蓝晶石基刚玉莫来石陶瓷
蓝晶石在高性能轻质耐火材料行业的应用
蓝晶石在高性能轻质耐火材料行业的应用轻质耐火材料是指气孔率高、体积密度小、热导率低的耐火材料。
轻质耐火材料的特点是具有多孔结构(气孔率一般为40%〜85%)和高的隔热性。
轻质耐火材料有多种分类，按使用温度可分：低温隔热耐火材料，使用温度600 ~900℃，如硅藻土砖、石棉砖;中温隔热耐火材料，使用温度900 ~1200℃，如蛭石、轻质黏土砖;高温隔热耐火材料，使用温度超过1200℃，如轻质刚玉砖、高温莫来石质隔热砖。
工业窑炉使用隔热耐火材料有许多优点，一是节省能耗，一般可节省2/5 ~ 3/5;二是减轻炉体重量、简化窑炉构造、降低环境温度，改善劳动条件;三是由于窑炉可以快速升温和冷却，能提高设备生产效率。
但是轻质耐火材料的气孔率较大，组织疏松，抗渣性能差，熔渣很快地侵入砖体气孔内，使之碎裂，不能用于直接接触熔渣和液态金属的部位。
如GB/T 3995—1983明确规定：高铝质隔热耐火砖用作隔热层和不受高温熔融物料及侵蚀性气体作用的窑炉内衬。
同时，轻质耐火材料常温耐压强度低，耐磨性能差和抗热震欠佳，不能用于承重结构，也不宜用于与炉料接触、磨损严重的部位。
总之，由于轻质耐火材料存在上述缺点，其用途多被用作窑炉的隔热层、内衬或保温。
蓝晶石的化学组成为Al2[SiO4]O，成分中可含3价铬（不大于12.8%），也常含有三氧化二铁（1%-2%）以及少量的钙、镁、铁、钛等同象混入物。
然而，用蓝晶石原料开发的莫来石轻质砖可直接接触火焰，耐高温、强度高，应用于裂解炉、热风炉、陶瓷辊道窑、电瓷抽屉窑、玻璃坩埚及各种电炉内衬，石化工业气化炉内衬。
用蓝晶石精矿：Al2O3大于56%，SiO2 40%，Fe2O3 0.5% ，Na2O + K2O小于0.3%。
开发的莫来石轻质砖的主要理化指标为：Al2O3 70%，体积密度0.8〜1.0g/cm3，耐压强度4~6MPa，热导率(350℃)0.25W/(m.K)。
使用温度可达1550℃。
矿物中的蓝晶石
有丝的光泽或玻璃光泽。
物理性质：
白色、灰色或浅绿、浅褐色等；
玻璃光泽。{010}解理完全，此解理 面平行结构中的双链。硬度6.5～7.5。
相对密度3.23～3.27。热分析：加热
到1545°C，夕线石转变为莫来石和 石英。
结构与形态：
斜方晶系为
0=0.744,b0=0.760,c0=0.575。
晶体呈长柱状或针状。在晶带的
柱面上具有条纹。集合体呈放射
状或纤维状。有时呈毛发状在石 英、长石晶体中作为包裹体存在。
在猫眼石中有一个种类，叫做 夕线石猫眼。
成因产状：
是典型的高温变质矿物，主要
产于富铝泥质变质岩的高级变质 岩带中，如刚玉、矽线石片麻岩
及矽线石、堇青石片麻岩等岩石
中。
工业用途：
矽线石主要为制造高铝耐火材料
主要用途：
蓝晶石矿物主要用作生产耐火材料、 氧化铝、硅铝合金和金属纤维等用途。（1） 在高温下体积稳定，不收缩 。(2) 比其他高 铝耐火材料生成本低。(3) 性能好。比粘土 砖损耗低压43%，耐火度高达1825°C以上。 (4) 节约能源。热容比粘土砖高12%，用于 马丁炉可缩短冶炼时间，能耗少。(5) 加入 不定形耐火材料中作高温膨胀剂，使产品 在高温下不收缩和剥落 。主要应用于冶金、 建材、机械、化工、轻工、核工业告等行 业。
产地：
加利福尼亚州、衣阿华州、佐 治亚州；加拿大；爱尔兰；法国；
意大利；瑞士；印度；巴西；朝鲜；
澳大利亚。
选矿方法：
磁选做为除杂手段。具体的选矿方法、
药剂制度、选别流程要根据矿床特征、矿 石组成、结构构造、围岩性质等情况而定。 细粒嵌布的蓝晶石矿石，主要采用浮选方 法。因为蓝晶石矿物与脉石矿物与脉石矿 物的比重不大，一般不考虑重选。
《莫来石制品生产技术、莫来石制备工艺配方及方法》
《莫来石制品生产技术、莫来石制备工艺配方及方法》1、粉煤灰空心微珠制备沸石/莫来石复合空心微球2、用铝型材厂工业污泥制造堇青石与莫来石耐火材料的方法3、用铝型材厂工业污泥制造莫来石耐火材料的方法4、一种刚玉-莫来石复相陶瓷涂层的制备方法5、低温烧结莫来石窑具6、用氧化铝导熔合成高纯电熔莫来石7、莫来石基陶瓷材料8、球磨机莫来石质球石及其生产工艺9、莫来石陶瓷多层基片及其生产方法10、高纯莫来石晶须的制备方法11、莫来石铸口砖制造方法、莫来石铸口砖及其用途12、一种锆刚玉莫来石氮化硼复合耐火材料13、无水泥莫来石复合材料浇灌料14、莫来石基陶瓷材料及其制备15、氧化锆增韧莫来石陶瓷晶界玻璃相抗杂剂16、用于莫来石结合的含碳化硅制品的结合剂及其制备方法17、用蓝晶石微粉制备莫来石-高硅氧玻璃材料的方法18、用红柱石微粉制备莫来石-高硅氧玻璃材料的方法19、烧结锆莫来石砖及其制备方法20、高强度莫来石陶瓷的制备方法21、一种合成莫来石的方法22、轻质莫来石浇注料23、莫来石质蜂窝陶瓷载体24、一种耐腐蚀高强度莫来石质过滤材料及其制造方法25、反应烧结产物为结合相的氧化锆-莫来石复相耐火材料及制备方法26、一种人工合成莫来石的方法27、一种刚玉莫来石制品28、钙长石结合莫来石砖的制造方法及其制品29、莫来石坯体和形成莫来石坯体的方法30、煤系高岭岩煅烧莫来石型精铸砂粉的生产方法31、一种氧化锆增韧莫来石陶瓷材料及制备方法32、改善的多孔莫来石体及其制备方法33、轻质莫来石隔热砖34、一种制备纳米莫来石的方法35、莫来石纳米微晶陶瓷制品及其制备方法36、含莫来石组分的氧化锆四元系复相陶瓷材料37、一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法38、一种莫来石晶须增强铝合金复合材料及其制备方法39、锆刚玉莫来石质耐火球40、一种堇青石-莫来石轻质耐火砖及其制备方法41、一种制备莫