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1、我国高铝矾土均化料的技术进步陈庆明魏 同中冶焦耐工程技术有限公司 辽宁鞍山 114002摘 要 介绍了我国高铝矾土加工特点， 提出了我国高铝矾土的发展方向应该是均化与提纯， 重点介绍了矾土基均化料的工艺路线和技术发展， 并对进一步产业化提出建议。关键词 耐火原料， 高铝矾土， 熟料， 莫来石， 均化料天然高铝原料为铝土矿， 耐火材料行业通常称为 高铝矾土。我国铝土矿储量丰富， 已探明储量为 25 亿 t， 占世界总储量的 2 4% ， 但人均占有量仅为世界 人均水平的 7 3% ， 而每年的开采量则占世界总开采 量的 8%1。高铝矾土按品级经不同温度煅烧生产 的高铝熟料是生产 Al2 O3 S
2、iO2 系耐火材料的重要原 料。建国以来， 国家先后在原山西阳泉铝矾土矿、 贵 州贵阳耐火材料厂、 河南渑池煅烧厂依托当地铝土矿 资源， 建立了高铝耐火原料生产基地， 积累了高铝熟 料生产的丰富经验和教训。改革开放以来， 民营企业 迅猛发展， 基本上满足了国内外市场对高铝熟料产量 的要求。但是， 目前高铝熟料的生产仍以煅烧天然块 料为主， 品种单一， 质量波动大， 资源利用差， 能耗高， 污染严重。 高铝矾土矿是不可再生的宝贵资源。近年来， 过 度开采导致资源保有储量快速下降， 环境污染严重。2010 年 1 月 3 日， 国务院办公厅为全面贯彻落实科学 发展观， 保护资源和环境， 下发了 国
3、务院办公厅关于 采取综合措施对耐火黏土、 萤石的开采和生产进行控 制的通知( 国办发 20101 号) 。2010 年 2 月 22 日， 工业和信息化部等 7 部门联合发布 耐火黏土( 高 铝黏土) 行业准入标准公告( 工联原 2010 86 号) ， 旨在从矿山开采、 生产计划管理、 税收、 环保、 产业准 入、 出口管理等方面采取综合措施， 控制高铝矾土矿 的开采量和生产量。2011 年始， 工信部委托中国耐 火材料工业协会进行 促进耐火材料工业结构升级政 策措施的研究 ， 高铝原料也是重点内容之一。目前， 我国约有 65% 的耐火材料属于 Al2 O3 SiO2 系产品， 其中的 65
4、% 左右以高铝矾土为原料2。近 年来， 随着氧化铝生产的高速发展， 我国铝土矿资源障重点氧化铝企业资源配置， 促进铝工业健康发展的 前提下， 应通过铝土矿选矿， 调整产品结构， 提高综合 利用水平， 并兼顾耐火高铝原料的需求; 也应该重视 耐火原料的研究， 采取均化、 提纯等技术， 研发优质的合成新材料。我国高铝原料的加工特点我国铝土矿多为一水铝石 高岭石型， 其特点是 Al2 O3 、 SiO2 含量高，Fe2 O3 含量低， 属于难溶铝土矿， 不能直接采用先进的拜耳法生产氧化铝， 但比较适合用作耐火材料。我国铝土矿由于矿床成因及赋存地 质条件的影响， 往往在同一矿层、 同一区段， 矿石品位
5、 差别很大， 呈“鸡窝矿”的特点。因此， 根据我国高铝 矾土矿的特点， 业内人士拟对耐火级高铝矾土重新分1类， 在表 13的基本分类基础上， 增加对 Fe O 、 K O、 2 32Na2 O、 MgO、 CaO 杂质含量的限制。应当提出， 我国现行的行业标准YB / T 50572005 铝土矿石技术条件 只适合用于生产氧化铝、 刚玉研磨材料和高铝水泥等的由含水氧化铝、 氧化硅等组成的铝土矿石， 仅规定了铝硅比及 Al2 O3 、 Fe2 O3 的 含量， 在矿山勘探中对耐火级高铝矾土的圈定造成很 大困难。铝矾土矿石的分级和有害杂质( 如 Fe2 O3 、K2 O、Na2 O、 MgO、 C
