我國鋁釩土資源豐富，已探明儲量達(dá)25億噸，與菱鎂礦和石墨并稱為耐火原料工業(yè)三大支柱。據(jù)統(tǒng)計(jì)目前我國65%耐火材料屬于Al?O?-SiO?系產(chǎn)品，其中65%左右以高鋁礬土為主要原料。改革開放以來我國高鋁礬土資源得到了迅猛的發(fā)展，基本能夠滿足國內(nèi)外市場的需求，但目前還絕大部分以煅燒天然塊料為主，品種單一，質(zhì)量波動大，資源利用率低，污染嚴(yán)重。長期的過度無序開采導(dǎo)致我國高鋁礬土資源保有儲量急劇下降，甚至在高鋁礬土資源豐富的地區(qū)一度出現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高鋁礬土供需緊張的局面。

為緩解我國當(dāng)前優(yōu)質(zhì)高鋁礬土資源供需緊張的矛盾，解決過度開采給高鋁礬土資源帶來的浪費(fèi)問題，許多專家學(xué)者經(jīng)過多年研究探索，認(rèn)為發(fā)展礬土基均質(zhì)料將是一種最優(yōu)途徑。礬土基均質(zhì)料是以天然生礬土為主要原料，通過均化后再經(jīng)過成型、煅燒等工藝制備的耐火原料，與天然原料相比具有礦相穩(wěn)定、成分均一、致密度均勻等特點(diǎn)。

本文針對我國礬土基均質(zhì)料的研究和生產(chǎn)現(xiàn)狀綜合論述，結(jié)合公司在此方面的工作對礬土基均質(zhì)料在我國不定形耐火材料方面的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，分析不足提出未來的發(fā)展方向。

我國礬土基均質(zhì)料的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1我國礬土基均質(zhì)料研究現(xiàn)狀

從上世紀(jì)八九十年代開始，以鐘香崇為代表的多名專家就已針對我國礬土基均質(zhì)料開展了研究工作，取得了大量的試驗(yàn)成果：

我國在“八五”科技攻關(guān)中已有均化原料的成果《澠池鋁礬土礦均化工藝研究》，Al?O?含量可達(dá)85%以上，同一級別Al?O?含量誤差不大于1%，但其成果直至本世紀(jì)初尚未轉(zhuǎn)化推廣;

近年來，鄭州大學(xué)、北京科技大學(xué)、武漢科技大學(xué)、西安建筑科技大學(xué)等院校利用我國山西孝義、交口、大同及河南澠池、平頂山等地鋁釩土對礬土基均質(zhì)料進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。如以河南地區(qū)不同等級高鋁礬土或河南、山西地區(qū)的高鋁礬土礦山廢棄的碎料分別與煤矸石配合，并加入活性Al?O?調(diào)整鋁硅比，制備出組成可控、結(jié)構(gòu)均勻和性能穩(wěn)定的系列均質(zhì)料，所得產(chǎn)物指標(biāo)均達(dá)到國際先進(jìn)水平[];同時研究了合成均質(zhì)料燒結(jié)過程及預(yù)燒(輕燒)或添加劑的加入及濕法工藝對燒成溫度及制品的影響，進(jìn)行了替代耐材制品中棕剛玉骨料的實(shí)驗(yàn)，取得了不錯的效果;對以平頂山地區(qū)焦寶石、高鋁礬土為主要原料，輔以工業(yè)氧化鋁、軟質(zhì)粘土等采用均化除雜工藝經(jīng)高溫煅燒生產(chǎn)不同Al?O?含量莫來石進(jìn)行了探討，根據(jù)化學(xué)組成和理論分析提出當(dāng)?shù)赜操|(zhì)粘土(焦寶石)礦資源升級應(yīng)用的方向;

利用山西省陽泉地區(qū)的中低品位鋁礬土及碎料合成了Al?O?含量在50%~90%的系列礬土基均質(zhì)料，并對各系列礬土基均質(zhì)料的燒成制度，產(chǎn)品性能特征及其在耐火制品上的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)研究，深入探索了利用山西高鋁礬土合成礬土基均質(zhì)料的工藝技術(shù)路線及其產(chǎn)品應(yīng)用方向。