来石单晶纳米带的方法42、莫来石材料的合成方法43、矾土基莫来石纳米粉体的制备方法44、刚玉-莫来石复合陶瓷用硅铝凝胶结合剂的制备方法45、刚玉-莫来石复合陶瓷推板的制备方法46、碳纳米管/莫来石陶瓷基复相材料及其制备方法47、连铸中间包用锆莫来石质上水口制作方法48、利用铝型材厂工业污泥研制轻质莫来石保温耐火材料的方法49、矾土基莫来石均质料的制备方法50、一种莫来石陶瓷低温烧结方法51、一种莫来石基陶瓷的水解反应诱导原位凝固成型工艺52、一种方石英-莫来石复合材料及制备方法53、一种刚玉-莫来石复合材料及制备方法54、一种利用高铝粉煤灰烧结合成莫来石的方法55、用机械力化学法低温制备高纯莫来石的方法56、堇青石、莫来石质耐热陶瓷材料57、用天然高岭土制备莫来石复相纳米晶的方法58、一种莫来石晶体耐火纤维毯的制法及其制得的产品59、刚玉-莫来石绝热砖60、原位反应法制备莫来石结合的碳化硅多孔陶瓷61、改善的多孔莫来石体及其制备方法62、一种莫来石晶须的制备方法63、高晶体结构堇青石-莫来石质窑具、窑炉耐火制品及焙烧工艺64、莫来石晶须-莫来石复合涂层及其制备方法65、莫来石基精密陶瓷部件的免脱气凝胶注模成型工艺66、高热震性莫来石-堇青石耐火组合物67、莫来石前驱体原位包覆碳纳米管的复合粉体的制备方法68、多晶莫来石在加热炉上的应用方法69、堇青石基、莫来石基管状陶瓷分离膜的制备方法70、一种莫来石质高强防腐烟囱内衬砖及其制造方法71、一种粉煤灰制备莫来石质微孔曝气头(板)的方法72、干熄焦用莫来石-碳化硅耐火材料及制备73、一种氧化锆-莫来石复合粉体的制备方法74、一种用熔盐法制备莫来石晶须的方法75、一种多孔莫来石陶瓷材料及其制备方法76、一种单晶相莫来石的工业制造方法77、一种低温烧制良导热性刚玉-莫来石质陶瓷砖的方法78、电熔莫来石的制造方法79、凝胶冷冻干燥法制备莫来石多孔陶瓷的方法80、一种煤矸石制备莫来石的方法81、高岭土制备莫来石的方法82、干法人工合成莫来石中的坯料制备方法及所用装置83、莫来石的烧制方法及所用的回转窑84、规模化干法人工合成莫来石的生产线85、干法人工合成莫来石的坯料烘干方法及所用的烘干设备86、一种钛酸铝-莫来石质蜂窝陶瓷及其制备方法87、利用铝型材厂污泥制备钛酸铝-莫来石复相材料的原料配方与方法88、一种制备氧化锆/莫来石晶须复相材料的方法89、一种由煤矸石和氧化铝制备莫来石晶须的方法90、一种微孔莫来石轻质骨料及其制备方法91、一种高纯莫来石的加工工艺92、莫来石耐火保温制品及其制备方法93、一种新的莫来石轻质隔热保温砖的配方94、一种新的莫来石轻质隔热保温砖的配方95、一种大型、特异形莫来石-刚玉系烧结耐火材料制品及其生产工艺96、从铸造型砂废料中回收氧化锆、莫来石和稀土的方法97、一种低铝莫来石耐火浇注料98、一种刚玉莫来石自流耐火浇注料99、一种莫来石-高硅氧玻璃复相材料及其制备方法100、一种高温抗蠕变刚玉-莫来石承烧板及其制备方法101、莫来石生产中的尾气余热利用和除尘装置102、干法人工合成莫来石生产线103、连铸中间包用锆莫来石质上水口104、莫来石干法生产用的挤泥机105、用于莫来石生产的磨粉系统106、莫来石生产用的提升输送装置107、轻质莫来石隔热耐火砖本公司拥有各种专利技术5400余种，所有技术资料均含国家发明专利、实用新型专利和科研成果，资料中有专利号、专利全文、技术说明书、技术配方、技术关键、工艺流程、图纸、质量标准、专家姓名等详实资料。
蓝晶石含量对轻质莫来石-刚玉浇注料显微结构与性能的影响
１ 试 验
试 验所 用原 料 为 窄 粒 度 分 布 的 球形 莫来 石 轻 骨
（ ２ ３ ． ８ ＭＰ ａ ） 的轻 质 莫 来 石耐 火 材 料 。但 现 有 隔 热 耐 火 材料 的研 究仍 存 在强 度较 低 ， 且 轻骨 料 的 外形 不 规 则， 粒 度分 布不 稳定 ， 导 致制 品 颗粒 级 配难 以控制 ， 质
量 稳定 性差 ， 限制 了隔 热耐 火材 料 的发展 。
石 含量 对含球 形 莫来 石轻 骨料 的浇 注 料物 相 组成 、 显 微 结构 和性 能 的影 响 。
快速发展 ， 资源环境形势愈加严 峻， 高温工业节能减
排 压 力 日趋增 大 。 因此 ， 降低工 业 窑炉 内衬 用 刚玉 一
莫来石耐火材料 的热导率 ， 减少炉衬 的热量损失 ， 对
中 图分 类号 ： Ｔ Ｑ １ ７ ５ ． ７ ５ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ —１ ９ ３ ５ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ４－ ０ ２ ４ ６—０ ４
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １～１ ９ ３ ５ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ４ ． ０ ０ ２
１ ２ ％） 对轻质 莫 来石一 刚 玉浇 注料 显微 结构 与性 能 的影响 。结 果表 明 ： 经１ ５ ０ ０℃ 热处 理后 ， 随着 蓝 晶石含 量 增 加， 试 样 由显 著收 缩 变为显 著膨 胀 ， 体 积 密度减 小 ， 显 气孔率 增 大 ， 常温 强度 降低 ； 基质 中小 气孔 含 量 （ ≤１ ０ Ｉ ｘ ｍ）
建筑材料中名词解释
1．夯实土壤有两种含义：一种，就象pengzhiping582 - 助理二级所说的，对于回填土，有密实度的要求，所以要夯实。
另一种，是地基处理的方法，一般用于大面积堆场等工程中。
由于土壤的表层土承载力较底，换填方量又很大，往往就采用夯实的方法，术语为：强夯法。