6、aO 等) 的去除， 对耐火材料的品种、 质量关系重大。不同用途的高铝制品对高铝矾土熟料有不同的质量要求。行业标准 YB / T 51792005 将适 用于耐火材料的高铝矾土熟料( 煅烧天然块料) 划分 为 9 个牌号， 其理化指标要求见表 2。这就要求矿山*陈庆明: 男， 1970 年生， 硕士， 高级工程师。实施分级开采， 不许混级。国外许多厂家还要求熟料中 w( Al2 O3 ) 的波动1% ， 而我国煅烧天然块料生产 的矾土熟料从未达到过， 往往高达 5% 10% ， 这制约 了我国高铝耐火材料制品质量的提高， 是我国高铝炉 衬使用寿命不高的原因之一。大量加工不精( 主要指混级、 杂
7、质分布不匀、 化学组成和矿物组成不稳定、 烧结不良等) 的耐火级高铝矾土熟料进入国外高铝原料 市场， 在客观上也促成了高铝矾土储量仅 1 5 亿 t 的 南美圭亚那却在国际市场上长期处于垄断地位， 相同 牌号熟料的售价比我国高 30% 以上。表 1高铝矾土的基本分类m( Al2 O3 ) 生料煅烧熟料根据煅烧熟料 相组成分类牌号等级生料的外观特点w( Al O ) / %w( Al O ) / %m( SiO )2 322 3特 AAB1B2C特等等 等甲级 等乙级 等 7668 7660 6852 6042 52 205 5 202 8 5 51 8 2 81 0 1 8 9080 9070
8、 8060 7048 60刚玉质 刚玉莫来石 莫来石刚玉 莫来石质 低莫来石质淡灰色或黄白色， 结构致密、 均匀 淡灰色或黄白色， 重而硬， 结构致密、 均匀 灰色， 结构尚致密， 鲕状体不多 灰色， 结构疏松， 多鲕状结构 浅灰色， 结构致密、均匀， 表面滑腻表 2高铝矾土熟料( 煅烧天然块料) 牌号的划分及其理化指标化学组成( w) / %代号体积密度 / ( gcm 3 )吸水率 / %Al2 O3 Fe2 O3 TiO2 CaO + MgO K2 O + Na2 O GL90GL88AGL88BGL85AGL85BGL80GL70GL60GL5089 587 587 5 8585 80
9、70 8060 7050 601 51 62 0 1 82 02 0 2 02 02 54 04 04 0 4 04 54 0_0 350 40 4 0 40 40 5 0 60 60 60 350 40 4 0 40 40 5 0 60 60 63 353 203 25 3 102 902 90 2 752 652 552 53 03 0 3 05 05 0 5 05 05 0资源利用率低， 高铝资源供需矛盾显现近年来， 我国平均每年消耗优质高铝矾土约 1 亿 t， 其中铝工业 8 000 万 t， 耐火材料 1 500 万 t( 含电熔 料、 高铝水泥等) ， 陶瓷及其他工业 500 万
10、t。目前， 国内耐火级铝矾土矿石大都是人工选矿分级， 有 20% 30% 的碎矿和低品位矿石被遗弃， 资源 利用率很低， 具体表现在:( 1) 各地取缔燃煤倒焰窑和土竖窑后， 煅烧窑炉主要以燃气方倒焰窑和煤粉回转窑为主， 近年发展了新型燃气机械化竖炉。但这些炉型只能煅烧块料( 回 转窑煅烧大于 5 mm 的块料， 倒焰窑和竖炉煅烧大于40 mm的块料) ， 碎矿没有利用。( 2) 1982 年以后， 随着国内外市场销售情况的变化， 特级、 级熟料供不应求， 、 级熟料滞销， 矿山 普遍存在采富弃贫现象。据统计: 山西阳泉地区高铝 矾土 地 质 储 量 中 特 级、 级 矿 石 仅 占 总 储
