鋁礬土煅燒技術及設備

鋁礬土煅燒技術及設備

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晶燒結階段。

(1)分解階段(400~1200℃)

400~1200℃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℃時開始脫水,至450~600℃反應激烈,700~800℃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,在高溫下逐轉變?yōu)閯傆�。高嶺石脫水后形成偏高嶺石, 950℃以上時偏高嶺石轉變?yōu)槟獊硎�和非晶態(tài)SiO2,后者在高溫下轉變?yōu)榉绞�英。其反應式�? 3(Al2O3·2SiO2)(偏高嶺石)→(400~600℃)→3Al2O3·2SiO2(莫來石) 4SiO2(非晶態(tài)SiO2)

表1耐火材料用鋁礬土礦的技術條件

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,其數量不超過總量的10%;③礦石夾雜之雜質(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2耐火材料用鋁礬土精礦的技術條件

α-Al2O3·H2O(水鋁石)→(400~600℃)→α-Al2O3(剛玉假象) H2O↑

Al2O3·2SiO2·2H2O(高嶺石)→(400~600℃)→Al2O3·2SiO2(偏高嶺石) H2O↑

3(Al2O3·2SiO2)(偏高嶺石)→(400~600℃)→3Al2O3·2SiO2(莫來石) 4SiO2(非晶態(tài)SiO2)

(2)二次莫來石化階段(1200~1400℃或1500℃)

在1200℃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)生反應形成莫來石,被成為二次莫來石:

3Al2O3 2SiO2→(≥1200℃)→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℃以下時鋁礬土中的Fe2O3、TiO2和

其它雜質與Al2O3、SiO2反應既可形成液相,Fe2O3、TiO2也可進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行,同時也為重晶燒結階段準備了條件。

(3)重晶燒結階段(1400~1500℃)

在二次莫來石化階段,由于液相的形成,已經開始發(fā)生某種程度的燒結,但進程很緩慢。只有隨著二次莫來石化的完成,重晶燒結作用才開始迅速進行。在1400~1500℃以上,由于液相的作用,剛玉與莫來石晶體長大,1500℃時約10μm,到1700℃分別為60μm和90μm;同時,微觀氣孔在1200℃到1400~1500℃之間約為100~300μm,基本保持不變;在1400~1500℃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

鋁礬土燒結的主要因素有二次莫來石化、液相及鋁礬土的組織結構。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,該反應往往引起10%左右的體積膨脹,對燒結起妨礙作用。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)生二次莫來石反應而相互推開,從而在顆粒間形成空隙。另外,反應時在顆粒周圍首先形成莫來石薄膜也妨礙了鋁、硅離子的進一步擴散,使反應難趨完全。

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。如果高嶺石加熱分解出的SiO2與水鋁石分解出的Al2O3正好達到莫來石的組成,則二次莫來石的量將會達到最大。研究與生產實踐都證明,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;而Al2O3含量較高或較低的特級或三級鋁礬土燒結較容易,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,顆粒反應后相互推開而引起的膨脹起著重要作用。這種作用使反應無法趨于完全,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構較均勻的特級和三級在1500℃以下達到燒結外,其它鋁礬土往往吸水率較高。若將鋁礬土細磨制坯后煅燒,分散度提高,二次莫來石化進行得較早,并易于完全,在較低的溫度下既產生膨脹,對燒結有利。

由于燒結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到燒結的必要條件,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行。在1400~1500℃以內時,液相的數量較少、流動性較低,二次莫來石化起主導作用。在1400~1500℃以上時,二次莫來石趨于完全,液相數量和流動性都增大,液相燒結作用明顯顯現(xiàn),成為燒結的主導因素。液相使固體顆�；�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。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,Fe2O3、TiO2進入玻璃相較多;而二級鋁礬土中則進入結晶相較多。

③煅燒溫度提高時(由1500到1700℃),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都更多地進入玻璃相。

鋁礬土的組織結構即均勻致密程度及鮞狀體的數量與分析,直接影響到鋁礬土熟料的燒結程度與致密性。如鮞狀體較多的二級鋁礬土,組織結構復雜,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集中部位,且常有膨脹現(xiàn)象,燒結困難。

3.鋁礬土煅燒的工藝流程

傳統(tǒng)的煅燒鋁礬土熟料的生產工藝流程如下:

