铝矾土在陶瓷生产中的应用

铝矾土在陶瓷生产中的应用

张国涛．柯善军

（广东金意陶陶瓷有限公司，佛山５２８０３１）

摘要：我国拥有极为丰富的高铝矾土矿产资源。铝矾土的铝含量较高．已经广泛应用于炼铝和耐火材料中．而在建筑陶瓷生产中氧化铝

是重要化学组成部分。将铝矾土引入陶瓷产品中可以极大提升陶瓷产品的多种特性．具有很高的利用价值。文章简述了铝矾土在陶瓷制品中的使用情况。对今后铝矾土的使用大有益处。

关健词：铝矾土；陶瓷应用；陶瓷生产

１

铝矾土概述

铝矾土又称矾土或铝土矿，主要成分是氧化铝，是含

可以分为以下５种类型【１】：

（１）水铝石一高岭石型（ＤＫ型）主要分布在山西、山东、河北、河南、贵州等；

（２）勃姆石一高岭石型（ＢＫ型）主要分布在山东、山西省：

（３）水铝石一叶腊石型（ＤＰ型）主要分布在河南省；（４）水铝石一伊利石型（ＤＩ型）主要分布在河南省；（５）水铝石一高岭石型一金红石型（ＤＫＲ型）主要分

布在四川省。

有杂质的水合氧化铝，是一种土状矿物。白色或灰白色，因含铁而呈褐黄或浅红色。密度为３．９．４９／ｃｍ３，硬度为１～３、不透明、质脆、极难熔化、不溶于水，能溶于硫酸、氢氧化钠溶液。主要用于炼铝，制耐火材料。

铝矾土其组成成份异常复杂．是多种地质来源极不相同的含水氧化铝矿石的总称。如一水软铝石、一水硬铝石和三水铝石（Ａ１：０３・３Ｈ：０）；有的是水铝石和高岭石（２ＳｉＯ：・Ａ１ｚＯ，・２Ｈ２０）相伴构成；有的以高岭石为主，且随着高岭石含量的增高．构成为～般的铝土岩或高岭石质粘土。铝土矿一般是化学风化或外生作用形成的，很少有纯矿物，总是含有一些杂质，或多或少含有粘土矿物、铁矿物、钛矿物及碎屑重矿物等等。我国高铝矾土储量极为丰富，产地从黄河以北的山西、河北和山东，穿过中部的河南和广西直到西南的贵州和云南。目前出产高铝矾土熟料的主要产地在山西、河南和贵州。

我国绝大部分地区的铝土矿都属于一水型铝土矿，

２

表１为各类型高铝矾土的化学组成１２］。由表１可知，铝矾土储量最丰富的为ＤＫ型。

铝矾土熟料的烧结性能及各类氧化物对

烧结铝矾土性能的影响

２．１铝矾土熟料的高温烧结阶段

ＤＫ型铝矾土的高温烧结有以下几个阶段，如表２所以日。以上反应过程不难发现，矿物组成的不同特别是氧化铝和氧化硅比例差异，就会导致不同级别的铝矾土原

——

类型

产地

Ａ１２０３

盍！鱼耋型直鱼盟±笪丝堂鱼盛（塑丝）

Ｓｉ０２

Ｔｉ０２

Ｆｅ２０３

ＣａＯ

ＭｇＯ

Ｒ２０

Ｉ．Ｌ

阶Ｅ凸，一水硬铝石和高岭石的脱水、分解过程（４５０～１２００℃）。一水硬铝石在此阶段脱水生成Ａ１２０３（５５０℃）；高岭石６１０℃脱结构水，１Ａ■

并在９８０。Ｃ左右生成一次莫来石和游离石英。

∥ｌ

阶匦。生成二次莫来石（１２００一１４００℃）。第一阶段分解产生的Ａｌｚ０３（假刚玉）和游离石英反应生成二次莫来石。二次莫来石反应将驯杈二产生体积膨胀，阻碍烧结进行，铝矾土水疗的化学组成越接近莫来石的组成，烧结就越难以进行。

胁匦，重结晶烧结阶段（１４００℃或１５００。Ｃ１１２上），二次莫来石完成后，在液相作用下开始进入液相烧结阶段，吸水率急剧下降，线收驯仅ｊ缩急剧增加，同时伴随着显著的刚玉和莫来石晶体的生长。

