含Al_2O_3_SiO_2体系反应烧结过程中莫来石的形成_赵世柯
材科基网上习题
2.8题（1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求出该晶面的米勒指数；（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的米勒指数。
2.9题在立方晶系的晶胞中画出下列米勒指数的晶面和晶向：（001）与[210]，（111）与[112]，（110）与[111]，（322）与[236]，（257）与[111]，（123）与[121]，（102），（112），（213），[110]，[111]，[120]，[321]。
2.10题写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。
2.16题从理论计算公式计算NaC1与MgO的晶格能。
MgO的熔点为2800℃，NaC1为80l℃, 请说明这种差别的原因。
2.8题参考答案：解：（1）h:k:l=1/2:1/3:1/6=3:2:1,∴该晶面的米勒指数为（321）；（2）h:k:l=3:2:1,∴该晶面的米勒指数为（321）。
2.10题参考答案：解：（0，0，0）、（0，1/2，1/2）、（1/2，0，1/2）、（1/2，1/2，0）2.13题参考答案：解：e=1.602×10-19，ε0=8.854×10-12，N0=6.022×1023对于NaCl：z1=1，z2=1，A=1.748，n Na+=7，n Cl-=9，n=8，r0=2.819×10-10m ∴NaCl的晶格能为u NaCl=752KJ/mol；对于MgO：z1=2，z2=2，A=1.748，n O2-=7，n Mg2+=7，n=7，r0=2.12×10-10m ∴MgO的晶格能为u MgO=3920KJ/mol；∵u MgO> u NaCl，∴MgO的熔点高。
2.9题参考答案：2.26下列硅酸盐矿物各属何种结构类型：Mg2[SiO4]，K[AISi3O8]，CaMg[Si2O6]，Mg3[Si4O10](OH)2，Ca2Al[AlSiO7]。
陶瓷工艺学习题答案
一、绪论及陶瓷原料1、传统陶瓷和特陶的相同和不同之处？2、陶瓷的分类依据？陶瓷的分类？3、陶瓷发展史的四个阶段和三大飞跃？4、宋代五大名窑及其代表产品？5、在按陶瓷的基本物理性能分类法中，陶器、炻器和瓷器的吸水率和相对密度有何区别？6、陶瓷工艺学的内容是什么？7、陶瓷生产基本工艺过程包括哪些工序？8、列举建筑卫生陶瓷产品中属于陶器、炻器和瓷器的产品？9、陶瓷原料分哪几类？10、粘土的定义？评价粘土工艺性能的指标有哪些？11、粘土是如何形成的？高岭土的由来和化学组成；12、粘土按成因和耐火度可分为哪几类？13、粘土的化学组成和矿物组成是怎样的？14、什么是粘土的可塑性、塑性指数和塑性指标？15、粘土在陶瓷生产中有何作用？16、膨润土的特点；17、高铝质原料的特点和在高级耐火材料中的作用；18、简述石英的晶型转化在陶瓷生产中有何意义？19、石英在陶瓷生产中的作用是什么？20、各种石英类原料的共性和区别，指出它们不同的应用领域；21、长石类原料分为哪几类？在陶瓷生产中有何意义？22、钾长石和钠长石的性能比较；23、硅灰石、透辉石、叶腊石（比较说明）作为陶瓷快速烧成原料的特点；24、滑石原料的特点，为什么在使用前需要煅烧？25、氧化铝有哪些晶型？为什么要对工业氧化铝进行预烧？26、氧化锆有哪些晶型？各种晶型之间的相互转变有何特征？27、简述碳化硅原料的晶型及物理性28、简述氮化硅原料的晶型及物理性能。
二、粉体的制备与合成1、解释什么是粉体颗粒、一次颗粒、二次颗粒、团聚？并解释团聚的原因。
2、粉体颗粒粒度的表示方法有哪些？并加以说明。
3、粉体颗粒粒度分布的表示方法有哪些？并加以说明。
4、粉体颗粒粒度测定分析的方法有哪些？并说明原理。
5、粉体颗粒的化学表征方法有哪些？6、粉碎的定义及分类，并加以说明。
7、常用的粉碎方法有哪些？画出三种粉碎流程图。
8、机械法制粉的主要方法有哪些？并说明原理。
9、影响球磨机粉碎效率的主要因素有哪些？10、化学法合成粉体的主要方法有哪些？并说明原理。
武理工材基简答题
武理工材基简答题真题中的简答题根据玻璃的形成条件，对SiO2、K2O SiO2、 K2O2 SiO2三种物质形成玻璃的难易程度、热膨胀系数、电导率和熔融温度的大小进行排序，并说明理由。
①形成玻璃由易到难SiO2，K2O?SiO2，K2O?2SiO2因为一价碱金属氧化物中正离子离子小半径大，为系统提供自由氧使Si/O下降，导致原来硅氧负离子因解聚成较简单的结构单元，而使粘滞活化能降低，粘度变小，冷却过程中越易调整成规则的晶体，形成玻璃越难，所以金属氧化物含量越高越不易形成玻璃.试简要说明原始粉料的粒度、物料活性、添加物、气氛、压力等因素对烧结的影响规律a，减小颗粒度，则总表面能增加，因而会有效加速烧结，对扩散蒸发-冷凝机理更为突出b，烧结是基于表面张力作用下物质迁移而实现的，高温氧化物较难烧结重要原因之一就在于它们有较大的晶格能和较稳定的结构状态，迁移需要较高的活化能即活性较高，因而提高物料活性能促进烧结。
c，当添加物能与烧结体形成固溶体时，将使晶格畸变而得到活化，故可降低烧结温度，使烧结和扩散速度增加。
d，气氛中气体原子尺寸越小扩散系数越大易烧结反之亦然，凡是正离子扩散起控制作用的烧结过程，氧气氛，氧分压较高是有利的，对于易变价金属氧化物，则还原气氛可以使它们部分被还原成氧缺位型非化学计量化合物，也会因O2-离子缺位增多而加速烧结。