就是将重物从高处自由落下，使表层土达到变形挤密的效果。
这种方法，一般可以处理表层4～5米范围内的土壤。
2．三合土：是三种材料经过配制、夯实而得的一种建筑材料，不同的地区有不同的三合土。
但其中熟石灰不可或缺，三合土存在于没有水泥或水泥奇缺点年代，所以，说三合土中有水泥是不对的。
我国的地质存在大量的“亚粘土”俗称“黄土”“红土”。
在有泥土地地方，三合土地材料为：泥土、熟石灰、沙。
其实际配比视泥土的含沙量而定。
即泥土地含沙量多，则沙的量减少。
熟石灰一般占30％。
3．石材（Stone）作为一种高档建筑装饰材料，多数人对可用于装饰的石材的种类、性能都不甚了了。
目前市场上常见的石材主要有大理石、花岗岩、水磨石、合成石四种，其中，大理石中又以汉白玉为上品；花岗岩比大理石坚硬；水磨石是以水泥、混凝土等原料锻压而成；合成石是以天然石的碎石为原料，加上粘合剂等经加压、抛光而成。
后两者因为是人工制成，所以强度没有天然石材高。
4．毛石是不成形的石料，处于开采以后的自然状态。
它是岩石经爆破后所得形状不规则的石块，形状不规则的称为乱毛石，有两个大致平行面的称为平毛石。
乱毛石：乱毛石性形状不规则,一般要求石块中部厚度不小于150mm,长度为300～400mm,质量约为20～30kg,其强度不宜小于10MPa,软化系数不应小于0.75。
平毛石：平毛石由乱毛石略经加工而成，形状较乱毛石整齐，其形状基本上有六个面，但表面粗糙，中部厚度不小于200mm。
毛石常用于砌筑基础、勒脚、墙身、堤坝、挡土墙等,也可配制片石混凝土等。
5．耐火砖一般分为两种，即不定型耐火材料和定型耐火材料。
红柱石基刚玉-莫来石复相陶瓷的显微结构及性能
２ ０范围为１０－８０。，扫描速度为４。／ｍｉｎ，步宽为０．０２＊。
２结果分析
２．１ ＸＲＤ分析 图１是不同温度下烧成后所得样品的Ⅺ①图谱。由图１
可见，在１４５０℃时，物相有刚玉、莫来石、红柱石和硅线石相； 随着温度达到１４８０℃，物相变为刚玉、莫来石和硅线石相，说 明红柱石相已完全转化，一部分发生了莫来石化过程，另一部 分转化成硅线石，硅线石的存在使得试样存在莫来石潜能，高 温作用时可以补偿试样产生的体积收缩；当温度达到１５２００ｃ 时，物相已完全转变成剐玉和莫来石，表明低温生成的硅线石 相在高温下也转化为莫来石。 ２．２ ＳＥＭ分析
２０１０年第５期
ｎ）ｐｇ
ｐ０蛋茸（９６）
宵ｄｌ乏一霉萤有鼍嗣土＝Ｉ
Ｓｉｎｔｃｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｍｒｅ（ｏＣ） （４）
Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｍｒｅ（。Ｃ） ｏ，）
图３烧成温度对体密、气孔率的影响（ａ）和对抗折强度、耐压强度的影响（ｂ） Ｆｉｇ．３ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｉｎｔｅｎｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｏｐｅｎ ｐｏｒｏｓｉｔｙ Ｃａ）ａｎｄ ｆｌｅｘｕｒａｌ ａｎｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ（ｂ）
能的影响．陶瓷学报．２００６，２７（１） ｌｌ程本军，郭兴忠，杨辉．徽粉及烧成温度对刚玉莫来石材料结构的
２０１０年第５期
中国陶瓷工业
９
影响．浙江大学学报，２００６，４０（８） １２程本军．郭兴忠，杨辉．刚玉莫来石复相陶瓷力学性能的影响因素
分析．材料科学与工程学报，２００５，２３（５）
１３程本军，郭兴忠，杨辉．刚玉莫来石复相陶瓷热震及蠕变性能的影 响因素分析．硅酸盐通报，２００５，（３）
用．矿物岩石地球化学通报．１９９９，１８（４） ８郭敬娜，林先桥，乇渝斌．红柱石的粒度对奠来石一刚玉材料性能的
二次莫来石化反应对陶瓷板性能的影响
二次莫来石化反应对陶瓷板性能的影响萧礼标;薛群虎;刘一军;潘利敏;同继锋【摘要】按照陶瓷板制备对收缩率、吸水率和断裂模数的目标要求,针对大型化陶瓷板生产中存在的强度低、吸水率偏高等问题,分别利用蓝晶石、焦宝石和针状硅灰石原料取代原配方中的煅烧铝矾土原料,改变生产配方中的化学组成和矿物组成,建立制备工艺条件与二次莫来石化反应过程的关系模型,以对比不同试样的性能,分析其吸水率偏高的形成机理.结果表明:在陶瓷板配方中引入煅烧铝矾土,可以减小烧成收缩,起到以莫来石相增强的作用,未完成的二次莫来石化反应是造成陶瓷板吸水率偏高、强度下降的主要原因;采用蓝晶石取代煅烧铝矾土后,因蓝晶石的莫来石化反应完成温度与陶瓷板烧成温度接近,从而使陶瓷板的断裂模数提升了18.3％,吸水率降低了56.2％,烧成线收缩率减小了9.2％.【期刊名称】《建筑材料学报》【年(卷),期】2018(021)006【总页数】7页(P933-938,955)【关键词】二次莫来石化反应;陶瓷板;吸水率【作者】萧礼标;薛群虎;刘一军;潘利敏;同继锋【作者单位】西安建筑科技大学材料与矿资学院,陕西西安710055;蒙娜丽莎集团股份有限公司,广东广州528211;西安建筑科技大学材料与矿资学院,陕西西安710055;蒙娜丽莎集团徐德龙院士工作站,广东广州528211;蒙娜丽莎集团股份有限公司,广东广州528211;蒙娜丽莎集团股份有限公司,广东广州528211;蒙娜丽莎集团徐德龙院士工作站,广东广州528211;中国建筑材料科学研究总院,北京100024【正文语种】中文【中图分类】TQ1742016年中国的墙地砖产量已达110亿m2[1-2].