1.2我國礬土基均質(zhì)料的生產(chǎn)現(xiàn)狀

礬土基均質(zhì)料的工藝生產(chǎn)始于國外，早期美國C.E.公司在Georgia州利用當(dāng)?shù)睾透浇母咪X礬土，經(jīng)過濕法擠壓成型，在回轉(zhuǎn)窯高溫煅燒制成含氧化鋁50%~70%的系列均質(zhì)礬土熟料。我國在“八·五”攻關(guān)中，進(jìn)行過高鋁礬土均化料的研究開發(fā)工作，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果，但成果尚未轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，且系列化產(chǎn)品尚未研究開發(fā)。

近年來，隨著優(yōu)質(zhì)高鋁礬土資源的價(jià)格的攀升、合成礬土基均質(zhì)料技術(shù)的進(jìn)步及市場需求的增加，我國礬土基均質(zhì)料的生產(chǎn)得到了較快的發(fā)展。目前形成規(guī)模的企業(yè)已達(dá)十余家，主要分布在山西、河南和貴州三省。各生產(chǎn)企業(yè)百花齊放，根據(jù)自身?xiàng)l件不同創(chuàng)造性的采用了多種生產(chǎn)工藝路線，基本上形成了較為完整的礬土基均質(zhì)料系列產(chǎn)品。

根據(jù)生產(chǎn)中各環(huán)節(jié)所采用的工藝裝備分述如下：

1)均化。

我國礬土基均質(zhì)料生產(chǎn)企業(yè)的均化方法主要包括干法和濕法兩種。干法為將分級開采的鋁礬土檢驗(yàn)后分級、破碎、入庫、配料，進(jìn)入球磨機(jī)進(jìn)行干法磨細(xì)，然后進(jìn)入均化庫均化及成分控制調(diào)配，而后加結(jié)合劑成型;濕法為將分級開采的鋁礬土檢驗(yàn)后分級、破碎、入庫、配料，進(jìn)入球磨機(jī)濕法共磨成漿，除雜后采用壓濾或噴霧干燥除去水分然后成型。干法均化工藝簡單，操作靈活，中間過程加水量少，后續(xù)含水率低，成本相對較低，但其分段均化導(dǎo)致均化不夠徹底，機(jī)械鐵不能有效去除;濕法均化工藝流程長，含水率高，后續(xù)成本相對較高，但均化效果好，可有效去除機(jī)械鐵等雜質(zhì)，漿體細(xì)度細(xì)，有利于后續(xù)的燒成。早期有少部分企業(yè)采用干法均化，鑒于我國的礬土生料現(xiàn)狀，目前我國絕大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)均采用濕法均化。

2)成型。

我國礬土基均質(zhì)料生產(chǎn)企業(yè)所采用的成型方法主要有壓磚成型、壓球成型和真空擠泥成型幾種。壓磚成型工藝設(shè)備成本低，后續(xù)干燥代價(jià)低，對原料的適應(yīng)性強(qiáng)，但生產(chǎn)效率低，后續(xù)工藝控制不當(dāng)易造成產(chǎn)品的分層;壓球成型，效率高，對后續(xù)燒成設(shè)備及原料要求比較高;真空擠泥成型坯體含水量大，后續(xù)干燥代價(jià)高，但能夠連續(xù)生產(chǎn)，效率高，適合大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)。因此，目前的礬土基均質(zhì)料的生產(chǎn)企業(yè)中，有條件的企業(yè)優(yōu)先采用真空擠泥成型，另有部分企業(yè)采用壓磚成型，壓球成型所采用的企業(yè)極其有限。

3)燒成。

根據(jù)燒成所采用的窯爐不同可分為隧道窯燒成、倒焰窯燒成、回轉(zhuǎn)窯燒成。隧道窯燒成效率高，安全可靠，吞吐量大;倒焰窯燒成周期長、能耗大、效率低但運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，安全可靠，同時有利于莫來石晶體的生長，所產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量好;回轉(zhuǎn)窯燒成效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，但有燒不透的潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，我國礬土基均質(zhì)料生產(chǎn)企業(yè)以采用隧道窯燒成為主。

