棕刚玉

高硅铝矾土冶炼棕刚玉工艺技术分析与实践

2010/9/30/15:53来源：《磨料磨具》杂志

□文/沈兰英贵州科苑新材料开发有限公司铝矾土是不可再生的宝贵的资源，它不仅是刚玉制造业的主要原料，同时

也是铝工业、耐火材料制造业、铝基复合材料等工业制造业必不可少的主要工业原料，它是刚玉制造业生存的前提条件。

随着上述工业产业的快速发展及资源的渐趋匮乏，刚玉制造业用优质熟铝

矾土资源也将会越来越紧张，而且价格也将越来越高，矾土品位也将会越来越低。依赖铝矾土资源生存（初级生产型）的刚玉制造业将如何发展和生存？目前状态下的技术与质量、成本与效益之间的动态平衡又该怎样建立？这是每一位从事刚玉生产经营的决策者们必须面对而又无可回避的重要的现实问题。

冶炼棕刚玉用铝矾土及主要辅料的特性要求与资源现状

一）铝矾土及主要辅料的特性要求

从技术和经济的角度考虑，棕刚玉生产用铝矾土与铝工业和耐火材料用铝

矾土既相互争资源又有所不同，电解铝生产所选用的原料是低品位（A/S在7

左右）、未经高温焙烧的生铝矾土；普通耐火材料用熟矾土除了对体积密度有要求外，其所含的铁和钙量要求较严格，相对于物理性能和硅的氧化物要求则不十分严格；从磨琢材料和高温材料的使用性能角度考虑，而用于棕刚玉冶炼的矾土是需经过高温焙烧的高铝低硅熟矾土矿，对于矾土矿中铁的含量可不必严格要求，而对于CaO则较为敏感。

我国铝土矿资源80%属于难处理的中低品位矿，这些矿不适用于棕刚玉的

冶炼，从技术和经济角度考虑，适用于冶炼棕刚玉用的熟矾土是高铝低硅型的硬质岩矿或软质粉体矿，其常规要求技术质量指标如下表：

熟矾土化学成分应符合下表规定：

注：（1）SiO2的含量小于3%时，Fe2O3和TiO2的含量可控制在小于6%。

（2）在一批熟矾土中，任取一块，其铝硅比不得小于10。

（3）熟矾土中不得含有生矾土、夹生矾土、石块、泥土等杂质。

（4）CaO含量每个矿点每月检验一次。

（5）尺寸范围 30—300mm，30mm以下不得超过15%，5 mm以下不

得超过5%。

刚玉冶炼对铁屑和无烟煤（焦碳）也有一定的技术要求，否则，同样会严

重地影响棕刚玉的技术经济指标。冶炼棕刚玉用无烟煤（焦碳）及铁屑技术质量指标分别如下表

无烟煤（焦碳）化学成分应符合下表规定：

注：无烟煤（焦碳）里不得混有明显的煤矸石、木头、泥土、石块等杂质。铁屑化学成分及质量应符合下表规定：

注：铁屑内不得混入棉纱、木块、泥土、沙石等杂质。

二）铝矾土及主要辅料的资源现状

目前，我国刚玉材料的生产制造企业约有150家左右，其生产能力约在150万吨以上，按生产能力计算，仅刚玉生产用高铝优质熟矾土约在190万吨左右。由于诸多基础工业及刚玉制造业的快速发展，铝矾土需求量迅猛增长，也由于铝矾土资源的匮乏，再加上有的矾土供应商和中间环节的不规范行为，致使棕刚玉冶炼所用的熟铝矾土数量保证困难，而且质量严重下滑，棕刚玉冶炼成本更是节节攀升；A/S由八十年代的25—30:1，下降到九十年代的15—20:1，而今有的企业则经常使用A/S10—12:1的铝矾土，甚至有的企业所用的铝矾土中有时

SiO2的含量竟然超过10%都没有引起企业决策者的重视，如何从技术和经济双重困境中解脱出来，就更显无力了；同时也随着电力、煤碳、铁屑、电极价格的上涨，其棕刚玉的冶炼成本也由九十年代末的不足千元猛增到近期的接近二千元。而A/S在10以下时，现有不少生产厂几乎不仅冶炼成本无法维系，而且更无法生产出适用陶瓷固结磨具磨料用的棕刚玉块。对于辅料铁屑及无烟煤（焦碳）也必须有严格的质量标准和要求，否则，也无法生产出优质的棕刚玉产品。而棕刚玉冶炼用铸铁屑资源更为紧张，这一瓶颈性制约早已显现无疑；无烟煤（焦碳）因其用量相对较少，与矾土和铸铁屑资源相比略显缓和，但其供货质量也在不断下降。

二、棕刚玉冶炼原理及要点

冶炼是棕刚玉生产的重要工序，通过冶炼，控制适当的冶炼气氛，使矾土

与还原剂（无烟煤或焦粒）、澄清剂（铁屑）在高温状态下进行氧化还原反应，除去杂质，并形成α—Al2O3，从而获得符合质量要求的刚玉块。

1、炉内主要化学反应：

按照炉料成分的热力学分析，其冶炼炉内主要化学反应如下：

经过对除尘粉体成分分析，其中SiO2在40%左右，Al2O3在40%左右，K2O在10%左右，余下的是Fe2O3和碳粉等。

在冶炼过程中TiO2部分被还原，以单质Ti进入低Fe—Si合金中，余下的TiO2以部分有价成分进入刚玉块中，而矾土杂质中有价MgO和杂质CaO基本保留其固有含量进入刚玉块中。

2、炉料配比（低硅矾土用经验）计算：

式中: SiO2%、Fe2O3%、TiO2%分别表示原料中SiO2、Fe2O3、TiO2的百分含量，C%为无烟煤中固定碳的百分含量，Fe%为铁屑中的铁含量， K是铁硅比，K（取值）4.5-6.5。

3、炉前调整：

在生产过程中，可根据用户质量指标要求，适当控制冶炼还原程度，来实现质量的有效控制，但是，由于进厂矾土矿的批量和数量及取样方法和冶炼操作方法等因素的影响，在实际生产过程中，有时需要通过沾棍来进行炉前判断调整。

4、炉内还原控制：由于铝矾土中Al2O3含量下降和SiO2含量的增高，在冶炼过程中就必须增加C的涉入量，使其炉内还原气氛集聚加强，这虽然在加大C

和Fe用量的情况下，可以把SiO2祛除，但是，由于过还原使得矿物中的TiO2等有价成分也被过还原，以金属Ti的形式进入低硅铁中，使之棕刚玉的质量和性能下降，应用领域受限。

三、高硅低铝矾土生产棕刚玉工艺技术要点与控制方法

一）铝矾土原料控制：原料是生产和质量控制的基本保证条件，生产优质棕刚玉必须有优质的铝矾土、铁屑、无烟煤（焦碳）原料做保证。

1、进料控制：在铝矾土矿原料入厂前，必须依据技术条件或质量标准来对其品质进行严格控制，抓住源头第一关，要加强管理，对每批进厂矾土及辅料要有质量记录，以便合理配料和控制冶炼成本；

2、备料前预选：备料工序是将合格的铝矾土、铁屑、无烟煤（焦碳）按质量和块度要求进行准备，以便冶炼使用。在这个环节中，要有专人负责，必须严