高铝砖的物理化学性能
发布日期： 2018-07-30 10:25:58 阅读量（711） 作者：高铝砖是以高铝矾土为主要原料制取的耐火材料。高铝矾土的主要成分是Al2O3和SiO2以及少量杂质。Al2O3-SiO2系统的相图如图1所示。
从图1可知，Al2O3-SiO2系统中高铝质耐火材料的氧化铝含量为48~90%，主要涉及两个矿物：莫来石、刚玉。
图1 Al2O3-SiO2系统的相图
莫来石是一种常见的耐火矿物，其化学表达式为3Al2O3·2SiO2，组成为Al2O3=71.8%，SiO2=28.2%。莫来石为斜方晶系矿物，np=1.642〜1.653，nm=1.644〜1.655，ng=1.654〜1.679，ng-np=0.012〜0.031，含少量Fe和Ti，相对密度为3.03，硬度6〜7，热膨胀系数5.3×10-6K-1，熔点1810℃。莫来石具有良好的高温强度和抗蠕变性，还因中等的热膨胀系数而具有一定的抗热震性。
刚玉也是一种常见的耐火矿物，其化学表达式为Al2O3。刚玉为三方晶系矿物，n0=1.768，ne=1.760，ne-n0=0.008，相对密度4.02，硬度9，热膨胀系数8.6×10-6K-1，熔点高达2050℃。刚玉因其高熔点被用于高级耐火材料，因高硬度被用于耐磨材料。
很大程度上，高铝质耐火材料的质量取决于高铝矾土熟料的成分和密度。由于氧化铝良好的耐高温性能，高铝质耐火材料的耐高温性也随着氧化铝含量的增加而增加，如图2所示。
图2 氧化铝含量对高铝质荷重软化温度的影响
图3 Ⅰ、Ⅱ级矾土原料的烧结曲线
1-收缩率;2-吸水率
其次，高铝质耐火材料的质量也受到矾土原料煅烧程度的影响。图3表示了烧结温度对Ⅰ等和Ⅱ等矾土吸水率及收缩率的影响：
由图可知，Ⅰ级矾土的最佳烧成温度在1500〜1600℃;Ⅱ级矾土的最佳烧成温度在1600〜1700℃。类似地，Ⅱ级矾土的最佳烧成温度在1500〜1550℃;特级矾土的最佳煅烧温度在1600〜1700℃。高铝质耐火原料烧结的难点：一是形成莫来石伴随的体积膨胀;二是煅烧温度范围狭窄。
高铝矾土含有一定数量的杂质。高温下，杂质会形成液相，Fe2O3、TiO2还会被还原。所以，煅烧温度低了，出现欠烧，自然原料不能烧结。但是，温度过高，原料也不能烧结。温度过高时，原料中出现大量液相，Fe、Ti等被还原放出气体，形成发泡组织，并致使原料脆化。
高铝矾土中的主要杂质是Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O。其中，最有害的是R2O，次为RO。图4显示了不同杂质对高铝砖高温液相量的影响。
图4 不同杂质对高铝质高温液相量的影响
我国铝矾土资源储量少，需求量大，因长期掠夺式地开采和大规模地出口，高铝矾土即将消耗殆尽。目前，不仅优质矾土的数量越来越少，一般矾土的质量也越来越差。以后，高铝矾土的供应将难以为继。所以，发展资源替代技术将是高铝质耐火材料的方向。
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