e，生环成型压力增大，胚体中颗粒堆积就较紧密，接触面积增大，烧结被加速。
2.已知Al2O3和SiO2粉末形成莫来石反应由扩散控制，实验在恒定温度下进行，当反应进行1小时的时候，测知已有15%的反应物起了反应。
（1）分别用杨德方程、金斯特林格方程计算完全反应的时间。
（2）试判断哪个结果更接近实际情况？为什么？（3）若要加速莫来石的生产可以采取什么有利措施？至少举出一种措施（1）用杨德方程求解（2）金斯格林格林方程计算结构更接近实际，因为杨德方程假设反应过程中，扩散界面不变，而金斯特格林方程考虑了反应过程中扩散界面的变化，随着反应的进行，反应物体积减小，扩散截面积减小，反应所需时间少于杨德方程计算的结果。
武汉理工大学考研习题及答案--材料科学基础科目
材料科学基础习题1 ．固体硫有两种晶型( 单斜硫、斜方硫) ，因此硫系统可能有四个相，如果某人实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有无问题。
2 ．图（1 ）是具有多晶转变的某物质的相图，其中DEF 线是熔体的蒸发曲线。
KE 是晶型I 的升华曲线；GF 是晶型II 的升华曲线；JG 是晶型Ⅲ的升华曲线，回答下列问题：(1) 在图中标明各相的相区，并把图中各无变点的平衡特征用式子表示出来。
(2) 系统中哪种晶型为稳定相? 那种晶型为介稳相?(3) 各晶型之间的转变是单向转变还是双向转变?3 ．在SiO2系统相图中，找出两个可逆多晶转变和两个不可逆多晶转变的例子。
4 ．根据Al2O3—SiO2 系统相图说明：(1) 铝硅质耐火材料，硅砖( 含SiO2>98 ％) 、粘土砖( 含Al2O3 35 ～50 ％) 、高铝砖( 含Al2O3 60 ～90 ％) 、刚玉砖( 含Al2O3>90 ％) 内，各有哪些主要的晶相。
(2) 为了保持较高的耐火度，在生产硅砖时应注意什么?(3) 若耐火材料出现40 ％液相便软化不能使用，试计算含40(mol) Al2O3的粘土砖的最高使用温度。
5 ．在CaO-SiO2系统与Al2O3-SiO2系统中SiO2的液相线都很陡，为什么在硅砖中可掺人约2 ％的CaO 作矿化剂而不会降低硅砖的耐火度，但在硅砖中却要严格防止原料中混入Al2O3 否则会使硅砖耐火度大大下降。
6 ．加热粘土矿物高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O) 至600 ℃时，高岭石分解为水蒸气和Al2O3·2SiO2，继续加热到1595 ℃时会发生什么变化？在这温度下长时间保温达到平衡，系统的相组成如何？当系统生成40 ％液相时，应达到什么温度？在什么温度下该粘土完全熔融?7 ．图（２）是最简单的三元系统投影图，图中等温线从高温到低温的次序是t 6 >t 5 >t 4 >t 3 >t 2 >t 1 根据此投影图回答：(1) 三个组分A 、B 、C 熔点的高低次序是怎样排列的。
莫来石-氧化锆-硅-碳系统的合成和性能
维普资讯
第３眷 第３ ｌ 期
２Ｏ ０ ６年 ６月
国 外 耐 火 材 料
・９ ２・
抑制了莫来石颗粒的生长。 Ｋｍ ｉ 等人用高纯度的莫来石粉柬（． ａａａ ｋ ０２ ｍ） 和Ｓ ｉ Ｃ晶须人工合成 了奠来 石 一 ｒ２ Ｓ Ｚ（ 一 ｉ ） Ｃ系统。
一
莫来石 系统的添加剂 ，增加其硬度和热导率 。
Ｍｙ ｏａ等人研 究 了像加热气氛 ，Ｓ ｉ Ｃ颗粒尺寸
和高蠕变 ，但莫来石在常温下要承受低压 力和低
断 裂韧性 。为 了提高这些性能 ，莫来石用 氧化锆 和碳化硅进行 了强化。Ｍ ｙ 观察到碳化硅是有潜 ｏａ
和加热条 件对 基于莫来石 一氧化锆 一 一碳化硅 铝
他们观察到与以前 没有 ＺＯ 的结果相 比较 ，禽体 配 料 ｌ ｒ： 、２和 ３ 。成 份在 表 ２中进 行了 Ｓ ｉ Ｃ强化的莫来
石一 铝基质和氧化锆 一 莫来石基质合成物的氧化 作用 。在提高温度暴露 在空气中之后 ，人们观察
制造不 同类型研磨加工用 的材料 ，便可发挥 出其
潜力 作 用 。
邹 霞 编译 自 （ ｒｅｎ ｐｌ “ Ｏ Ｎｙ ｏ ｂ
所研究的区间内 ，颗粒的可损毁 性随着其聚集性
的增 大也几乎呈线性 增大 ，此时可损毁性指标值
介 于 ５ ％ 一７ ％之 问 。 ２ Ｏ
，
Ｔｘｉ ｅＫａ ｅｉｌ ｃａ ．ｑ ￣
这样 ，取得 的结果表 明 ，结构 的不均匀性对
碳化硅的强度性能有着显著的影 响 。其不均匀性
ＫｐＭ Ｋ｝ ，２ ０ ，№ １ ｔ２ ｅａ Ｈ ａ ０５ ２ ９—３ １
陶瓷工艺学习题答案
一、绪论及陶瓷原料1、传统陶瓷和特陶的相同和不同之处？2、陶瓷的分类依据？陶瓷的分类？3、陶瓷发展史的四个阶段和三大飞跃？4、宋代五大名窑及其代表产品？5、在按陶瓷的基本物理性能分类法中，陶器、炻器和瓷器的吸水率和相对密度有何区别？6、陶瓷工艺学的内容是什么？7、陶瓷生产基本工艺过程包括哪些工序？8、列举建筑卫生陶瓷产品中属于陶器、炻器和瓷器的产品？9、陶瓷原料分哪几类？10、粘土的定义？评价粘土工艺性能的指标有哪些？11、粘土是如何形成的？高岭土的由来和化学组成；12、粘土按成因和耐火度可分为哪几类？13、粘土的化学组成和矿物组成是怎样的？14、什么是粘土的可塑性、塑性指数和塑性指标？15、粘土在陶瓷生产中有何作用？16、膨润土的特点；17、高铝质原料的特点和在高级耐火材料中的作用；18、简述石英的晶型转化在陶瓷生产中有何意义？19、石英在陶瓷生产中的作用是什么？20、各种石英类原料的共性和区别，指出它们不同的应用领域；21、长石类原料分为哪几类？在陶瓷生产中有何意义？22、钾长石和钠长石的性能比较；23、硅灰石、透辉石、叶腊石（比较说明）作为陶瓷快速烧成原料的特点；24、滑石原料的特点，为什么在使用前需要煅烧？25、氧化铝有哪些晶型？为什么要对工业氧化铝进行预烧？26、氧化锆有哪些晶型？各种晶型之间的相互转变有何特征？27、简述碳化硅原料的晶型及物理性28、简述氮化硅原料的晶型及物理性能。