料最佳烧结温度也不同。为此．在煅烧之前必须对高铝矾土进行分级、拣选、煅烧。

２．２氧化物对烧结铝矾土性能的影响

在不同类铝矾土烧结中．各种氧化物进入结晶相的比例不同。Ａ、Ａ１２０３和Ｆｅ２０，绝大部分进入结晶相；Ｂ、ＳｉＯ：和ＴｉＯ：大部分进入结晶相，但随着铝矾土中Ａ１２０，含量的变化，分配比例有较大的波动；Ｃ、ＣａＯ和ＭｇＯ大部分进入玻璃相。碱金属氧化物如Ｋ２０和Ｎａ２０几乎全部进入玻璃相中。

２．２．１碱金属氧化物【４】

在烧结过程中，碱金属氧化物含量越多，玻璃相增加会越多，莫来石也会相应减少，特别是Ｋ：Ｏ，每增加０．１％，玻璃相增加０．７％，莫来石相减少１．５％一２．０％。玻璃相组成杂质增多，粘度降低，对烧结不利。２．２．２氧化钙明显降低高温力学性能圈

阶段１中钙长石和玻璃相的形成与增长破坏了刚玉和莫来石晶体之间的结合。到阶段２时，由于六铝酸钙的生成导致中低温强度稍稍改变，但在１３０００Ｃ以上时却呈

现为无效。

２．２．３

Ｔ１０２４．７％，Ｆｅ２０３４．４％。Ａｇｒｅｌｌｔｍ等认为天然莫来石中Ｔｉ０２的固溶度为０．５％～２．２７％。

ＴｉＯ：在烧结矾土中起着三重作用［９１，一部分进入刚玉和莫来石晶格形成固溶体；一部分与Ａ１２０，反应生成Ａ１２０３．ＴｉＯ：或者与Ａ１２０３形成固溶体；一部分进入玻璃相降低粘度，后两个因素对高温机械性能不利。

Ｆｅ２０，大部分进入结晶相，其中部分进入玻璃相，部分与Ａ１２０。和ＴｉＯ：反应生成熔点较低的固溶体，促进烧结。Ｆｅ２０。对烧成温度的作用与烧成气氛密切相关，在氧化气氛中影响较小，且明显使烧结范围变窄。若在还原气氛中，由于ＦｅＯ的作用，出现较多的液相，能较显著地降低烧成温度【埘。

２．２．４

ＭｇＯ和锆英石的影响

在适当控制加入量的条件下，它们是有利于优化性

能的有益加入物。王克运【１１】的研究表明．ＭｇＯ于１０００℃开始与刚玉反应，１２００℃反应最快，１３００℃反应结束。当氧化镁加入过量时，会在液相影响下分解莫来石。继续加人

ＭｇＯ

３５％～４０％后，相组成变化为以下３个过程【１２１。（１）尖晶石部分取代刚玉和莫来石，直接结合程度

Ｔｉ０２和Ｆｅ２０３有所减弱，高温力学性能下降（ＭｇＯ加入量为１４％）。

（２）低熔点的假蓝宝石和堇青石形成并增长，使高熔点晶相之间的直接结合被破坏，高温力学性能严重恶化（ＭｇＯ４％～３５％）。

铝矾土中的Ｔｉ０２烧后大部分进入结晶相。Ｍ．Ｃａｌｄｗｅｌｌｔ珂等指出．富钛铝矾土中形成９２５ｍ０１％Ａ１２０３＂Ｔｉ０２和７．５ｍ０１％Ｆｅ２０，・Ａ１２０３。Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ［７１等的研究表明，莫来石中含有

（３）结晶相都是高熔点的，主要有镁铝尖晶石和镁橄榄石，也有一些方镁石，玻璃相很少。晶体问呈现良好的直接结合，高温力学性能显著提高（ＭｇＯ＞３５％）。

随着锆英石加入量的增加，烧结矾土的刚性模量，抗折强度和抗蠕变性能在中、低温都有所下降。加入锆英石最显著的效果是改善抗热震性，这与氧化锆结晶集合体周围出现明显的微裂纹有关呻】。