綜上，盡管我國礬土基均質(zhì)料企業(yè)所采用工藝路線不盡相同，但都包含在路線圖1中。無論采用何種工藝路線要以原料的產(chǎn)狀、品級、結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品的要求而定，但最根本的要保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，減少企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營成本。

縱觀我國礬土基均質(zhì)料生產(chǎn)企業(yè)所提供的產(chǎn)品可以從側(cè)面反映出市場對氧化鋁含量在80%，尤其是85%以上均質(zhì)料的強(qiáng)烈需求。這其中原因主要源于鋼鐵工業(yè)用耐火材料對高鋁原料的迫切需求。隨著棕剛玉、特級礬土熟料價(jià)格不斷地攀升，鋼鐵工業(yè)用耐火材料供應(yīng)商的壓力也越來越大，迫切需要一種價(jià)位較低，性能穩(wěn)定可靠的原料作為替代原料。高品位的礬土基均質(zhì)料正是順應(yīng)了這種迫切需求，成為一種理想的替代原料。利用Al?O?含量為88%礬土基均質(zhì)料制備了大型高爐用鐵溝澆注料，并且與所替代的棕剛玉、92礬土熟料對比，常規(guī)檢測中均能達(dá)到良好的效果，抗渣性能甚至高于92礬土熟料;此外，國內(nèi)其他企業(yè)將礬土均質(zhì)料在鋼包澆注料、熱風(fēng)爐用耐火球、魚雷罐、鐵水包、鐵溝澆注料中加以應(yīng)用，替代原配方中的部分或全部棕剛玉顆粒，都取得了不錯的效果，值得指出的是，均化料替代棕剛玉骨料后試樣的高溫抗渣性能同樣很好;

礬土基均質(zhì)料在水泥窯用不定形耐火材料上的應(yīng)用也取得了一定的進(jìn)展。相繼有多家企業(yè)利用礬土基均質(zhì)料開發(fā)了水泥窯窯口用澆注料、耐磨料、高強(qiáng)防爆澆注料等，均取得了不錯的使用效果。利用其陽泉分公司自產(chǎn)Al?O?含量為70%和60%的中低品位礬土基均質(zhì)料取代高品位鋁礬土熟料，開發(fā)了大型干法水泥窯窯口用抗剝落澆注料和窯門罩、篦冷機(jī)前端用高強(qiáng)防爆澆注料。兩產(chǎn)品性能穩(wěn)定，產(chǎn)品適應(yīng)性強(qiáng)，所測常規(guī)性能均能達(dá)到或超過同類產(chǎn)品指標(biāo)，抗熱震性水冷超過50次，正常使用溫度下的高溫抗折強(qiáng)度超到10Mpa，耐磨值小于等于4.5cc。兩種澆注料分別在我國大型干法水泥窯窯口及窯門罩部位試用，使用周期均已超過同類產(chǎn)品要求，至今使用狀態(tài)良好。

除此之外，礬土基均質(zhì)料還被應(yīng)用開發(fā)成電廠循環(huán)流換床鍋爐用耐磨耐火可塑料、垃圾焚燒爐用耐磨澆注料等其他功能的不定形耐火材料，使用在電力、石化、垃圾焚燒等高溫工業(yè)，其強(qiáng)度指標(biāo)均能達(dá)到或超過同類產(chǎn)品，產(chǎn)品致密度高，耐磨值較同類產(chǎn)品小1-2cc，且體積密度較同類產(chǎn)品減少五至十個百分點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能穩(wěn)定提高的同時降低了材料的自身重量，減小了對設(shè)備的載荷。

盡管我國礬土基均質(zhì)料的生產(chǎn)、研究及應(yīng)用取得了一些可喜的成績，但我們還需清醒的認(rèn)識到在此方面我們還做的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還存在諸多不足，主要表現(xiàn)在如下方面：