11、量 的 20 98% ， 级矿石占 52 49% ; 贵阳清镇麦格高铝矿 中特级、 级矿石可占总储量的 30 16% ， 级矿石占63 26% 。在特级、 级熟料热销的情况下， 级以下矿石利用率很低。( 3) 矿石混级程度相当高， 致使块料煅烧的高铝矾土熟料质量波动大， 且部分严重混级矿被遗弃。每生产 1 t 合格高铝料大致要消耗 4 5 t 地质储 量， 资源利用率仅 20% 30% 。经过 30 多年无序开 采和不当利用， 高铝矾土资源供需矛盾突出。山西阳泉等地铝矾土原料开采高峰期已过， 河南、 山东某些 地区出现矾土资源供应紧张局面。随着全国新建、 在 建氧化铝项目的逐步投产， 对铝土矿
12、资源的争夺将日 趋激烈。在“调整与优化产品结构”指导思想的影响下， 铝矾土分级供应耐火材料行业和铝行业的传统观 念已难以实现。山西省政府编制的 山西省铝土矿资 源开发利用规划( 20062020 年) 明确提出: 调整和 优化氧化铝、 高铝熟料、 耐火材料产品结构， 关系到山西铝工业的可持续发展。在发展壮大铝工业的同时， 逐步压缩高铝熟料、 耐火材料的生产规模， 不再批准 新建( 扩建) 高铝熟料、 耐火材料项目， 并鼓励现有矿 山向氧化铝企业销售矿石。2高铝矾土熟料的发展方向 当前， 我国正面临高铝资源倾向于铝氧工业， 耐 火级高铝矾土供应日益紧缺的现实。由此迫切需要 改变资源的不合理开采使
13、用， 采用科学的工艺和先进3的装备， 充分利用大量中低品位高铝矾土、 混级矿和w( 莫来石相) 95% ， 刚玉相微量，w( 玻璃相) 2% 。碎矿制备 w( Al2 O3 )50% 90% 系列矾土基均化料，多年来的生产实践表明， 煅烧矾土基莫来石均化料，回转窑不结圈， 窑的年运行率 82% ， 出窑料球的完 整率 80% ， 压球料可以满足回转窑高温煅烧要求。重点是制备 w( Al2 O3 ) 75% 的莫来石均化料。45%有条件的企业上浮选提纯， 或采用电熔的办法， 减少高铝矾土的杂质; 或者加入少量添加物， 改善材料的 显微结构， 提高材料性能。生产均化料可以实现高铝 矿山大规模机械化
14、开采， 形成采、 烧一整套适应资源 特点的现代化生产系统。美、 英、 日等国早已广泛使 用均化料， 主要生产公司如美国 CE 公司和英国 ECC 公司， 其生产莫来石历史悠久， 我国应跟上世界发展 潮流。20 世纪 60 年代末， 阳泉铝矾土矿煅烧车间 1# 生 产线就已设计成采用半干法成球、 回转窑煅烧的工艺 生产均化料。但由于当时装备技术落后， 产品未能过 关。我国高铝均化料研究工作始于 20 世纪 70 年代 的阳泉工程 ，“八五”正式列入攻关课题， 至今已有较 为坚实的研究和规模生产的基础。近来， 一些学者的 实验室数据证明了矾土基莫来石具有优异的高温力 学性能如高温断裂强度， 当刚玉
15、与莫来石的质量比为75 25 或 25 75 时为最好; 抗高温蠕变性能由好到坏 的顺序为等高铝 等高铝 等高铝等， 并非4Al2 O3 含量越高越好 。这些从理论上支持了多年来我国发展高铝矾土均化料的思路和决心。总结经验 教训， 完善试验工作， 正确选择均化料工艺路线， 大力 发展高铝均化料， 在技术上是可行的。图 1 干法( 半干法) 和湿法生产工艺流程图( 3) 湖南辰溪、 靖州一带。利用当地的铝土矿， 先将矿石中块状黄铁矿选出， 再通过连续式振动磨湿法 细磨， 湿法除铁， 泥浆均化， 压滤， 真空挤泥条， 切段， 干燥， 重油回转窑高温煅烧， 生产 M60、M70 ( 企业标 准) 全天然莫来石， 或经轻烧后电炉熔融成电熔莫来 石。此工艺中的连续磨不适应硬度变化大的原料， 下 料不匀， 加水量不准。需要较大均化池， 压滤不易， 干 燥强度大， 有时泥条成型性差。( 4) 美国 CE 公司贵州生产线。采用当地精选高 纯生矿经细磨均化、 挤坯、 倒焰窑煅烧生产的特级料，高铝均化料生产工艺 干法( 半干法) 和湿法生产工艺流程 干法( 半干法) 生产工艺流程和湿法生产工艺流44 1程见图 1。4 2国