二、粉体的制备与合成1、解释什么是粉体颗粒、一次颗粒、二次颗粒、团聚？并解释团聚的原因。
2、粉体颗粒粒度的表示方法有哪些？并加以说明。
3、粉体颗粒粒度分布的表示方法有哪些？并加以说明。
4、粉体颗粒粒度测定分析的方法有哪些？并说明原理。
5、粉体颗粒的化学表征方法有哪些？6、粉碎的定义及分类，并加以说明。
7、常用的粉碎方法有哪些？画出三种粉碎流程图。
8、机械法制粉的主要方法有哪些？并说明原理。
9、影响球磨机粉碎效率的主要因素有哪些？10、化学法合成粉体的主要方法有哪些？并说明原理。
莫来石基质的制备
相 ，随 后 液 相 、莫 来 石 相 开 始 结 晶 。 在 较 低 温 度 下 ，数 小 时后 最 先 得 到 了高 黏 度 硅 酸盐 玻 璃 和 优 质 莫 来 石 ，这 是 一 个 缓 慢 的 过 程 。 图 ２示 出 含
０５ ．％水 泥 和 ８ ％硅 微 粉 的 浇 注 料 与 温 度 的 关 系 。 浇 注料 是 以 白色 熔 融 氧 化 铝 为 基 ．经 不 同 的保 温
水 泥 耐 火 浇 注 料 的断 裂 表 面发 现 莫 来 石 晶体 。 闭
锁 晶体 能 够 提 供 硬 度 和 高 温 抗 折 强 度 ，且 它 是 浇 注 料 基 质 中硅 微 粉 和 氧 化 铝 莫 来 石 化 的 结 果 。如
果 硅 微 粉 含 量 太 低 或 者 水 泥 含 量 太 高 ．将 不 会 形 成 莫 来 石 晶 体 。 相 反 ，没 有 强 大 且 牢 固 的结 合 ， 形成 液 体会 导 致 高温 强 度灾 难 性 的 降低 。
１天 以上 ， 而 ｌ５ ０ ０ ℃下 会 在 几 小 时 内反 应 完 全 。 １３ ０ ０ ℃下 ，有 数 据 显 示 除 非 含 有 “ 化 ” 杂 质 ， 矿
砖 体 中 ，一 般在 安 装 耐 火材 料 时 其 结 合 已经 完 成 。
另 一 方 面 ， 在 浇 注 料 中 ，基 质 的 矿 物 学 案 是 在 以 氧 化 铝 一 酸 盐 骨 料 和 氧 化 铝 硅
粉 及 硅 微 粉 为 基 的 基 质 中加 入 水 泥 制 备 耐 火 浇 注 料 。 硅 微 粉 和 水 泥 含 量 为 变 量 。假 设 在 莫 来 石 化 反应 中有足够 的氧化铝 。典 型的氧化 铝原料 为 ： 煅 烧 氧 化 铝 、活 性氧 化 铝 、碾磨 的熔 融 氧化 铝 （ ＜
耐火材料工艺学
1，干熄焦炉用莫来石砖荷重软化温度是衡量其优劣的重要物理性能指标。
试述影响这种材料荷重软化性能的因素。
答：1.化学组成—纯度越高杂志越低，特别是R2O含量越低荷重软化温点越高。
一般AL2O3含量越高荷重软化点越高杂质中MgO CaO可分解莫来石，也会影响荷重软化点2矿物组成—莫来石比例越高，针状棒状柱状莫来石发育良好荷重软化点越高一般电熔莫来石砖荷重软化点比烧结莫来石砖高3外界条件—烧成温度适当提高保温时间延长有利于荷重软化点改善—还原气氛不利于荷重软化点提高—升温速度越快，荷重软化点偏高2.随着炉外精炼技术的发展，刚玉-尖晶石和矾土-尖晶石耐火材料已经成为钢包内衬的主要材料。
试述这类钢包材料的尖晶石的引入方式、生产工艺路线和影响合成料质量的因素。
答：1—引入方式以镁砂或MgO引入；以预合成镁铝尖晶石引入2—生成工艺路线菱镁矿或轻烧镁砂等+工业氧化铝或铝矾土生料或铝矾土欠烧料→配料→干烧共磨→压球→干燥→轻烧→粉碎→压球→干燥→烧成3影响合成料质量的因素①原料纯度高杂质少特别是CaO SiO含量少Al2O/MgO比接近理论尖晶石尖晶石数量越高②原料细度越细混合程度越好尖晶石生成越快生成量越大③成型压力一定程度上也影响尖晶石反应扩散也即反应速度和生成量④添加合适外加物如MgCl2 AlF3等有利于尖晶石的生成速度⑤烧成温度应适当延长3含游离CaO耐火材料被认为是冶炼洁净钢具有良好发展前景的耐火材料。
试说明其优势、存在及其问题和解决措施。
答：1优势：CaO熔点高，耐火性能好；抗碱性和酸性渣寝室能力强；高温下热力学性能稳定因此耐真空性能优越；具有脱硫、脱磷及氧化铝等净化钢水能量；资源丰富2问题：抗水化性能差3解决办法：超高烧成温度或二步煅烧；添加物烧成如Fe2O3等形成部分液相；形成稳定化合物如C2S C3S CaZr等；表面处理，如磷酸碳酸等或树脂沥青硅油等；真空包装。
4 不定性耐火材料因生产工艺不同种类繁多。
Al2O3对赤铁矿烧结过程的影响