３

铝矾土在陶瓷产品中的利用情况

３．１利用铝矾土开发耐磨瓷球明

目前市场上的铝矾土瓷球根据铝含量可分为中铝瓷球和高铝瓷球，区别主要在氧化铝含量、比重和耐磨度上，成本也有差别。高铝瓷球的氧化铝含量高，一般在９０％以上，比重大、耐磨性好，相应价格也比中铝瓷球高。中铝瓷球氧化铝含量一般在７０％．８０％，比重和耐磨性稍差，但使用成本仅为高铝瓷球的５０％。７０％。纯氧化铝球的白度较高，而铝矾土瓷球由于原料中含有Ｆｅ、Ｔｉ等杂质，向度稍差。所谓白球由纯度较高的铝矾土原料制成，因而多用于化妆品、制药、食品、色料等行业：而灰球大多使用在对外来杂质不太苛刻的行业，如硅酸盐工业中的水泥熟料，陶瓷配料的研磨等【１５１。

生产瓷球用的铝矾土～般要经过１３８０％以上的温度煅烧，使７一Ａ１２０３转变成为Ｏｔ—Ａ１２０３，降低成品的收缩率，煅烧后熟料中Ａ１２０３的含量要求大于８９％，比重大于３．５，所以生产时应选择特级或一级铝矾土。可塑性原料采用铝含量高，可塑性强的优质高岭土。主要的熔剂原料是长石、方解石、滑石、工业ＢａＣＯ，等原料，以及少量的有机粘结剂。将原料按一定配比混合球磨后，经过过筛、除铁、压滤、粗练、陈腐、真空精练、成形、干燥、烧成等工艺后，可制得优质耐磨瓷球。其主要物理性能如表３所示。

耋３鳖蔓丝篮些筮竺

密度

硬度抗压强度吸水率耐酸碱度磨损率

ｇ］ｃｍ３

ＨＲＡ

ＭＰａ

％

％

ｇａｇ・ｈ

使用丰富的铝矾土资源可以生产出与使用氧化铝粉制出的耐磨瓷同等性能的产品，而且成本仅为使用氧化铝耐磨瓷的５０％～７０％。铝矾土瓷的价格比同级比重的氧化铝瓷低２０％～４０％，且效果完全一样。

３．２利用铝矾土制备钛酸铝陶瓷材料

选用优质的天然铝矾土，采取合理的配方和工艺，可以制备出优良性能且成本低的钛酸铝材料，其抗弯强度可达到３５ＭＰａ以上，热膨胀系数为０．８４ｘ１０－６／ｏＣ，体积密度ｉ＞３．０９／ｃｍ３，形成良好的显微结构是产生高性能的关键。实验证明，材料强度的提高，其热膨胀系数也相应增大．但是仍可保持优良的低膨胀性，铝钛摩尔比值大于１，可明显改善材料的机械性能，且对热膨胀系数影响不大。

研究表明，而这比值为１：０．９５左右较佳咿１９１。

３．３利用锫英石、铝矾土制备氧化锫增韧莫来石相陶瓷

用锆英石、铝矾土制备的ＺｒＯ：增韧莫来石陶瓷具有莫来石母相及ＺｒＯ：颗粒分散相．不仅机械强度高、韧性好，而且耐热冲击性也高。在１４５０。Ｃ之前，样品的致密化起主导作用，锆英石的分解比莫来石的形成要快。在１４５０。１５５０。Ｃ之间，锆英石的分解与莫来石的形成反应较为激烈。化学反应起主导作用。化学反应对致密化产生不利影响，要获得结构致密的锆莫来石材料，必须减小硅酸锆的粒径，且烧结温度必须大于１６００。Ｃ。锆英石与铝矾土的化学反应机制是氧化锆向硅酸锆扩散，促进了硅酸锆的分解，并且分解出氧化锆和非晶氧化硅，非晶氧化硅与氧化铝反应生成莫来石并向外扩散。通过非平衡反应获得了理想的相组成，主晶相为莫来石、氧化锆，少量玻璃相和剩余的微量氧化铝［２０ｌ。

３．４利用高铝矾土研制低温耐磨氧化铝瓷

焦作工学院马小娥等人【２ｔ１以高铝矾土为主要原料，在１５００。（３以下高铝矾土研制低温耐磨氧化铝瓷获得成功．并得出以下结论：晶体的形状、结构、发育的完好程度会直接影响到产品气孑Ｌ率、密度和磨损率，晶体发育良好的产品各种性能均呈现良好；控制烧成制度，保证合理的烧成湿度和烧成气氛，所获得的产品均匀致密。获得的该类高铝瓷，各种指标达到甚至超过国内同类产品指标，成本低。经济效益显著。