材料发展过程按加工、生产、使用、废弃的特点及其与环境协调的关系，可大致分为4个阶段，即毫无节制地向自然界索取和废弃→末端治理(治废利废，开始具有环境协调意识)→生产和使用过程的改造(环境协调化，提高性能，节约能源、资源，降低污染)→材料生态化设计(生产绿色产品，实现对环境的零污染和废弃材料作为资源的循环再生)[3-4].这4个阶段不仅体现了人类环境意识的演变和升华，也反映了材料性能的提高与发展.目前国内外绿色建材的发展主要是在第3阶段，即以环境协调化为主的发展阶段. 传统的陶瓷墙地砖较厚、表面积较小.随着科学技术的发展、装备制造技术的进步、装饰装修对材料要求的提高，陶瓷砖表面积逐渐增大，厚度减薄，生产大而薄的陶瓷板取代陶瓷砖成为新的发展方向.按照GB/T 23266—2009《陶瓷板》标准定义，陶瓷板是指厚度不大于6mm，表面积不小于1.62m2的陶瓷制品.陶瓷板与陶瓷砖相比，可使原料减量50%，能耗降低45%以上[5-7].对于陶瓷板，陶瓷行业公认的著名专家、华南理工大学陈帆教授如此评价：“陶瓷板研发是以节约资源、减轻建筑负荷、丰富建筑外观色彩、新型建筑装饰与复合材料、文化载体、从做传统砖到做材料、自主创新的新工艺新装备、功能材料等为特点而问世的，是作为21世纪世界陶瓷的新发展而问世的，具有光明的应用前景”[8-9].陶瓷板的工业化生产与传统陶瓷砖相比，也出现了一些急需解决的实际问题.众所周知，瓷砖生产中要控制烧成过程中的收缩率，以防止产品出现不均匀收缩，产生翘曲、开裂等问题[10].瓷砖面积越大，出现上述问题越严重[11].显而易见，陶瓷板生产要比小规格的瓷砖生产难度更高.为了解决收缩过大问题，企业对生产配方作了调整，在生产中加入膨胀剂，通过烧成过程中发生矿物组成变化来产生膨胀，减少烧成过程中的收缩.而膨胀剂的加入又引入了新的问题，即产品吸水率上升，气孔率增加，强度下降.本文主要研究陶瓷板配方中添加煅烧铝矾土作为膨胀剂后，二次莫来石化反应对陶瓷板强度、吸水率的影响机理；同时探索添加其他类型膨胀剂，在保证膨胀率的前提下，提高陶瓷板强度、降低陶瓷板吸水率，解决企业生产中存在的实际问题.1 原料及试样制备试验以仿石陶瓷板为研究对象，配方中煅烧铝矾土(calcined bauxite)的掺量(质量分数，文中涉及的含量、掺量、吸水率等除特别说明外均为质量分数或质量比)为5%，烧成温度1210℃，烧成周期60～70min.希望通过调整配方组成，使主要性能参数达到预期目标：烧成过程控制坯体收缩率φs≤5%，产品吸水率E≤0.5%，断裂模数Mb≥55MPa.仿石陶瓷板(掺入5%煅烧铝矾土)、煅烧铝矾土、蓝晶石(kyanite)、焦宝石(flint clay)及针状硅灰石(wollastonite)的化学组成见表1.采用日本理学公司生产的DMAX-2400粉末衍射仪测定了煅烧铝矾土和蓝晶石、焦宝石、针状硅灰石等原料的矿物组成，X射线衍射分析(XRD)图谱见图1.用蓝晶石、焦宝石和针状硅灰石等量取代煅烧铝矾土，主要考虑了烧成反应膨胀、莫来石相增强和纤维增强因素[12-16].表1 仿石陶瓷板和置换原料的化学组成Table 1 Chemical compositions of stone-like ceramic plates and additives w/%SampleSiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaOMgOK2ONa2OILCeramicplate67.58024.2400.9200.3800.5300.7002.7302.9200.070Calcinedbauxite21.12071.6701.4903.0200.7100.7900.2800.4000.410Kyanite30.47060.0400.0900.1200.0900.0400.0160.0549.120Flintclay52.01045.8200.3300.5300.2700.3100.0100.2700.450Wollastonite52.310 0.2100.2800.01045.7500.0800.0100.1101.240从表1可知：煅烧铝矾土的氧化铝含量为71.670%，与莫来石相的理论组成(71.800%)非常接近，煅烧铝矾土的加入可以最大限度地提高莫来石相含量，从而提高产品的强度，且莫来石化反应具有一定的膨胀性.由图1可知，煅烧铝矾土和蓝晶石、焦宝石、针状硅灰石等添加剂的主要组成矿物相是莫来石、刚玉、蓝晶石、石英和硅灰石.试验研究中，分别以等量蓝晶石、焦宝石、针状硅灰石取代煅烧铝矾土，按照生产工艺流程制备试样，测试其收缩率、吸水率和断裂模数变化，并与生产线配方试样进行对比.试样编号为：添加煅烧铝矾土的生产线配方(对比样)为CB，蓝晶石取代铝矾土试样为KSB，焦宝石取代铝矾土试样为FCSB，针状硅灰石取代铝矾土试样为WSB.图1 煅烧铝矾土和置换原料的XRD图谱Fig.1 XRD patterns of calcined bauxite and additives2 试验结果与分析2.1 试样的性能测试与表征试样的吸水率E、烧成线收缩率φs和断裂模数Mb的变化率以生产线配方制备的试样CB性能为基准，即吸水率1.10%、烧成线收缩率5.20%、断裂模数 48MPa 为100%，测试蓝晶石、焦宝石、硅灰石取代煅烧铝矾土制备的试样KSB，FCSB，WSB吸水率、烧成线收缩率和断裂模数，计算所表征指标的保持率.计算公式为：所表征指标的保持率(%)=所表征指标的测试值/试样CB同项指标值；烧成线收缩率=(烧前试样尺寸-烧后试样尺寸)/烧前试样尺寸.结果见表2.表2 试样吸水率、烧成线收缩率及断裂模数保持率测试结果Table 2 Test resultsof water absorption rate,shrinkage rateand fracture modulus retention rate %SampleΔφsΔEΔMbCB100.0100.0100.0KSB90.843.8118.3FCSB101.693. 