Al2O3对赤铁矿烧结过程的影响2007年第5期世界钢铁?23?A12O对赤铁矿烧结过程的影响(澳)LLu,RJHolmes,JRManuel摘要主要分析了AI:O,对烧结过程"初熔"相物理化学特性的影响,阐述了含有不同形态AI:O,的高铝铁矿石对烧结矿结构,烧结矿质量以及烧结过程的影响,探讨了AI:O,对烧结矿低温还原粉化性能(RDI)的影响机理,提出了3种解决高铝铁矿石烧结的方法(中和法,稀释法,富集法),并简述了优化烧结原料以及烧结过程的可行措施.关键词高铝铁矿石高岭石三水铝石烧结矿结构烧结过程烧结矿质量0前言亚太国家普遍使用烧结矿作为高炉冶炼的主要原料,所以烧结矿质量及稳定性对高炉冶炼过程影响显着.烧结矿质量主要取决于烧结过程的稳定性.烧结含铁原料的品种,质量以及各种参配原料的交互反应也对烧结矿质量影响较大.作为主要的烧结原料,铁矿石的化学组成与高温烧结性能决定着烧结过程的"初熔"状况,影响烧结矿质量和稳定性.由于全球优质铁矿石储量不足,低质铁矿石,如高铝,高磷以及高烧损(LOI)铁矿石的用量必然逐步增加.在过去相当长的时间里,低质铁矿石用量虽然相对较小,却给高炉操作带来不少问题.首先,烧结原料中AIO带入量的增加降低了烧结矿的强度和还原性,引起高炉透气性下降.其次,烧结矿化学成分和熔融特性也发生改变,导致高炉下部气体和液体的流动性变差.最后,入炉烧结矿A1O含量的增加还导致高炉渣量增加,高炉燃料消耗也随之增加.随着全球铁矿石需求量的迅猛增长,尤其是中国钢产量的增加,对铁矿石的需求总量仍持续走高.研究A1O对烧结矿质量与烧结过程的影响已成迫切课题.高铝铁矿石分为两种类型,即SA型和A型.前者A1O主要以高岭石的形式存在(如A1O? 2SiO?2HO),后者A1O3主要以三水铝石的形式存在(如A1(OH),).关于A1O影响烧结矿的结构,质量以及烧结生产率的研究已进行了多年,结果差异较大,甚至相悖.所有的研究都表明:过高的A1O含量会降低烧结矿质量,尤其是降低烧结矿的低温还原性能(RDI).之前的研究主要以高铝含量的印度矿(A型高铝矿)为主,对于高岭石形式为主的sA 型铁矿石的研究却很少.通过高温x射线分析FeO3一SiO一CaO—AIO3矿石结构发现,高温下高岭石形式的铁矿石产生的黄长石作为渣矿物,而三水铝石则形成铁酸钙.由此推断:两种结构的高铝矿必然对烧结过程产生不同影响,对烧结矿的质量和结构影响也不一样.文章旨在研究两种不同形式的高铝矿对烧结过程,烧结矿质量与熔融特性的影响,同时分析A1O,对烧结矿RDI的影响机理,阐述减小A1O 对烧结过程影响的技术方案.1AlO对烧结矿矿相组织的影响熔剂性烧结矿主要以未还原赤铁矿(体积分数约占30%)为核心,基本组织由针状铁酸钙(SFCA),二相铁酸钙(H2),二相磁铁矿(M2)以及部分硅酸盐和玻璃体(体积分数约占70%)等组成.通过分析A1O的不同含量和不同形式(三水铝石和高岭石),阐述A1O对烧结矿结构,尤其是烧结矿中SFCA组织的影响.一般来说,烧结矿碱度一定时,提高A1,O含量可以减少烧结矿中未还原赤铁矿量并增加SFCA的数量,而提高SFCA含量则可强化烧结矿质量.研究发现,SFCA矿相组织分为SFCA和sF.CA—I两种类型.SFCA—I型断面为针状或纤维状结构,SFCA型断面是柱状或块状结构.之前的试验表明,SFCA—I矿相对烧结过程有利,可以提高烧结矿的强度和还原性.图1示出了A1O对SFCA组织的影响过程.从图1可知,当组织中A1O,和硅酸盐含量较低且赤铁矿含量较高时,SFCA—I型组织较多.尽管A1O可以强化并固化SFCA晶粒,但仍会使SFCA—I型组织转24-2007年第5期型分界线g.1203105Fe203注:烧结矿来自于烧结锅,点火温度为1543K,Pr:SFCA, P:SFCA—l图1柱状SFCA和针状SFCA—I界面变为SFCA型.电子探针微量分析(EPMA)发现,A1O可熔于未还原赤铁矿以外的所有矿相中.表1为A1O在各种矿相组织中的分布量.结果表明,A1O主要分布在SFCA和玻璃体中,其余则分布在二相赤铁矿(H2)和二相磁铁矿(M2)中.该表中A1O的分布不受类型的影响,主要原因是烧结过程中所有矿相都在"初熔"反应后析出.但是,在"初熔"过程中,不同类型的A1O导致不同的析出量.下文将对不同的A1O类型在"初熔"阶段的不同反应过程进行分析,并对"初熔"反应影响机理进行阐述.表1AI:O在不同高铝铁矿石类型中的分布%水铝矿型高铝矿+水铝矿试剂(AI2O3:4.6%,SiO2:5.5%,4.02～12.031.6l～3.Ol2.75—3.O6l1.O5Y amaokaY等碱度:0.8～1.8)低铝矿(A:13:?%~SiO2:?%,3.24o.75～1.49o.631.6l7.95碱度:0.8～1.8) 2Al:o,对"初熔"相理化性能的影响图2为典型熔剂型烧结矿的表面结构.除了矿物相外,他由大小形状各异的孔隙组成.以往的试验表明,烧结矿的强度,还原性以及粒度组成的差异,主要取决于组分之间化学键的强弱.此外,不同的孔隙度对烧结矿的强度,还原性以及其他特性也会产生不同的影响.高温还原特性主要注:M一基体,P一孔隙,N一未还原核心,aN一同化核心图2典型熔剂型烧结矿的表面结构取决于微孔组织,强度决定于大孔组织.在保证烧结矿冷强度,粉化性能和软化性能的前提下,优化烧结矿孔隙的分布,对提高烧结矿的还原性能很重要."初熔"相的物理化学特性对烧结矿的质量影响较大,Loo和Leung研究了"初熔"相的物理化学特性对烧结过程中相变与聚变反应,烧结透气性以及烧结矿孔隙的影响.结果发现,A1O可以改变"初熔"过程的物理化学特性,从而影响相变与聚变反应.要获得一个理想的烧结矿孔隙结构,"初熔"相通常需要具备良好的流动性和较低的熔融温度.另外,AIO可改变"初熔"相的物理化学特性,从而在烧结过程中影响相变与聚变反应.烧结过程中"初熔"反应的化学成分变化可以通过FeO一CaO—SiO2三元相图体现出来.已有很多关于不同氧化物熔解于FeO一CaO—SiO三元体系的研究.A1O熔解于该体系时,在化学组成,热态结构以及氧势方面,与其他氧化物的烧结世界钢铁?25?过程均不一致.根据Tsukihashi的研究,在温度为1573K,氧分压为1.8X10～～1.0X10Pa的条件下,A1O,增加到5%,可使液相区域略有增加(图3(a)),这有利于烧结过程熔融反应的进行.