用途：目前铝矾土主要用于炼铝，制耐火材料。在陶瓷工业以及化学工业中还可做制铝的各种化合物。总之，我们的生产生活中离不开铝矾土，而且随着铝矾土应用领域的拓宽，其工业价值也将不断被发掘。

关键词：熟铝矾土、煅烧铝矾土、铝矾土煅烧、高铝熟料

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一、高铝矾土我国矾土资源已相当短缺，优质矾土的供应越来越难得到保证。我国铝土矿的储量仅占世界储量的2.4%，产量却占世界产量的14%。长期以来，我国大量出口高铝矾土，占据世界市场的很大份额。但是，我国既无资源开采规划，又缺乏生产控制手段，致使矾土资源破坏严重，矾土产品质量低下，再加上对耐火原料市场缺乏控制力。结果，大量消耗了资源，仅获得了很少的回报。

1,矿产概况 世界铝土矿资源储量最丰富的国家是几内亚、澳大利亚、越南、巴西、牙买 加，五国总储量为161. 5亿吨，约占全球总储量的70%，五国资源储量443亿吨，约占全球总资源储量的72%。据2002年的统计，世界铝土矿储量228. 9亿 吨，资源储量约612亿吨。世界各国铝土矿资源的分布如图6-2所示。 　　值得注意的是，世界铝土矿资源已逐步为少数超级跨国公司**。例如，力拓加铝、美铝、俄罗斯联合铝业、必和必拓、澳大利亚氧化铝五家企业就控制了超过世界总量50%的铝土矿产量。 我国的铝土矿床以沉积型为主，其次为堆积型，仅有少量红土型的矿床。其中，沉积型的储量占全国总储量的92%，主要位于山东、山西、河南和贵州等省。堆积型铝土矿床占储量6%, 位于广西、贵州和云南等省。红土型矿床占储量不到2%,主要位于海南、福建等省。 我国的铝土矿产主要为一水铝石，三水铝石很少。目前，已探明的矿床中， 99%为一水铝石，仅1%为三水铝石。据2009年的资料，我国铝土矿资源名列 前7位的山西、贵州、河南、广西、山东、四川、云南合计保有地质储量A+B+C级6.8亿吨A+B+C+D级22.1亿吨，平均Al2O3含量61.99%，SiO2含量 10.40%，Fe2O3含量7.73%，Al/Si 等于5.96。 我国是世界最大的铝生产国和消费国。目前，我国的铝产量超过世界总产量 的30%，且仍然处于高速增长中。但是，我国铝土矿资源储备不足，已探明的 资源只能维持10年，氧化铝的产量和进口量都在快速增长。2007年，我国原铝之量为1250万吨，铝实际消费量为1200万吨，铝土矿和氧化铝进口量分别为2328万吨和500万吨。按照2.5t铝土矿生产1t氧化铝、2t氧化铝生产1t电解铝计算，我国铝资源的进口依赖程度高达60%。

2,技术指标我国黑色冶金行业标准YB/T 5179—2005规定了耐火材料用高铝矾土熟料技术条件，见表6-8。（点击图片可放大查看高清图） 　

3,原料性质高铝矾土生料或铝土矿的矿物有一水硬铝石、一水软铝石、三水铝石。矾土熟料中的矿物有刚玉、莫来石、方石英。 一水硬铝石又称水铝石，其化学表达式为AlO(OH)。一水硬铝石为斜方晶系矿物，np= 1.702，nm= 1.722，ng= 1.750，ng-np = 0.048,成分中常含有 Fe203、Mn203、Cr2O3和SiO2等杂质，有时还有稀有元素氧化物Ga2O3,相对密度3.3?3.5,硬度6?7。制造氧化铝时，铝土矿的矿物类型对氧化铝的可溶出性有很大影响。一水硬铝矿较难被苛性碱溶出，一水软铝矿次之，三水铝矿则容易溶解。 　　一水软铝石又称勃姆石，其化学表达式也为AlO(OH)。一水软铝石为斜方晶系矿物，np =1.638，nm=1. 645，ng =1.651, ng-np=0.013，成分中常含有Fe2O3、SiO2和Ga2O3等杂质，相对密度3.01?3.06,硬度3.5。 三水铝石又称水铝氧石，其化学式表达为Al(OH)3。三水铝石为单斜晶系矿物，np =1.554~1.567，nm=1.554~1.581，ng =1.585~1.595, ng-np=0.014~0.022,成分中常含有Fe2O3和SiO2等杂质，相对密度2.35,硬度3。我国铝土矿类型主要为一水硬铝石型的铝土矿，也称一水硬水铝石-高岭石 (D-K)型高铝矾土。受热过程中，矾土生料的变化为： 　　由式(6-4)可知，在500℃左右，矾土中的一水硬错石脱出结合水，生成水和三氧化二铝;1200℃以上，矾土中的高岭石分解形成莫来石、方石英和水蒸气;在1300℃或更高温度，矾土中的氧化铝和方石英反应形成二次莫来石;最后，1500℃或更高温度，在液相的作用下，刚玉、莫来石晶粒长大，矾土排除气体，趋于致密，直至形成矾土熟料。根据Schenider等人的研究，高铝矾土中的刚玉能够固溶<1.5%的Fe2O3; 莫来石可固溶<4.7%的TiO2和4.4%的Fe2O3;钛酸铝固溶体中的Al可以被 Fe大量取代，但Al/Fe变化很大，有时Al的取代度为0,有时可以大到36%; 但MgO、CaO、Na2O,尤其是K2O主要进人玻璃相。我国的矾土有两大问题：一是矾土未能充分烧结; 二是R2O的含量高。例如，南美85矾土的体积密度为3. 25g/cm3,我国竖窑85矾土的体积密度为2. 95?3. 00g/cm3,我国旋窑85矾土的体密提高到3.10g/ cm3,但还是要比南美矾土小0.15g/cm3。南美矾土的R2O含量小于0.01%。我国山西矾土的R2O为0.25% ~0. 35%，其他地区矾土的R2O含量则高达0.50%?0.85%。

近年，各地拆除了一些竖窑，新建了一批旋窑，矾土的煅烧质量有了改善。但是，优质原料日渐短缺，矾土质量持续下滑，原料的R2O含量也难以控制。 由于R2O和RO非常强烈地分解莫来石，使之变为玻璃相和刚玉，致使液相的数量增多、黏度变小，从而极大地影响高铝质耐火材料的高温力学性能、抗侵蚀性以及热震稳定性。 由于R2O和RO的含量较高，我国矾土的玻璃相含量高、莫来石含量低。 例如，南美矾土样品的RO含量为0.12%?0.17%, R2O为0.08%?0.14%; 我国矾土样品RO含量为0.12%?0.74%，R2O为0.44%?0.97%。南美矾土的玻璃相为12%，我国矾土玻璃相为20%;南美矾土莫来石>15%，我国矾土的莫来石<10%。结果，我国矾土所制产品的热震稳定性明显低于南美矾土。水泥新型干法窑中，高铝矾土作为主要原料大量用于窑尾部分的抗结皮浇注料，分解带热端用抗剥落高铝砖，过渡带冷端用硅莫砖，窑头、窑尾、窑门罩、 冷却机以及三次风管用耐火浇注料。高铝矾土熟料的化学成分、体积密度、吸水率及其均匀性对于所制高铝质耐火材料具有决定性的影响。

关键词：煅烧铝矾土、铝矾土熟料、阳泉铝矾土

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