892.9WSB103.1162.590.5由表2可以看出：在相同制备工艺条件下，用蓝晶石取代煅烧铝矾土的试样KSB 烧结后比较致密，与加入煅烧铝矾土的试样CB相比，其吸水率为0.48%，下降了56.2%，断裂模数达到了56.8MPa，提升了18.3%，均满足了瓷质砖的要求；烧成线收缩率降至4.72%，减小了9.2%，达到了预期目标.从吸水率、断裂模数和烧成线收缩率来看，加入蓝晶石的试样KSB性能最优，各项指标均有提升；加入焦宝石的试样FCSB性能与加入煅烧铝矾土的试样CB性能相比差别不大；加入针状硅灰石的试样WSB性能比加入煅烧铝矾土的试样CB烧结性能差，但对强度指标影响不大.结合化学、矿物组成分析结果，按照原冶金工业部发布的YB/T 5179—2005《高铝矾土熟料》等级划分及技术条件，试样CB中所添加的起增强和减少烧成收缩作用的煅烧铝矾土为二级甲铝矾土.中国铝矾土主要矿物组成为高岭石-水铝石系(K-D 型)或水铝石-高岭石型(D-K型)，铝矾土中水铝石含量越高，氧化铝含量越高；水铝石与高岭石的含量越接近，铝矾土的结构均匀性越差，二次莫来石化数量越多、反应完成温度越高.氧化铝含量在68%～72%的铝矾土介于K-D型的上限和D-K 型下限之间，是二次莫来石化数量最多的一种铝矾土.铝矾土的烧结反应过程如图2所示.这一过程中高岭石在550℃左右脱水形成偏高岭石，1000～1200℃时偏高岭石莫来石化形成一次莫来石，游离出氧化硅；水铝石在450～500℃时脱水，1100℃时开始转变为刚玉相.高岭石在一次莫来石化后游离出氧化硅，与水铝石形成的刚玉相发生二次莫来石化反应后形成二次莫来石相，二次莫来石化反应从1200℃开始，至1300℃时反应速度加快，由于高岭石一次莫来石化反应后游离出的氧化硅扩散速度控制了二次莫来石化反应的进程，二次莫来石化反应完成温度高达1550℃左右.二次莫来石化反应发生在一次莫来石化反应和刚玉相形成之后，且反应会产生约10%的体积膨胀，造成烧结制品结构松散和烧结速度慢、烧结温度高等弊端，只有待二次莫来石化反应完成后，制品才进入烧结阶段.氧化铝含量越接近莫来石理论组成，二次莫来石化反应数量越多.由表1煅烧铝矾土的化学组成推断，如果莫来石化反应完全进行，则煅烧铝矾土几乎全部能够转变为莫来石相.由图1可知，煅烧铝矾土的主要矿物组成为刚玉和莫来石，低角度衍射图谱反映有一定的非晶相存在.由此判定，煅烧铝矾土的二次莫来石化反应进程尚处于起始阶段.二级甲铝矾土二次莫来石化反应充分进行的烧结温度约为1550℃，而陶瓷板的烧成温度为1210℃，二次莫来石化反应进行不完全、体积持续膨胀、未进入烧结阶段是造成试样CB吸水率高的主要原因.试样KSB用蓝晶石(Al2SiO5，理论氧化铝含量62.93%)原料取代煅烧铝矾土，而蓝晶石原料中的氧化铝含量为60%(蓝晶石原料中氧化铝含量最高牌号)，由图1可知，其矿物组成为蓝晶石、少量石英和莫来石，烧成过程中蓝晶石在1100～1300℃下分解，发生一次莫来石化反应，形成莫来石增强相和方石英，产生约16%～18%的永久性体积膨胀，反应过程如式(1)所示：图2 二次莫来石化反应过程Fig.2 Reaction process of secondary mullitization 3(Al2O3·SiO2)→3Al2O3·2SiO2+SiO2(1)林彬荫等[17]研究认为，蓝晶石原料中每1%蓝晶石矿物产生的膨胀率为0.15%～0.17%，受其粒度、其他矿物含量影响而有所不同；其膨胀性优于铝矾土的二次莫来石化反应，且其莫来石化反应完成温度远低于铝矾土，与陶瓷板烧成温度接近，有利于减少烧成过程中的收缩.试样FCSB用焦宝石取代煅烧铝矾土，图1显示焦宝石原料中只有莫来石相和石英相.焦宝石原料的氧化铝含量为46%，属高岭石类原料，较纯，原料煅烧过程中莫来石化反应已完成，烧成过程中不发生莫来石化反应，引入的莫来石增强相数量少，与试样CB相比各项指标差别不大.试样WSB中以硅灰石(CaSiO3)取代煅烧铝矾土，一是不发生莫来石化反应，但也不生成莫来石增强相；二是利用其针状结构，探索其有无增强作用[18].从试验结果看，效果远不及预期.用针状硅灰石取代煅烧铝矾土后，各项性能指标在3种置换原料中下降幅度最大.添加煅烧铝矾土的陶瓷板吸水率高，达不到瓷质砖要求的主要原因是二次莫来石化反应所致.陶瓷板1210℃的最高烧成温度远低于二次莫来石化反应完成所需的1550℃.可用图3所示模型表示陶瓷板二次莫来石化反应机理.图3 陶瓷板二次莫来石化反应过程模型Fig.3 Mechanism of secondary mullitization reaction in the ceramic plates2.2 显微结构分析采用FEG XL S30场发射扫描电子显微镜(SEM)分析了各试样的显微形貌.图4，5，6分别为试样CB，WSB，KSB在不同放大倍数下的SEM照片.从图4(a)可以明显地看出，试样CB出现了片状结构疏松区，图4(b)为片状结构疏松区放大图.造成此种结构的原因是由于二次莫来石化反应的不间断发生，致使二次莫来石化反应未完成，试样未进入烧结阶段.从图5可以看出，用针状硅灰石取代氧化铝含量较高的铝矾土后，试样WSB易烧结，但其不均匀的收缩造成其局部出现较大的孔洞.从图6(a)中可以看出，试样KSB的断面几乎不存在较大的气孔，结构致密程度显著优于试样CB.图 6(b) 为试样KSB的显微结构放大图，从中可以看出试样KSB的晶粒生长情况明显优于试样CB和WSB.