其余试验结论也与此相同,即在烧结物料中增加A1O含量可以降低初熔温度.更多的研究同时.一..三三嬖叁Ca020406so.Fe,0+表明,A1O,不是一种理想的熔剂,因为其熔点较高,难于熔化.Kongoli通过FLOGEN软件计算发现,在温度为1523K,氧分压为1X10Pa的条件下,A1O,从0增加到7%,结果如图3(b)所示,液相区域反而略有减小,其试验结果与Kimura是一致的.Si02质量分数/,l质量分数/,lO.05O.O40.030?02耀0.0l0246810+Fe0加入的Al203/%(a)A1,03对Ca0-Si0~-Fe0,三元(b)Ca0-Si0~-Fe0_Al203体系中不同液相线(c)A1203对Fe203.caO体系粘体系的影响(7l_1573K)实际值与计算值的对比度的影响(×:1250"C.(实际值:Al,5%,eo.=1.8×l0一Pa,T=1573K;▴:1300℃,口:1350℃,计算值:Al2o33%,eo=10～Pa,r=1523K)△:1400℃)图3Al203对Fe0一CaO—SiO2相图的影响关于A12O,对FeO一CaO—SiO2渣系流动性的研究较少.事实上,他在烧结过程中对于该渣系的组织相变与聚变影响较大.Saito和Machida分别研究了A1O,对铁酸钙渣系粘度的影响.如图3(C)所示,温度在1573K以下时,AIO明显着增加渣系粘度.然而,上述研究都是在空气氛围中进行的.烧结是还原过程,如何在还原气体氛围下定量分析A1O,对烧结矿"初熔"过程的粘度和流动性还需要进一步工作.A1O,对"初熔"相物理化学性能,尤其是"初熔"过程中组织相变和聚变影响的较大,最终导致烧结矿生成一种独特的孔隙结构.图4中对比了不同AIO,含量对烧结矿孔隙的影响结果.当A1O,含量由1.6%增至2.4%时,孔隙度明显增加,其孔隙尺寸变得不规则.Okazaki进一步验一证发现,当A1O,含量小于1.5%时,烧结矿可以得到一个理想的孔隙结构,主要原因是,当A1O含量进一步增大时,液相粘度显着增加,这对于烧结过程是不利的.此外,烧结过程中熔融状态持续时间极为短暂,熔剂与矿石的同化性能对烧结矿成分的影响非常明显.A1O,的同化性较低,因为他会增加液相粘度.另外,熔剂和矿石的还原性对同化过程也很重要.不同类型的A1O,还原性差异很大.很多试验表明,使用三水铝石作为A1O,源时,可在烧结矿中发现很多未反应的A1O,区域;使用高岭石作为A1O,源时,可在烧结矿中发现更多的sF—CA.所以,与含有三水铝石的高铝铁矿石相比较,含有高岭石的高铝铁矿石烧结效果更好.近Al:1.6%A1203:2o%A1203:2.4%图4在微型烧结试验中同一温度下不同Al:0,含量的烧结矿孔隙结构的对比舳26?2007年第5期年来的研究表明,豆状铁矿石的还原性优于致密的赤铁矿矿石.因此,烧结原料中配入低铝,豆状的铁矿石(如扬迪矿),在较低温度下,在烧结过程中产生具有良好流动性的液相,从而削弱氧化铝的负面影响,下文中将对此继续进行讨论.3Al:o对烧结矿质量和烧结过程的影响3.1烧结矿质量矿物学对高A10烧结的研究结果大体一致,即A10对烧结矿质量的影响很大程度上取决于其在铁矿石中的存在形式.人们对三水铝石形式的A10对烧结矿质量的影响进行了研究(图5(a)).结果表明,当A10含量增加时,烧结矿强度变差.如前所述,A10促进SFCA的形成,原则上有利于提高烧结矿强度.由于大量A10,出现在矿石组织的晶格中,造成矿石组织强度下降.A1,0增加烧结过程中"初熔"相的黏性,进而在烧结矿中形成许多不规则,相互联结的孔隙.,未反应的三水铝石粉末在烧结过程中形成"弱核", 进一步降低烧结矿强度.A120/%(a)强度(Ⅳ)以往有关SA型铁矿石(高岭石)烧结的研究较少,通过分析有限的资料发现(图5(a)),高岭石形式的A10对烧结强度的影响小于三水铝石形式的A10.在保持燃料配比不变的条件下,高岭石形式的A1,0含量在2.0%～2.8%范围,对烧结强度无明显不利影响.然而,这些数据是在热量投入较高(焦比为65kg/t)的条件下取得的.很多研究表明,增加烧结过程的热量投入,可以改善高铝矿石的烧结质量.然而,能耗增加会带来相应的环境和成本问题.因此,有必要研究如何在高岭石形式的高铝矿烧结过程中,特别是在正常能耗下提高烧结矿质量.A10对烧结过程最明显的影响是降低烧结矿的RDI,而烧结矿RDI指标对于保持高炉透气性至关重要,其降低导致高炉工序焦炭消耗增加,降低生产效率.如图5(b)所示,A10,含量提高时,RDI明显变差.工业生产经验表明,烧结矿中CaO含量为10%～10.5%时,A10每增加0.1%,RDI升高2%(ISO标准).如图5所示,高岭石形式的A10含量增加时,RDI值并未发生显着变化.下文将详细阐述RDI的影响机理.90807060oDe等(一3l5Ⅱ):Yamaol~a霉{:.3,%^等(一眦)/%…-Kumar(一3.15衄)/%52.02.53.03.54.04.55.0A1203/%(b)低温还原粉化性(肋f)注:图中"口","△","0"表示不同研究者采用的不同测定方法图5A1:O,对烧结矿质量的影响在RDI指标保持不变的前提下,烧结矿必须具备一定的还原性,以促进高炉间接还原反应,从而减少焦炭消耗.烧结矿还原性主要受化学成分,孔隙度以及矿相组织影响,这些因素往往相互关联.由于A10对这些因素的影响机理较为复杂,必须综合分析其对还原性的影响.首先,从矿物学上分析,降低烧结矿中A1:0,含量会增加赤铁矿和SFCA—I的比例,产生更好的还原性能.