1)礬土基均質(zhì)料的研究更多關(guān)注于材料而不是工藝控制，因此，在多數(shù)時候?qū)嶒?yàn)室研究和規(guī)模化生產(chǎn)脫節(jié)現(xiàn)象比較明顯，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室研究成果轉(zhuǎn)化的時間周期較長，實(shí)踐可操作性難度大;

2)我國絕大多數(shù)礬土基均質(zhì)料廠家均以氧化鋁含量在80%以上為主，產(chǎn)品系列比較單一，廠家各自產(chǎn)品特色不明顯。同時，受國家政策和市場前景的影響，礬土基均質(zhì)料的生產(chǎn)出現(xiàn)一窩蜂現(xiàn)象，就目前來看產(chǎn)能明顯過剩。由于準(zhǔn)入門檻比較低，各個企業(yè)工藝裝備和技術(shù)實(shí)力懸殊較大，在產(chǎn)能過剩的情況下未來極有可能出現(xiàn)惡性競爭的局面，進(jìn)而導(dǎo)致整個行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量下滑;

3)對礬土基均質(zhì)料性能認(rèn)識還不夠深入，還停留在傳統(tǒng)的對高鋁礬土熟料認(rèn)識的基礎(chǔ)上，如，氧化鋁含量越高越好、體積密度越高越好，均質(zhì)料只是簡單混合等等，以至于目前礬土基均質(zhì)料的應(yīng)用還停留在初級的替代高鋁礬土或棕剛玉的階段，礬土基均質(zhì)料的優(yōu)勢還遠(yuǎn)沒有發(fā)掘出來;

就當(dāng)前我國礬土基均質(zhì)料的發(fā)展現(xiàn)狀，可主要從如下幾個方面著手開展工作：

1)礬土基均質(zhì)料的研究中除新產(chǎn)品新材料的開發(fā)外，要更多的關(guān)注工藝的研究，針對不同產(chǎn)狀、產(chǎn)區(qū)、成因、組成及結(jié)構(gòu)的礬土生料開展工作，關(guān)心其在制備過程中含水率的變化、內(nèi)能變化、體積變化、塑性變化、物相變化等給工藝控制帶來的影響及對策，從而更多的為礬土基均質(zhì)料成果轉(zhuǎn)化提供可操作性的依據(jù);

2)企業(yè)聯(lián)合高校科研院所綜合利用我國的高鋁礬土資源，并根據(jù)各自工藝裝備及技術(shù)水平，開發(fā)全系列礬土基均質(zhì)料，條件許可條件下對原料進(jìn)行再分選、揀選、選礦處理，加入改性原料，嚴(yán)格工藝控制，提升產(chǎn)品品質(zhì)，增強(qiáng)競爭優(yōu)勢，生產(chǎn)具有企業(yè)自身特點(diǎn)的優(yōu)質(zhì)多功能礬土基均質(zhì)料產(chǎn)品;

3)礬土基均質(zhì)料的生產(chǎn)企業(yè)當(dāng)加大對自身產(chǎn)品的認(rèn)識，挖掘不同系列礬土基均質(zhì)料的特點(diǎn)，因材施用提供更優(yōu)化的應(yīng)用方案，加大宣傳力度，積極引導(dǎo)客戶更好更經(jīng)濟(jì)的合理利用礬土基均質(zhì)料;

礬土基均質(zhì)料組成結(jié)構(gòu)均一穩(wěn)定，性能優(yōu)越，是未來理想的耐火原料。礬土基均質(zhì)料的生產(chǎn)能夠消化大量的礬土碎礦、尾礦及中低品位礦，積極響應(yīng)國家的產(chǎn)業(yè)政策，因此近幾年我國礬土基均質(zhì)料的研究和生產(chǎn)得到了較快的發(fā)展，取得了顯著的成效，初步形成了較為系統(tǒng)的產(chǎn)品體系。同時我們還應(yīng)當(dāng)看到，我國在此方面起步較晚，技術(shù)水平還有待于進(jìn)一步提高，特別是在應(yīng)用方面和發(fā)達(dá)國家還有較大的距離。但相信依托我國豐富的高鋁礬土資源、潛在的市場前景及多年積累的技術(shù)力量，我國礬土基均質(zhì)料的發(fā)展明天會更加燦爛。