棕刚玉原料中杂质在熔炼过程中对产品性能的影响

　　棕刚玉生产在熔炼过程中各种杂质成分和添加元素的反应及其对熔炼过程和棕刚玉产品性能的影响。

　　硅-Si0

　　当Fe203还原到一定浓度时，SiO2开始还原并与元素铁结合，形成高比重的硅铁合金。一些硅矿物被还原成气态SiO和Si并挥发。少量SiO2还会与刚玉矿物相中的A12O3和Cao结合，形成硬度较低的矿物杂质，如莫来石、钙斜长石和玻璃质，这些矿物会降低棕刚玉的研磨能力，增加棕刚玉的脆性；同时，SiO2对棕刚玉的冶炼也有很大影响。有数据表明，当铝土矿中SiO2含量增加2%时，单位电耗可增加8%~16%11I。冶炼生产实践表明，当SiO2含量增加到5%以上时，会造成炉况不稳定，易粘结电极和结块，增加操作难度，显著降低产量和质量不稳定。刚玉块的单位电耗较高，各种原辅材料的消耗也会增加Al2O3。

　　铁-Fe203

　　Fe203是一种可用于冶炼棕刚玉的杂质矿物成分，因为在冶炼过程中，轻烧铝土矿中的Fe203被还原为铁，然后形成硅铁合金，从而减少了废铁添加剂的添加。而在冶炼过程的还原过程中，Fe203为2。铝土矿熔化后（一般温度超过1850%），Fe203首先转化为FeO，然后FeO和SiO2以及溶液中的a12o形成铁铝尖晶石和铁橄榄石。铁铝尖晶石在熔化时分解，而铁橄榄石被C还原。***终的硅铁（钛）合金不同于刚玉熔体，刚玉和杂质因熔体密度不同而分离；但仍有极少量的Fe203与氧化铝形成铁铝尖晶石，对棕刚玉的质量有一定影响。如果铝土矿中Fe2O含量过高，不仅会影响棕刚玉的质量，而且会大大增加能耗。

　　钛-Ti

　　对于杂质钛，当刚玉熔体冷却结晶时，刚玉熔体中以及刚玉矿物相中存在何种钛氧化物和钛离子价态，这是一个值得研究的课题。目前还没有一致的结论。

　　矿物学研究结果表明，钛在铝土矿中的赋存形态主要为锐钛矿，高温光烧结后部分钛可转化为金红石。在熔炼过程中，经过SiO2还原反应后，TiO2开始部分还原，熔融Ti中有TiO2、TiO和Ti2O，0。在不同价态的氧化物中，TiO2和Ti2O***稳定。***后一部分被还原成元素钛，在元素铁的参与下，形成铁钛合金或铁硅钛合金。在熔融状态下，氧化钛主要是三价氧化钛Ti2O，因为棕刚玉的熔炼是在含碳还原气氛中进行的。在熔融状态下，除了还原成金属钛之外，没有还原或部分还原的***稳定氧化物是Ti2O，。在刚玉熔体的冷却过程中，熔体冷却晶体与空气接触部分的氧化钛主要是二氧化钛和二氧化钛；非接触式空气部分熔融冷却晶体中的氧化钛主要是Ti2O，以玻璃态的形式固溶于刚玉晶体中或存在于刚玉晶界之间。Ti2O固溶会增加刚玉的硬度，不溶性Ti2O会增加硬度。TiO2能促进棕刚玉晶体的微晶化，提高刚玉的韧性和冲击强度。氧化钛的类型、固溶体和结晶尺寸对棕刚玉的着色起主要作用。如果铝土矿中含有过量的TiO2，会与a12o反应生成钛酸铝，从而影响棕刚玉的质量。

　　钙镁-Cao和MgO

　　高品位铝土矿中Cao和MgO含量较少。前者在冶炼过程中很难还原，大部分仍存在于棕刚玉中。当Cao含量达到3%时，Cao和a12o会形成六铝酸钙（Cao），这不仅会导致部分a12o不形成刚玉，还会降低棕刚玉的显微硬度，严重影响棕刚玉材料的热性能。因此，要求轻烧铝土矿中Cao的含量；MgO是刚玉的微晶

　　促进剂：生产微晶刚玉时，要求氧化镁含量为0.3%～0.8%。如果含量太小，则无法达到微晶化效果。当含量超过0.8%时，刚玉的结晶受到***，并与al20形成镁铝尖晶石。因此，适当添加MgO可以使刚玉微晶化，从而提高刚玉的强度和韧性。高温还原气氛下氧化镁的稳定性发生变化，氧化镁在棕刚玉熔体中的还原性有待进一步研究。3.1.5碱金属Na、O和K、ona2o和K2O对棕刚玉的质量有害。虽然其中一些在冶炼过程中会在高温下挥发，但不能还原，会形成低硬度的矿物，如铝酸钠、铝酸钾和含a12o的玻璃状，从而影响棕刚玉的质量。

　　其他附加元素

　　为了提高刚玉的质量，在生产中经常添加一些其他矿物元素，以提高刚玉的一些性能指标。如果加入Cr20，Cr2O可以在熔炼过程中与a12o形成连续固溶体。用Cr3+取代刚玉晶体中的A13+，增加了刚玉晶格的晶面间距，使晶格变形，从而提高了晶体的抗冲击性，提高了刚玉的韧性；当加入锆英砂时，锆英砂中的ZrO2可以与al20相互作用形成a12o。一种ZrO2共晶，其中ZrO2从立方相转变为亚稳四方相。这些共晶均匀地存在于ol-a1中。O.可以提高刚玉在晶界的韧性和强度。与美国、俄罗斯等国家相比，我国对棕刚玉冶炼过程中杂质元素反应行为的理论研究并不完善，尤其是对碱金属等有害杂质矿物的行为和赋存状态的理论研究，碱土金属和硫在棕刚玉冶炼过程中的作用，到目前为止还没有明确的研究结论。面对我国棕刚玉工业主要原料铝土矿资源短缺、品位不断降低的现状，我们不得不研究杂质元素的反应行为及其对环境的影响。