图4 试样CB的SEM照片Fig.4 SEM photograph of sample CB图5 试样WSB的SEM照片Fig.5 SEM photograph of sample WSB图6 试样KSB的SEM照片Fig.6 SEM photograph of sample KSB3 结论(1)陶瓷板配方中引入煅烧铝矾土后，会产生二次莫来石化反应，从而减小其烧成收缩率，起到莫来石相增强作用，同时也造成其吸水率偏高、强度下降的负面影响.(2)造成陶瓷板吸水率偏高的主要原因是引入煅烧铝矾土后发生的二次莫来石化反应.由于高岭石一次莫来石化反应后游离出的氧化硅扩散速度控制了二次莫来石化反应进程，二次莫来石化反应是在一次莫来石化反应后，游离氧化硅与水铝石形成的刚玉相反应所形成，因此二次莫来石化反应会产生约10%的体积膨胀，造成制品结构松散；陶瓷板的烧成温度远低于煅烧铝矾土二次莫来石化反应完成温度，致使制品的二次莫来石化反应未完成，并未进入烧结阶段.(3)加入焦宝石与加入煅烧铝矾土的性能差别不大，加入针状硅灰石比加入煅烧铝矾土性能差，采用蓝晶石取代煅烧铝矾土，通过蓝晶石的莫来石化反应可减小烧成收缩率，起到莫来石相增强作用.蓝晶石莫来石化反应完成温度远低于煅烧铝矾土，与陶瓷板烧成温度接近，待蓝晶石的莫来石化反应完成后再进入烧结阶段，致使试样烧结后较致密，与加入煅烧铝矾土试样相比，其吸水率下降了56.2%，断裂模数提升了18.3%，满足了瓷质砖要求；烧成线收缩率减小了9.2%.参考文献：【相关文献】[1] 张帆,牛欢欢,李稳,等.粉煤灰陶瓷墙地砖的制备工艺及性能研究.硅酸盐通报,2018,37(6):1941-1945.ZHANG Fan,NIU Huanhuan,LI Wen,et al.Investigation on the manufacturing process and properties of ceramic wall brick and floor tile with fly ash[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2018,37(6):1941-1945.(in Chinese)[2] 王静.陶瓷砖黏结材料的应用现状及标准发展[J].上海建材,2017(3):25-26.WANG Jing.Application status and standard development of ceramic tile adhesivematerials[J].Shanghai Building Materials,2017(3):25-26.(in Chinese)[3] 同继锋，马眷荣.绿色建材[M].北京:化学工业出版社,2015:43-44.TONG Jifeng,MA Juanrong.Green building materials[M].Beijing:Chemical Industry Press,2015:43-44.(in Chinese)[4] 陈龙,那振雅,金璇,等.绿色建材的发展现状与建议[J].中国科技信息,2016(12):118-119.CHEN Long,NA Zhenya,JIN Xuan,et al.The development status and suggestion of green building materials[J].China Science and Technology Information,2016(12):118-119.(in Chinese)[5] SILVA A L D,FELTRIN J,B M D,et al.Effect of reduction of thickness on microstructure and properties of porcelain stoneware tiles[J].Ceramics International,2014,40:14693-14699.[6] MARTN-MRQUEZ J,RINCN J M,ROMERO M.Mullite development on firing in porcelain stoneware bodies[J].Journal of the European Ceramic Society,2010,30:1599-1607.[7] CIACCO E F S,ROCHA J R,COUTINHO A R.The energy consumption in the ceramic tile industry in Brazil[J].Applied Thermal Engineering,2017,113:1283-1289.[8] 陈帆.中国陶瓷百年史[M].北京:化学工业出版社,2014:1-30.CHEN Fan.Century history of Chinese ceramic[M].Beijing:Chemical Industry Press,2014:1-30.(in Chinese)[9] 陈帆.发展现代中国陶瓷的几个观点——超越传统着眼未来[J].陶瓷,2014(9):9-10.CHEN Fan.Several views on the development of modern Chinese ceramics—Beyond the traditional view of the future[J].Ceramics,2014(9):9-10.(in Chinese)[10] DONDI M,GUARINI G,MELANDRI C,et al.Resistance to impact of porcelain stoneware tiles[J].Ceramics International,2016,42(5):5731-5736.