３．５以熟高铝矾土引入薄板

在国内已经有部分陶瓷企业成功开发薄板并已上市热销，如金意陶、蒙娜丽莎、新明珠等企业。而砖坯厚度的薄型化必须建立在保证砖的性能指标符合国家标准、不增加生产成本以及不改变现有生产工艺条件的基础上．尤其是砖的强度不能降低。可以这样说，砖的厚度减到

５０％，则砖的断裂模数就要提高１００％。早在２００６年陕西科技大学材料科学与工程学院武秀兰、任强以普通瓷质砖坯料配方作为基础配方引入熟铝矾土研制超薄瓷质砖。研究表明，在普通瓷质砖坯料配方的基础上通过调整

配方引入１８％的熟铝矾土，可“在１１９５～１２０５０Ｃ．保温１０。１５ｍｉｎ的烧成制度下”获得抗弯强度大于７０ＭＰａ、吸水率小于０．５％，满足超薄瓷质砖对坯体的性能要求。其原因在于引入熟铝矾土高弹性模量的刚玉晶相．使得坯体抗弯强度提高；适当的高温保温时间能够提高坯体的致密度，从而提高其抗弯强度，但保温时间过长，晶相含量降低，则抗弯强度就会有所下降㈤。盛中旗圜、党桂彬［ＨＩ、陈迪晴闭等人在超薄砖研究方面也做了相关实验。

此外还有采用发泡剂与添加造孑Ｌ剂相结合，以高铝矾土和高岭土为骨料，合成莫来石质多孔陶瓷．制得的多孑Ｌ陶瓷莫来石生成量高达９０％以上，其气孔分布均匀，孔径分布范围为１００。３００ｐ，ｍ：气孔率高达５２．３％（闭孔气孔率为３８．７％、开孔气孔率为１３．６％）；体积密度为０．９７３９／ｃｍ３；抗压强度为２５．１３１７ＭＰａ；导热系数为０．１４３Ｗ／（ｍ・Ｋ）的

多孔陶瓷闭。

次数

１

２

３

平均

化铝瓷和化学瓷。４．３样品性能的分析

在显微镜下观察三种样品的瓷化情况，可以看出铝矾土样品的瓷化较致密，但存在大量细微小孑Ｌ，其原因在于氧化铁促使氧化铝晶体晶格出现缺陷，晶格缺陷对冷热冲击有较好的缓冲作用。由此可得出相似结论：铝矾土的冷热冲击性能较之其他两种（化学瓷、９５％氧化铝瓷）优越许多。

５

煅烧高岭土、氧化铝粉（过３２５目筛）、熟

铝矾土热塑性变形比较

４

铝矾土瓷、化学瓷、９５％氧化铝瓷产品性

５．１化学成分比较

本试验用的瓷质砖坯体配方见表６，煅烧高岭土、氧化铝和铝矾土成份分析见表７。

能比较［２７３

４．１硬度

将铝矾土瓷、化学瓷、９５％氧化铝瓷三种样品进行了产品硬度对比试验，试验条件参数如表４。

由表４可见．在相同烧成温度下铝矾土样品的硬度比化学瓷高，但比起含铝量９５％的瓷硬度低，可以保证其硬度要求。４．２热稳定性

对三种样品进行急冷急热试验．试验步骤如下：Ａ、将三种试样置于室温下５ｒａｉｎ；

５．２高温热塑性变形试验方法

高温下瓷质砖坯体的热塑性变形是瓷质砖极为重要的工艺性能指标。试验用的装置及变形测量方法如图１所示．在耐火垫板上平行放置两根等直径的废旧辊棒，用耐火泥等把废旧辊棒固定住，以免在辊道窑中烧成时移位。把成形好的坯体悬架在两根辊棒上入窑烧成，再测其烧后变形值。在各次试验中要注意两根废旧辊棒之间的中心距离要保持一致，以保证数据的准确性闭。５．３高温抗荷性试验结果比较

通过在现有配方中分别加入煅烧高岭土、氧化铝和熟铝矾土．调整坯体中的硅铝比例一致，并在等同烧成条件下进行热塑性变形试验，发现铝矾土的热塑性变形优于煅烧高岭土、氧化铝。

