1.鋁礬土的加熱變化
中國鋁礬土主要是D-K型，某些二級鋁礬土含有勃姆石，個別的還含有一些白云母：有些三級鋁礬土含有一定數(shù)量的地開石。
鋁礬土的加熱變化可分為三個階段：分解階段、二次莫來石化階段和結(jié)晶燒結(jié)階段。
（1）分解階段（400～1200。C）
400～1200。C溫度范圍為鋁礬土的分解階段。在該階段，鋁礬土中的水鋁石和高嶺石在400。C時開始脫水，至450～600。C反應(yīng)激烈，700～800。C完成。水鋁石脫水后形成剛玉假象，此種假象仍保持原來水鋁石的外形，但邊緣模糊不清，折射率較水鋁石低，在高溫下逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閯傆瘛８邘X石脫水后形成偏高嶺石，950。C以上時偏高嶺石轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎头蔷B(tài)SiO2，后者在高溫下轉(zhuǎn)變?yōu)榉绞ⅰＦ浞磻?yīng)式為：
表3-7 耐火材料用鋁土礦的技術(shù)條件
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級 別
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化 學(xué) 成 分 / %
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耐火度
/。C |
備注
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Al2O3
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Fe2O3
|
CaO
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|||
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特級品
一級品
二級品
三級品
四級品
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>75
70～75
60～70
55～60
45～55
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<2.0
<2.5
<2.5
<2.5
<2.0
|
<0.5
<0.6
<0.6
<0.6
<0.7
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>1770
>1770
>1770
>1770
<1770
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代替鋁氧
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注：①揀選分級后的某一級鋁礬土礦石中，其它級別礦石的混入量不超過總量10%；②礦石塊度50～300mm，若允許有小于50mm者，其數(shù)量不超過總量的10%；③礦石夾雜之雜質(zhì)（如山皮、粘土等）不得超過1%，并不得混入明顯的塊狀或片狀石灰石
表3-8 耐火材料用鋁礬土精礦的技術(shù)條件
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類 型
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等 級
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化 學(xué) 成 分 / %
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耐火度
/。C |
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Al2O3
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TiO2
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Fe2O3
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Na2O+K2O
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|||
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高 鋁
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一級品
二級品
三級品
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>75
>75
>75
|
<1.6
|
<0.4
<0.6
<0.8
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0.17
0.25
0.25
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≥1790
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中 鋁
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一級品
二級品
三級品
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65～75
65～75
65～75
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<1.6
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<0.4
<0.6
<0.8
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0.17
0.25
0.25
|
≥1790
|
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低 鋁
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一級品
二級品
三級品
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45～65
