棕剛玉原料的物相及結(jié)構(gòu)特征是什么？

中國鋁土礦儲量居世界前列。優(yōu)質(zhì)鋁土礦的持續(xù)供應(yīng)使中國成為世界上最大的棕剛玉生產(chǎn)國和用戶。棕剛玉是人造磨料中應(yīng)用最廣泛的磨料，也是耐火材料領(lǐng)域廣泛使用的剛玉原料。

1.棕剛玉的原料背景

我國高鋁礬土原料多年來已廣泛應(yīng)用于化工、建材、耐火材料等行業(yè)。通過電弧爐熔煉過程，將高鋁鋁土礦放入熔煉爐中，在2000℃左右的溫度下分離鋁土礦中的一些氧化物，制備棕剛玉（鋁、鈣、鎂不可還原，鉀、鈉以氣態(tài)形式揮發(fā)，鐵、硅、鈦等大多數(shù)金屬形成合金沉淀）。鋁土礦含有一些天然含鈦氧化物。隨著高鋁土礦品位的增加，含鈦相的含量也將顯著增加（例如，中國陽泉地區(qū)的72個鋁土礦原礦含有約4.2 wt%的TiO2）。含鈦氧化物具有很強(qiáng)的熱力學(xué)穩(wěn)定性，在棕剛玉生產(chǎn)過程當(dāng)中不可完全還原，使得棕剛玉原料中鈦含量一般達(dá)到3%，氧化鋁含量只能達(dá)到95%左右。含鈦相是棕剛玉原料中的主要雜質(zhì)相，也是棕剛玉原料具有優(yōu)良韌性的主要原因。

2.棕剛玉原料的物相與結(jié)構(gòu)

受生產(chǎn)工藝影響，棕剛玉原料中熱穩(wěn)定性高的鈦、鎂、鈣元素極難完全還原，使原料中含有少量Ti2O3、Ti（C，N，O）固溶體、鈦硅鐵合金（tifesi2）、低熔點玻璃相（ca3al2si3（Mg，Ti）O12）和鋁酸鈣固溶體（ca0.95mg0.9al10.1（Ti）o17）除剛玉成分外，棕剛玉的XRD衍射光譜如圖2所示。拋光棕剛玉顆粒材料截面的SEM（圖3）顯示了原料中各種相的分布：Ti2O3，Ti（C，N，O）固溶體和鈦鐵硅合金以顆粒相的形式分布在剛玉顆粒中；低熔點相主要分布在兩個剛玉顆粒之間的空隙中；鋁酸鈣固溶體主要分布在三個剛玉顆粒的夾角處。

棕剛玉作為一種耐火材料，與其他剛玉材料相比，存在粉化和開裂的問題。這主要是由于棕剛玉生產(chǎn)過程當(dāng)中還原劑焦炭去除不足，還原劑焦炭在原料中反應(yīng)生成碳化鋁，碳化鋁在水中呈粉末狀，造成開裂產(chǎn)品的剝落和剝落。棕剛玉顆粒中碳/碳化鋁的SEM。

鈦的存在是棕剛玉原料的主要特征之一，而非氧化物含鈦的優(yōu)良性能使棕剛玉原料適合于氧化物非氧化物耐火材料，非氧化物復(fù)合耐火材料的使用條件大多滿足高溫、低溫條件氧分壓。以下研究是在1600℃流動氮氣條件下對棕剛玉原料進(jìn)行熱處理，以探索其在無氧化物復(fù)合耐火材料使用/燒成過程當(dāng)中的相態(tài)和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。