另外,要注意烧结过程中A10,导致液相线降低和"初熔"相黏度增加的现象,因为这会降低高炉下部区域的流动性,影响高炉上部间接还原反应的进行.以前,高炉操作人员对烧结矿粒度,强度和还原粉化性能较为关注.日本和德国对高炉进行熄火解剖分析的研究表明,烧结矿的软熔性能对高炉也很重要,决定了高炉内软熔带的位置和形状, 高炉理想的软熔带是扁平且狭窄的倒V形结构. 目前,有关A10对烧结矿软熔性能的影响世界钢铁?27?机理尚不清楚.一般认为,A1O会影响烧结矿"初熔"相的物理化学性能,改变烧结矿的矿相结构,影响烧结矿的软熔性能.Higuchi测量了多种烧结矿和球团矿的软熔性能(图6).结果表明,A1O,对铁水熔滴温度的影响与碱度有关.总之,A1O,降低了烧结矿软化温度,这不利于高炉的生产操作.3.2烧结过程三水铝石型高铝矿需要更高的烧结温度和更长的烧结时间来促进液相形成,因为这种类型的A1O,还原性较差且"初熔"相黏度较高.因此,这种类型的A1O,含量增加时,烧结能耗也随之增加,生产率下降.生产实践表明,烧结过程中,A1O增加1%,焦炭消耗量则增加5—10kg/t,烧结温度提高3Occ.Y amaoka等进一步研究了A1O含量对烧结生产率的影响(图7).在三水铝石型高铝矿的烧结过程中,除了能耗增加和生产率降低以外,高温烧结还可能导致烧结矿的还原性下降,强度变差.高温烧结通常引起烧结矿中FeO含量升高,以及矿相结构中柱状SFCA和玻璃质增多.对高岭石型A1O,影响烧结过程的研究非常有限,仅有的分析结果(如图7方形数据所示)也未显示明显影响.烧结矿(Si02=4%一5ItS,0=O.2%0.5%)烧结矿(si02:4%5t~zO=0.2%一0.5%) 球团矿(Si02=4.1%~4.3%,igo=o%)球团矿(Si02=4.1%~4.3%,go=o%)00.5l_01.52.02.53.0A1203含量/%(a)熔滴开始温度()烧结矿(c/S=I.4~1.6)烧结矿(c/S=I.6~1.8)烧结矿(c/S=I.8~2.0)烧结矿(c/S=2.2~2.3)球团矿(c/S=I.1~1.2)球团矿(c/S=I.6~1.7)(c/S=Ca0/Si0)●烧结矿(c/s=1.41.6)▲烧结矿(c/s=1.6~1.8)■烧结矿(c/s=1.8~2.0)▴烧结矿(c/s=2.2~2.3)O球团矿(c/s=1.1~1.2)△球团矿(c/s=1.61.7)(C/S:Ca0/Si0,)00.51.01.52.02.53.0A1203含量/%(b)软化开始温度(Ts)注::熔滴开始温度,:软化开始温度,C/S:碱度图6A12O3对烧结矿和球团矿的影响图7A1O3对烧结生产率的影响需要强调的是,铁矿石的类型也影响烧结矿的质量和性能,但此类研究成果并不多.有研究表明,在某些印度矿石中,A1,O也出现在赤铁矿晶体内,这种A1O,类型的铁矿石可能有不同的烧结效果,这主要取决于赤铁矿颗粒的反应能力和粒度分布,粗糙密集的赤铁矿颗粒的烧结效果更好.4烧结矿RDI退化机理目前,人们对A1O,影响烧结矿RDI的机理尚不明了.日本有研究认为,烧结矿中的二次赤铁矿(H2)是导致RDI降低的主要原因,因为赤铁矿组织中(主要在颈状区域)可以观察到裂纹存在.其他研究表明,中等水平含量的A1O能够降低二次赤铁矿含量,提高SFCA含量,这对RDI 是有利的.另有研究认为,由晶体状赤铁矿到磁铁矿的相变以及对应的体积变化是导致烧结矿RDI退化的主要原因.但该机理分析仍难以解释A1O对烧结矿结构的有利影响.有研究认为,A1O作为一种熔质出现在赤铁矿矿相中,这是导致A1O弱化RDI的原因.据Sasaki研究分析,溶于赤铁矿的A1O,可导致多组分赤铁矿产生,使还原的磁铁矿应变增加.然而,使用扫描电子显微镜在放大15000倍时,并未发现赤铁矿存在任何微晶组织.Y amaoka通过XRD观察了赤铁矿和磁铁矿的矿相,发现A1O固溶后引起晶格变形,因而,认为烧结矿物成分(赤铁矿和磁铁矿)的强度下28?2007年第5期降是导致烧结矿RDI指标下降的原因.Pimenta 和Seshadri虽然也得出了类似试验结果,却给出了不同的解释,认为固熔A10的赤铁矿在生成磁铁矿后,在低温下还原时发生变形,促进了烧结矿中裂纹的产生和生长,进而导致RDI降低. Matsuno却认为,RDI与赤铁矿量以及多组分赤铁矿无关.他认为,烧结矿中的矿相组织具有抵制裂纹产生和生长的能力,这种能力决定了低温还原的粉化程度.A10,抑制了玻璃态硅酸盐的长大,增加了柱状SFCA的数量,这两种原因都促进裂纹生成,这与Bristow和Loo的研究结果是一致的.综上所述,尽管对RDI退化机理进行了不少研究,但尚未达成一致观点.然而,有一点形成共识,即裂纹的产生和生长以及晶格变形是降低RDI指标的重要因素.如果只有少量裂纹和变形出现在矿物相中,或者裂纹在低温还原时容易被克服,就能达到更好的低温还原粉化性能.5提高高铝铁矿石烧结性能的潜在方法尽管A10,影响烧结过程的原因和程度尚无定论,但其对于烧结矿质量和烧结过程的负面影响却是明显的,尤其是三水铝石型A10.最有效的解决方法就是减少烧结原料中A10含量.在早期的选矿工艺中,使用了"选择性絮凝"技术来分离矿石中的A10,但处理效果不佳,主要原因是矿粉颗粒过细,黏土状物质黏接,以及赤铁矿的析出性能不佳等.近年来,一些新型选矿方法被用于赤铁矿分离A10作业,如复合重力选矿法(M.G.S)和生物选矿法等.这些选矿新方法绝大多数还处于实验室研究阶段,他们几乎都是针对超高A1:0含量的铁矿石(如印度矿)开发的,对于铝含量不太高的含铝铁矿石则不太适用.