45～65
45～65
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<1.7
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<0.4
<0.6
<0.8
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0.17
0.25
0.25
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≥1790
≥1750
≥1700
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α-Al2O3·H2O(水鋁石)→(400～600。C)→α-Al2O3(剛玉假象)+H2O↑
Al2O3·2SiO2·2H2O(高嶺石)→(400～600。C)→Al2O3·2SiO2(偏高嶺石)+H2O↑
3(Al2O3·2SiO2)(偏高嶺石)→(400～600。C)→3Al2O3·2SiO2(莫來石)+4SiO2(非晶態(tài)SiO2)
(2)二次莫來石化階段（1200～1400。C或1500。C）
在1200。C以上，從水鋁石脫水形成的剛玉與高嶺石分解出來的游離SiO2繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)形成莫來石，被成為二次莫來石：
3Al2O3+2SiO2→(≥1200。C)→3Al2O3+2SiO2（二次莫來石）
在二次莫來石化時，發(fā)生約10%的體積膨脹。同時在1300～1400。C以下時鋁礬土中的Fe2O3、TiO2和其它雜質(zhì)與Al2O3、SiO2反應(yīng)既可形成液相，F(xiàn)e2O3、TiO2也可進(jìn)入莫來石的晶格形成固溶體。液相的形成，有助于二次莫來石化的進(jìn)行，同時也為重晶燒結(jié)階段準(zhǔn)備了條件。
（3）重晶燒結(jié)階段（1400～1500。C）
在二次莫來石化階段，由于液相的形成，已經(jīng)開始發(fā)生某種程度的燒結(jié)，但進(jìn)程很緩慢。只有隨著二次莫來石化的完成，重晶燒結(jié)作用才開始迅速進(jìn)行。在1400～1500。C以上，由于液相的作用，剛玉與莫來石晶體長大，1500。C時約10μm，到1700。C分別為60μm和90μm；同時，微觀氣孔在1200。C到1400～1500。C之間約為100～300μm，基本保持不變；在1400～1500。C以后迅速縮小與消失，氣孔率降低，物料迅速趨向致密。
2.鋁礬土的燒結(jié)
影響鋁礬土燒結(jié)的主要因素有二次莫來石化、液相及鋁礬土的組織結(jié)構(gòu)。
二次莫來石化是D-K型鋁礬土在煅燒過程中必然發(fā)生的反應(yīng)，該反應(yīng)往往引起10%左右的體積膨脹，對燒結(jié)起妨礙作用。其原因一是生成二次莫來石時由于比重的變化引起物料本身的體積增大；二是由于顆粒間發(fā)生二次莫來石反應(yīng)而相互推開，從而在顆粒間形成空隙。另外，反應(yīng)時在顆粒周圍首先形成莫來石薄膜也妨礙了鋁、硅離子的進(jìn)一步擴散，使反應(yīng)難趨完全。
二次莫來石的形成量與鋁礬土中水鋁石、高嶺石的相對含量有關(guān)。如果高嶺石加熱分解出的SiO2與水鋁石分解出的Al2O3正好達(dá)到莫來石的組成，則二次莫來石的量將會達(dá)到最大。研究與生產(chǎn)實踐都證明，Al2O3含量在65%～70%的二級鋁礬土，Al2O3/SiO2比值接近莫來石的Al2O3/SiO2比值（2.55），在煅燒后莫來石的含量最高，二次莫來石化程度最大，最難于燒結(jié)；而Al2O3含量較高或較低的特級或三級鋁礬土燒結(jié)較容易，溫度也較低。
鋁礬土的分散度對二次莫來石化的影響也是顯著的。鋁礬土原礦煅燒時，由于礦物分布不均勻，顆粒反應(yīng)后相互推開而引起的膨脹起著重要作用。這種作用使反應(yīng)無法趨于完全，而生成的空隙往往不易彌合，使鋁礬土難于致密化。原塊鋁礬土除組織結(jié)構(gòu)較均勻的特級和三級在1500。C以下達(dá)到燒結(jié)外，其它鋁礬土往往吸水率較高。若將鋁礬土細(xì)磨制坯后煅燒，分散度提高，二次莫來石化進(jìn)行得較早，并易于完全，在較低的溫度下既產(chǎn)生膨脹，對燒結(jié)有利。
由于燒結(jié)基本上開始于二次莫來石化完成的溫度，所以充分的二次莫來石化是鋁礬土達(dá)到燒結(jié)的必要條件，特別是對二級鋁礬土尤為重要。
液相是影響鋁礬土燒結(jié)的另一重要因素。鋁礬土煅燒時所形成液相量（一、二級鋁礬土約10%，三級約20%～30%）不足以填滿顆粒間的全部空隙。在這種情況下，液相的作用首先是把固體顆粒拉在一起，使它們相互接觸。但二次莫來石化引起的膨脹卻是把它們推開，兩個相反的作用同時進(jìn)行。在1400～1500。C以內(nèi)時，液相的數(shù)量較少、流動性較低，二次莫來石化起主導(dǎo)作用。在1400～1500。C以上時，二次莫來石趨于完全，液相數(shù)量和流動性都增大，液相燒結(jié)作用明顯顯現(xiàn)，成為燒結(jié)的主導(dǎo)因素。液相使固體顆粒基本上都相互接觸之后，就逐漸發(fā)生著固體顆粒的溶解與分析晶過程，逐步導(dǎo)致晶粒堆積致密，直到最后形成連續(xù)的固相骨架，液相填充空隙，使鋁礬土完全燒結(jié)。但液相也有其有害作用的一面，若液相量增多，或者它的熔點、粘度降低，則降低鋁礬土的高溫機械性能。
填充在空隙中的液相冷卻后即為玻璃相。燒后鋁礬土的玻璃相化學(xué)組成有如下特點：
①玻璃相中Al2O3/SiO2比值隨鋁礬土Al2O3/SiO2比值降低而降低。
②特級與一級鋁礬土中，F(xiàn)e2O3、TiO2進(jìn)入玻璃相較多；而二級鋁礬土中則進(jìn)入結(jié)晶相較多。
③煅燒溫度提高時（由1500到1700。C），玻璃相中的Al2O3含量減少，SiO2含量增加；同時，一級鋁礬土的玻璃相中Fe2O3增多而TiO2減少；二級鋁礬土Fe2O3、TiO2都更多地進(jìn)入玻璃相。
鋁礬土的組織結(jié)構(gòu)即均勻致密程度及鮞狀體的數(shù)量與分析，直接影響到鋁礬土熟料的燒結(jié)程度與致密性。如鮞狀體較多的二級鋁礬土，組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不均勻，燒后一般呈黃、白兩色，白色為水鋁石富集部分，黃色為高嶺石及一些雜質(zhì)集中部位，且常有膨脹現(xiàn)象，燒結(jié)困難。