[11] RAIMONDO M,DONDI M,ZANELLI C,et al.Processing and properties of large-sized ceramic slabs[J].Boletín De La Sociedad Espaol a De Cermica Y Vidrio,2010,49(4):289-295.[12] 张电,刘一军，同继锋,等.ZrO2短纤维增强体相变及对瓷质陶瓷性能的影响[J].建筑材料学报,2017,12(6):909-913.ZHANG Dian,LIU Yijun,TONG Jifeng,et al.Phase transition and influence of short ZrO2 fiber as reinforcement on properties of porcelain[J].Journal of BuildingMaterials,2017,12(6):909-913.(in Chinese)[13] 吴建锋,张电,徐晓虹,等.红柱石在高强陶瓷薄板材料中的应用研究[J].武汉理工大学学报,2014,36(9):17-21.WU Jianfeng,ZHANG Dian,XU Xiaohong,et al.Research of andalusite 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蓝晶石制备莫来石晶须的研究
要 ：为 了降低 莫 来石 晶须 的 合成 温 度及 生产 成本 ，研 究 了以蓝 晶石 为 主要 原料 烧 结 制备 莫
石 晶须的 产率 可 以达到６ ４ ％。
关键词 ：蓝 晶石 ；莫 来石 ；晶 须 ；烧 结 Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｓ ｙ ｎｔ ｈｅ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｍ ｕｌ ｌ ｉ ｔ ｅ Ｗ ｈｉ ｓ ｋｅ ｒ ｓ ｂｙ Ｋｙ ａ ｎｉ ｔ ｅ
ＧＵＯ Ａｉ — ｈ ｏ ｎｇ ，ＴＩ ＡＮ Ｌｉ － ｎ ａ ｎ ， ＮＩ Ｕ Ｆ ｕ－ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ， Ｗ ＡＮＧ Ｘｉ ｎ ｇ — ｇ ｕ ｏ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｓ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｕ ｌ ｌ ｉ ｔ ｅ ｗｈ ｉ ｓ ｋ ｅ ｒ ． ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｉ ｎ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｔ ａ ｋ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｋ ｙ ａ ｎ ｉ ｔ ｅ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｒ ａ ｗ ｍａ ｔ ｅ ｉ ｒ ａ １ ． Ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｉｎ ｒ ｇ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉｍｅ ｒ ｎ ｔ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ
低品位蓝晶石制备锂离子电池窑炉用莫来石轻质隔热材料
低品位蓝晶石制备锂离子电池窑炉用莫来石轻质隔热材料孙华云
【期刊名称】《耐火材料》
【年(卷),期】2024(58)2
【摘要】为实现对低品位蓝晶石的综合利用,以低品位蓝晶石、α-Al_(2)O_(3)微粉和黏土为主要原料,在10 MPa下机压成型,分别经1450和1500℃保温3 h热处理,通过燃尽物法制备了莫来石轻质隔热材料。
研究了黏土加入量(加入质量分数分别为5%、10%、15%、20%)和热处理温度(1450、1500℃)对试样体积密度、显气孔率、常温耐压强度、热导率以及抗锂离子电池正极材料侵蚀性能和显微结构的影响。
结果表明:黏土的引入促进了试样的致密化和莫来石化反应,提高了试样体积密度、热导率和强度,添加20%(w)黏土的试样经1450℃烧后物理性能最佳,其体积密度为0.88 g·cm^(-3),常温耐压强度为21.0 MPa,热导率为0.25 W·(m·K)^(-1);当热处理温度为1450℃,黏土加入量为10%(w)时,试样具有较好的抗锂离子电池正极材料侵蚀性能。
【总页数】6页(P155-160)
【作者】孙华云
【作者单位】山东工业职业学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ175
【相关文献】
1.蓝晶石含量对轻质莫来石-刚玉浇注料显微结构与性能的影响
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刚玉及莫来石
刚玉质耐火原料
在耐火材料中，通常把α-Al2O3含量大于94%的原 料划归为刚玉质耐火原料。
氧化铝
Al2O3的摩尔分子量为101.94，密度在3.4～ 4.0g/cm3。Al2O3有α、β、γ、δ、ε、ξ、η、θ、κ 、χ、ρ等十几种同质多相变体，常见和常用的变 体有α、β、γ和ρ。
后冷却再结晶而成的白色熔块。其熔炼过程不存在还原反 应。电熔白刚玉含有少量的Na2O、SiO2和微量的Fe2O3等