基于近年来烧结原料中A10含量逐步提高赤铁矿的情况,下文提供一些方法以改善高AI0含量的烧结效果.5.1"中和"法处理Al,OAl0对烧结矿质量最显着的影响是降低烧结矿的RDI.尽管RDI的降低机理尚存争议,但他与烧结矿中赤铁矿的含量及类型的关系较大则成为共识.减少烧结矿中二相赤铁矿(H2)量可以改善RDI指标.有试验表明,在烧结原料中增加磁铁矿,MgO以及CaO的配入量可以起到"中和"A10的效果,提高烧结矿的RDI指标.当烧结矿中FeO含量增加时,其Fe0含量必然减少,这会改善高炉上部区域因Fe0还原成Fe0而造成的体积减小.图8为FeO对RDI影响的曲线.从图8可知,FeO上升2%时,RDI下降8%.众所周知,提高烧结矿FeO指标主要通过增加燃料投入来实现.直接增加匀矿中磁铁矿的含量是一种更经济的方法,在中国内地烧结配矿结构中,磁铁矿含量一直较高.Y amaoka通过试验发现,磁铁矿比例上升时,烧结矿的强度和RDI指标都得到改善.这种改善的趋势,在磁铁矿比例小于50%时一直如此,这与磁铁矿的类型也有关系.然而,烧结矿FeO指标过高则降低其还原性.而且,过高的磁铁矿比例也会降低烧结矿的还原性,这主要是因为磁铁矿的还原性较差.控制烧结矿中合适的FeO水平很重要,理想的效果是在改善RDI指标的同时不降低其烧结矿质量指标.图8A1203与FeO对烧结矿RDI的影响除了FeO外,烧结原料中Mg0配入量的增加也会提高烧结矿RDI指标.研究表明,烧结矿碱度保持在1.6～1.9时,增加白云石(MgO)含量以代替石灰石(CaO),使烧结矿强度,还原性以及生产率等指标有所降低,但烧结矿的RDI指标以及软化,熔融特性得到了很大提高.强度和还原性的小幅降低可以通过烧结矿的低温和高温熔融性能来改善.MgO有利于RDI指标的改善,主要是其可以起到强化磁铁矿的作用,Mgo在强化磁铁矿的同时又有抑制赤铁矿的效果,能降低烧结矿的还原爆裂性.然而,MgO对烧结矿质量提高的效应,只有在SiO含量较低时才会出现.另一方面, MgO也能提高烧结矿的"初熔"温度和粘度,但不宜控制得过高.工业生产中,烧结矿的碱度指标一般较稳定,世界钢铁?29?但通过增加CaO含量来抑制A10也是可行的.如图9所示,A10对于RDI指标的影响并不是线性的,而是与CaO含量有关.较高的CaO含量可以提高烧结矿的还原粉化性和还原性.Y amaoka在研究高含量三水铝石的烧结特性时发现,在高碱度条件下基本不存在烧结矿裂化,因为烧结矿碱度提高时,矿相结构中的SFCA量较多.微观结构分析表明,SFCA可以有效抑制烧结矿的裂解性能.提高烧结矿碱度,可以在烧结过程中提高初熔相的流动性,得到理想的烧结矿孑L隙, 减小孑L隙面积.从高炉操作的角度考虑,当烧结矿碱度超过2.0～2.2时,增加软熔带宽度,引起炉壁耐材损耗,堵塞焦床,使高炉炉渣的流动性变差,也使高炉下部透气性变差.此外,高碱度对于抑制A10对RDI的负面影响也是有利的.图9不同CaO含量下A1203对烧结矿RD1的影响5.2"稀释"法处理的A1,0由于高铝矿石还原性较差,A10恶化"初熔"过程的流动l生,高铝铁矿石烧结过程不利于烧结基体的形成.通过添加其他高还原性物质配合高铝矿石一起烧结,可以起到改善高铝矿石还原性的效果.研究表明,豆状铁矿石改善"初熔"过程流动性的效果优于致密赤铁矿矿石.因而,在烧结原料中增加低铝豆状铁矿石(如扬迪矿)的比例,可以改善高铝矿烧结时的成品质量.由于A10在熔解过程中产生大量流动性较差的初熔体,这与豆状铁矿石烧结的"过熔"现象相互"稀释".图l0为高铝铁矿石和高还原性矿石的混合烧结方案.在工业生产之前,对于高铝矿烧结的反应动力学研究必须进行论证,尤其是高铝矿配加不同类型的高还原矿石一起烧结时.综上所述,适当的高还原性物质可以确保高铝矿石烧结过程熔体的流动性和还原性.单独烧结初熔相过少匡三垂至亘三—初熔相过多圃+圃堂墼搿图10添加高还原性低铝矿平衡高铝矿的"稀释"流程5.3"富集"法处理的A10针对高铝矿粒度分布不均的特点,对不同粒径的颗粒采取不同措施进行熔解和富集.对于细粒的高铝矿,尽管降低烧结矿的强度,但在初熔阶段完全熔解仍是可行的.对于大颗粒矿石,在烧结过程中保持其"未还原"状况,也许处理效果更好.近年来,有一种"选择性造球"技术,对于提高烧结过程产能和改善烧结过程熔解特性起到了良好的作用.该技术可有效提高烧结矿的熔解性能,增加烧结矿孑L隙度和孑L隙尺寸,减少燃料消耗,改善烧结过程透气性.这项技术对于改善高铝矿烧结效果也较有效,因其可以改善烧结过程的熔解性能.在图11中对比了不同造球工艺对A10富集效果.高铝矿采用"预造球"技术,使微粒成球,这些球进一步成为造球核心.从图11可知,采用该技术后,成球中A10在内外层的分布是不一样的.但必须指出,采用"选择性造球"技术,成为核心的A10毕竟是由小颗粒聚集而成, 这些小颗粒之间的聚合力大小对进一步造球非常关键.此外,小颗粒与外层物质的黏附力大小也是应用本技术的关键.图11"选择性造球"技术对A1:0的"富集"示意图30?2007年第5期5.4其他可能措施5.4.1优化烧结原料烧结矿的A1:0主要来自铁矿石,约30%来自焦粉和熔剂.降低烧结原料中A1:0的带人量是降低烧结矿A1:0,含量的主要手段.使用石油焦炭,无烟煤或生物燃料部分替代焦粉,是降低烧结原料带人A1:0含量的一种途径.高铝铁矿石也可以与低铝铁矿石混合使用,以平衡带人的铝含量,但替代措施的广泛实施则增加炼铁过程的工序成本.烧结原料粒度的分布也同样重要,粒度分布不仅影响烧结混合料的造球效果,也影响烧结过程.尽管粒度不直接影响高铝烧结料的烧结效果,但合理的粒度组成可以改善烧结过程,也能降低A1:0,带来的负面影响.在烧结混合造球过程中,理想的造球效果是:高强度的成球核心,良好的附着物黏附效果,以及较高的抗破裂强度.研究表明,通过优化焦粉和石灰石的粒度可以提高烧结料层透气性,改善烧结矿孔隙度的组成.5.4.2优化烧结过程。
