鋁礬土,又稱礬土礦或鋁土,主要化學組成為氧化鋁,外觀顏色隨著其中摻的雜質種類、含量不同而有所差異,一般呈灰色或者白色。當雜質中鐵的含量較高時,呈紅色或者褐色,質地致密堅硬。
鋁礬土是由化學風化或者外生作用形成的,大多是多種礦物的混合物,極少有純礦物,其物相組成比較復雜,包括軟鋁石、硬鋁石、和水鋁石與高嶺石的混合物。除此之外,還有一些鋁礬土是以高嶺石礦物為主,并且隨著高嶺石的含量增加,形成粘土類礦物。
我國的鋁礬土資源儲量比較豐富,約37億噸,位居世界前列。主要分布地包括山西,陜西,河南,河北等地。通過綜合熱分析、XRD等測試結果表明,我國鋁礬土原料,主要礦物組成為水鋁石和高嶺石,次要的礦物有滑石、長石、伊利石、方解石、云母等礦物。 我國大部分的鋁土礦,其氧化鋁的含量在45%-80%,煅燒后波動于48%-90%,氧化硅的含量在1%-40%,雜質的總量在2.5%-6%,TiO2的含量在4.5%-3.6%,R2O的含量通常較低。 目前,我國鋁礬土的等級分類主要是根據其氧化鋁的含量及耐火度,通常氧化鋁的含量越高,礬土的耐火度越高,應用范圍就越廣泛。我國高鋁礬土資源主要用于金屬鋁的工業生產,耐火材料制備及陶瓷、水泥等工業。根據原料處理方法的不同可分為高溫煅燒利用及低溫煅燒利用。
高鋁質耐火材料所需要的礬土原料是通過生礬土在回轉窯等窯爐中經過高溫煅燒得到的,使其物相和顯微結構穩定,體積密度和氣孔率合格。生礬土煅燒可以分為三個階段:分解階段,二次莫來石化階段和重結晶燒結階段:
(1)分解階段。
分解階段在400℃-1100℃之間,水鋁石和高嶺石在600℃之前主要發生脫水反應,如反應式(1),(2)。
Al2O3∙H2O=3Al2O3+H2O↑(400℃−600℃)(1)
Al2O3·2SiO2·2H2O=Al2O3·2SiO2+2H2O↑(600℃)(2)
脫水反應發生完成后,高嶺石在980℃左右時會發生相變轉化為莫來石,即一次莫來石化,如反應方程(3)。
3Al2O3·2SiO2=3Al2O3·2SiO2+4SiO2(980℃)(3)
(2)二次莫來石階段。
一次莫來石化中分解的Si2O與礬土脫水后的Al2O3在1200℃是發生反應(4),生產莫來石并伴隨著一定的體積膨脹,即二次莫來石化。
3Al2O3+2SiO2=3Al2O3·2SiO2(1200℃−1500℃)(4)
(3)重結晶燒結階段。
隨著溫度的升高,礬土中的剛玉與莫來石晶粒逐漸長大,氣孔率逐漸減小,體積密度慢慢提高,顯微結構逐漸致密。這個過程受液相的影響很大,若液相較多會促進燒結,樣品致密度提高。