原料進廠→庫→破碎→粉磨→過壓濾→練泥→擠出成型→烘干→煅燒→破碎→出廠成品

由于鋁礬土原料成分的不穩(wěn)定,這種傳統(tǒng)的煅燒鋁礬土熟料的生產工藝所得到的鋁礬土熟料品質不高,且產品質量不穩(wěn)定,為了得到品質優(yōu)良的鋁礬土熟料,提出的新的煅燒鋁礬土熟料的生產工藝流程如下:

原料進廠→庫→破碎→粉磨→脫硅→濕法均化→過壓濾→練泥→擠出成型→烘干→煅燒→破碎→出廠成品。

4.煅燒鋁礬土的設備

在生產鋁礬土熟料的過程中,鋁礬土的煅燒對熟料品味有很大影響,因此選擇鋁礬土的煅燒窯爐是很重要的。鋁礬土的煅燒設備主要有倒焰窯、回轉窯、隧道窯、梭式窯等。

(1)倒焰窯,是一種間歇式的窯爐。其名稱是由火焰流動情況而獲得。燃燒所產生的火焰都從燃燒室的噴火口上行至窯頂,由于窯頂是密封的,火焰不能繼續(xù)上行,在窯頂部沒有出氣孔的情況下,就被煙囪的抽力拉向下行,經過匣缽柱的間隙,自窯底吸火孔進支煙道,主煙道,最后由煙囪排出。因為熱氣體重度輕,總是浮在上面,所以人們習慣把火焰從下到上稱為“順”。而把由上向下流動的火焰稱為“倒”這就是“倒焰窯”稱呼的由來!

倒焰窯的優(yōu)點是窯的容積可大可小,生產上的靈活性,可以得到質量好的產品,建設投資費用少,金屬材料耗用少。其缺點是間歇操作,廢氣離窯時溫度很高,故單位制品的燃料消耗大;生產規(guī)模小;勞動條件差;機械化水平低;操作控制困難;生產效率低;環(huán)保性能差。一般,倒焰窯的熱效率僅   6.48%,而每噸燒成品耗煤卻高達1.456噸。

(2)回轉窯是指旋轉煅燒窯,起源于水泥生產�，F(xiàn)在,在建材、冶金、化工、環(huán)保等許多生產行業(yè)中,也廣泛地使用回轉窯設備對固體物料進行機械、物理或化學處理。煅燒鋁礬土的回轉窯大都由以重油為燃料改成以煤粉為燃料,每煅燒1噸高鋁礬土的耗煤量為200~250kg。

回轉窯的特點有:結構簡單、易損件少、生產過程易控制和運轉率高;易于大規(guī)模的生產;并且易于實現(xiàn)自動化控制,產品質量穩(wěn)定。

(3)隧道窯是現(xiàn)代化的連續(xù)式燒成的熱工設備,廣泛用于陶瓷產品的焙燒生產,在磨料等冶金行業(yè)中也有應用。隧道窯主要用于制品的燒成,耐火材料行業(yè)根據使用溫度的不同可以分為三種,低溫隧道窯主要用于焙燒滑板磚等,燒成溫度約1000℃;中溫隧道窯主要用于燒成普通堿性磚、粘土磚、高鋁磚、硅磚等,燒成溫度1300℃~1650℃;高溫隧道窯主要用于燒成中檔鎂磚、高純鎂磚、鎂鋁質及剛玉質等制品,燒成溫度大于1700℃,一般介于1800℃~1900℃。勞動強度大,生產效率低,熱耗高,難以實現(xiàn)自動化控制。

目前國內外大型鋁礬土煅燒生產系統(tǒng)均采用回轉窯設備和工藝。

5. 400TPD鋁礬土煅燒生產系統(tǒng)主要技術參數

(1)生產能力400t/d 120000噸/年

(2)回轉窯的規(guī)格Φ3.6×76m

(3)回轉窯的斜度   3.0%

(4)單筒冷卻機規(guī)格Φ3.6×40m

(5)原料指標

特級Al2O3>85% Fe2O3

一級Al2O3>85% Fe2O3

(6)成品指標

特級Al2O3>85% 體積密度>3.1g/cm3

一級Al2O3>80% 體積密度>2.9g/cm3

(7)燃料

(8)燃料熱值

(9)單位產品熱耗8000~9500kj/kg

(10)煅燒溫度≥1650℃

(11)年工作日300天

河南華冠環(huán)�？萍加邢薰�司在山西境內有大量的煅燒鋁礬土行業(yè)業(yè)績，塊狀煅燒和粉狀，細度有325、800、1000、1250目， 產量有50-500噸每天產能，可技術轉讓，可出售設備，產品。

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