高能球磨低温煅烧制备单相莫来石
第3l卷第3期硅酸盐学报V o l.3l，N o.32 3年3月J OURNAL O THE CH I NESE CERAM I C SOC I ETY M arch，! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!2 3高能球磨低温煅烧制备单相莫来石罗驹华l，2，侯贵华l，周勇敏2，张少明2（l.盐城工学院理化测试中心，江苏盐城224 3；2.南京工业大学材料科学与工程学院，南京2l 9）摘要：研究了高岭土和氢氧化铝的混合物用高能球磨机粉磨后结构的变化，讨论了粉磨样品中莫来石形成机理。
在粉磨过程中，颗粒粒径的减小主要在粉磨初期，随着粉磨时间的增加，细颗粒会发生团聚。
粉磨5h后，样品会变成无定形态。
在较低的温度（l l5 C）下煅烧，只有粉磨至无定形后样品的烧结体才会生成单相莫来石。
未粉磨混合物在l45 C以前制成的烧结体除了产生莫来石相以外，还会出现刚玉和方石英相。
低温生成单相莫来石是因为原料在高能球磨作用下发生了机械力化学变化。
关键词：莫来石；高能球磨；低温煅烧；高岭土；氢氧化铝；制备中图分类号：T@l74文献标识码：A文章编号：454-5648（2 3）3- 257- 5S I NGLE PHASE M ULL ITE FABR ICATED AT LOW ER TEM PERATURE BY H I GH ENERGY M ILL I NGLUO juhua l，2，~OU g uihua l，Z~OU Y Ol g m il2，Z~ANg S haO m il g2（l.C enter o f ph y s ical T esti n g and Che m ical A nal y s is，Y anchen g I nstitute o f T echno lo gy，Y anchen g，Jian g su224 3；2.C o lle g e o f M aterials S cience and En g i neeri n g，N an j i n g U n ivers it y o f T echno lo gy，N an j i n g2l 9，Ch i na）Abstract：S tructure transf or m ation o f t he m i xture o f kao li n ite and alu m i nu m h y drox i de after g ri nd i n g b y a h i g h ener gy ball W as i nves-ti g ated.T he m echan is m o f m ullite f or m ation o f t he g round m i xture sa m p les W as d iscussed.T he p article s ize reduction o f t he m i xture W as occurred i n t he earl y sta g e o f g ri nd i n g and t he obtai ned fi ne p articles a gg re g ated subse C uentl y W it h an i ncrease i n g ri nd i n g ti m e. T he m i xture sa m p les transf er i nto a m or p hous after5h g ri nd i n g.S i n g le p hase m ullite is obtai ned on l y When p articles beca m e to a m or-p hous f or t he s i ntered bod y at t he re lative l y loW er te m p erature l l5 C.C orundu m p hase and cristobalite p hase W ere f or m ed at t he te m p erature o f bef ore l45 Cfromt he s i ntered bod y o f t he un g round m i xture.T he reason o f s i n g le p hase m ullite f or m ation at loW er te m p erature is due to t he m echanoche m ical chan g es o f m i xture g round b y h i g h ener gy m illi n g.K e y words：m ullite；h i g h ener gy m illi n g；loW er te m p erature calci nation；kao li n ite；alu m i nu m h y drox i de；f abrication 莫来石具有密度低、热膨胀系数小、化学稳定性好、抗蠕变和高温性能优异等特点，是一种重要的电子、光学和结构材料［l］。