杂质。因此要严格控制工业氧化铝中的Na2O含量。
棕刚玉与白刚玉的主要性能
碱石灰烧结法
铝土矿 石灰石
回转窑: 1) Al2O3+Na2CO3 2) FeO SiO2 TiO2 NaAlO2(可溶) Na2O· Fe2O3 2CaO· SiO2（不可溶） CaO· TiO2 （不可溶）
Fe2O3· H2O CaO· SiO2
CaO· TiO2
稀碱
脱硅处理
铝酸钠溶液
CO2
铝酸钠精液
熔体结晶，呈长板状，最粗大的晶粒呈骸状片晶。
• 棕刚玉是以天然铝矾土为原料。
电熔棕刚玉的熔炼
• 棕刚玉冶炼工艺过程主要分为开炉、熔炼、控制、精炼四 个阶段。 • 其中熔炼阶段占全部冶炼时间的80%。在熔炼的过程中，
SiO2大部分生成硅铁而除去，小部分留在产品中；Fe2O3
大部分生成硅铁而除去，小部分与氧化铝生成尖晶石留在 产品中；TiO2部分被还原进入硅铁合金，相当部分留在产
X衍射法
电熔刚玉
电熔氧化铝（Fused alumina，又称熔融刚玉，熔融 氧化铝）是以煅烧氧化铝或铝矾土为原料，经电弧炉在还 原气氛下熔融并与金属杂质分离，再经冷凝而制得。为增
蓝晶石在炭砖中的原位分解及其对性能的影响
蓝晶石在炭砖中的原位分解及其对性能的影响
李亦韦;桑绍柏;李亚伟
【期刊名称】《硅酸盐通报》
【年(卷),期】2015(34)4
【摘要】本文在炭砖中添加蓝晶石细粉,讨论了蓝晶石在炭砖中的反应过程及其对炭砖物相变化、显微结构与宏观性能的影响。
结果表明,在高导热炭砖试样中添加蓝晶石,焙烧温度达到1300℃以上时发生莫来石化反应,其反应产物二氧化硅可与含碳组分发生碳化反应,有利于增加碳化硅晶须的生成量,改善试样微孔性能。
【总页数】5页(P937-940)
【关键词】炭砖;蓝晶石;莫来石化
【作者】李亦韦;桑绍柏;李亚伟
【作者单位】武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TQ175
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蓝晶石基刚玉莫来石陶瓷
摘要:本实验在制备刚玉-莫来石陶瓷过程中加入蓝晶,以蓝晶石的膨胀性能来抵消或减小陶瓷烧结过程中的收缩比例,增强陶瓷的各项性能,特别是抗折强度;并通过改变烧结制度,探究蓝晶石基刚玉-莫来石最佳的烧结温度。
关键词:蓝晶石刚玉-莫来石陶瓷
莫来石是Al2O3-SiO2二元系中常压下唯一稳定存在的二元化合物,化学式为3Al2O3-2SiO2,天然莫来石非常少,通常用烧结法或电熔法等人工合成。
由于莫来石热膨胀系数低、熔点高、抗蠕变、抗热震能力优越,刚玉弹性模量高、熔点高、耐磨性好、抗化学侵蚀能力强;另外,莫来石晶体一般为柱状或棱柱状,刚玉晶体一般为粒状,刚玉状晶体填充于莫来石柱状晶网络结构的空隙中,形成连续的交错网络骨架结构,刚玉相晶体可以起到增强、增韧作用,或者莫来石柱状晶体填充于刚玉相晶体的空隙中,柱状莫来石晶体的存在,可以起到类似于纤维和颗粒的增强、增韧作用,这两种填充状态对提高复相陶瓷高温力学性能均非常有利。
蓝晶石矿具有多种形态的Al2O3·SiO2或Al2SiO5,同族矿物有硅线石、红柱石,是原生粘土质成分的沉积物,受到强力的挤压剪切应力的作用在高温高压条件下变质产生的,是无水铝硅酸盐矿物,属高铝矿物原料。
由蓝晶石煅烧生成的莫来石,具有高温稳定性、低膨胀性及
良好的耐火性和高温下的高负荷能力。
由于其膨胀效应可以抵消某些材料的收缩,使产品具有高温体积变化小、热稳定性好、耐抗渣和抗磨,不需煅烧出料直接使用,能适应快速烧成,节约能源,被广泛应用于冶金、陶瓷、玻璃、机械、电力和化工等领域。
1 实验内容
1.1 实验仪器和药品
天平;球磨机;烘箱;研钵;电炉;压样机及相应模具;冷等静压机;程序控温烧结炉;抗折强度测试仪。
蓝晶石;刚玉;氧化硅粉;氧化铝粉;聚乙烯醇(PV A)。
1.2 蓝晶石基刚玉-莫来石陶瓷的制备
按一定的配方,称取36g蓝晶石,6g刚玉,9.6g SiO2,5.4g Al2O3,置于球磨罐中,按水∶球∶料=1∶1∶2,进行球磨12h。
取球磨浆液在鼓风烘箱中100℃下干燥2d。
取一定量的PV A置于烧杯中,加入蒸馏水,在电炉上搅拌加热为溶液,待用。
研磨干燥后的粉末,并加入一定量的PV A溶液,研磨均匀。
称取样品粉末3g,在4MPa压强下在压片机上进行压片,操作9次,
即压9个样品。
将9个样品依次经冷等静压(150MPa)操作。
把样品在空气中干燥24h。
把样品分为3组,编号为1、2、3、4、5、6、7、8、9,分别在1400℃、1450℃、1500℃下烧结4h。
分别测试烧结后样品的抗折强度,并记录数据,进行分析。
2 实验数据与分析
图1为样品的抗折强度随温度的改变而改变的趋势。
由图1可以看出,加入蓝晶石后刚玉-莫来石的抗折强度普遍有所增加。
在1450℃烧结的样品,其抗折强度最小。
观察1400℃及1500℃下的抗折强度,可以看出呈上升趋势。
根据理论,蓝晶石子在莫来石化过程后,体积会有所膨胀,结构变得较为疏松,会使气孔率增加;但烧成温度的升高又使样品致密化。
因此,存在一个合适的温度使其抗折强度达到最大,此温度应该接近1450℃。
但是由于实验仪器的误差,本实验无法确定此温度。
3 结语
在普通刚玉-莫来石陶瓷的制备中加入蓝晶石,可以增强陶瓷的抗折强度。
陶瓷的抗折强度随烧结温度的增大先减小后增大。
参考文献
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[2] 陈武,季寿元.矿物学导论[M].北京:地质出版社,1985.
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