Ｂ粥上述试样立即放入１０５－１ｌ∞Ｃ的烘箱内，并保温２０ｍｉｎ；

Ｃ、将试样从烘箱中取出，立即沿水流方向垂直地浸没于常温水中，静置５ｍｉｎ；

Ｄ、试样浸水５ｍｉｎ后取出擦干水．涂蓝色墨水观察表面是否有裂纹。如无裂纹则反复进行以上操作１０次，并记录试验次数，然后立即放入１０５～１１０。Ｃ的烘箱内，重复上述试验三组，并记录试验结果；

经过试验．得出试验结果见表５。

由表５可以看出，铝矾土瓷的热稳定性高于９５％氧

６

结论

（１）我国拥有非常丰富的铝矾土资源，其铝含量较

表４硬度测试试验参数

盍鱼塑查鳖亟篮堡签醒直

成分含量（％）

Ｓｉ０２６８．９６

Ａ１２０３１７．７９

Ｆｅ２０３０．９８

Ｔｉ０２０．２３

ＣａＯ０．４１

ＭｇＯ１．１３

Ｋ：Ｏ２．７３

Ｎａ如

２．６２

Ｉ．Ｌ４．８０

总量

９９．６５

壹２丝堂盛丛坌堑

含量（％）

项目

Ｓｉ０２

Ａ１２０３

总量

Ｆｅ２０３

Ｔｉ０２

ＣａＯ

ＭｇＯ

Ｋ２０

Ｎａ２０

Ｉ．Ｌ

耐火垫板

坯体中氧化铝的含量，以提高坯体的高温抗荷性。铝矾土陶瓷材料既有一定的强度和耐磨性，又有很好的热稳定性，具有广阔的应用前景和使用价值，特别是在陶瓷瓷砖生产中有很大的使用价值。

窑

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高可以引入到陶瓷中提丹陶瓷坯体中铝的含量．提升陶瓷产品内在质量：

（２）铝矾土含有结构水若直接加入陶瓷配方中会导致坯体收缩、烧失增大，不利于生产，所以必须在使用之前进行煅烧，去除结晶水，以稳定铝矾土晶体结构；

（３）铝矾土组成的不同特别是氧化铝和氧化硅比例差异．就会导致不同级别的铝矾土原料最佳烧结温度也不同，为此在煅烧之前必须对高铝矾土进行分级，拣选，分别煅烧：

（４）碱金属氧化物、氧化钙、氧化钛、氧化铁、氧化镁以及锆英石对煅烧工艺有很大影响；

（５）现阶段铝矾土在陶瓷中的应用还处于特种陶瓷和功能性陶瓷的使用上，可以在建筑陶瓷坯体中引入一定量的熟铝矾土，调整坯体中铝含量；

在陶瓷坯料中添加一定量的铝矾土。以提高坯料中氧化铝的含量。对陶瓷产品的性能有很大的影响。主要表现在强度、韧性、高温变形等方面，为此我们可充分利用铝矾土的这些优良的性能，用于陶瓷薄板的开发中，提高

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铝矾土在陶瓷生产中的应用

作者：

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张国涛， 柯善军， ZHANG Guotao， KE Shanjun广东金意陶陶瓷有限公司,佛山,528031佛山陶瓷

Foshan Ceramics2013,23(1)

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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_fstc201301007.aspx

铝矾土在陶瓷生产中的应用

张国涛．柯善军

（广东金意陶陶瓷有限公司，佛山５２８０３１）

摘要：我国拥有极为丰富的高铝矾土矿产资源。铝矾土的铝含量较高．已经广泛应用于炼铝和耐火材料中．而在建筑陶瓷生产中氧化铝

是重要化学组成部分。将铝矾土引入陶瓷产品中可以极大提升陶瓷产品的多种特性．具有很高的利用价值。文章简述了铝矾土在陶瓷制品中的使用情况。对今后铝矾土的使用大有益处。

关健词：铝矾土；陶瓷应用；陶瓷生产

１

铝矾土概述

铝矾土又称矾土或铝土矿，主要成分是氧化铝，是含

可以分为以下５种类型【１】：

（１）水铝石一高岭石型（ＤＫ型）主要分布在山西、山东、河北、河南、贵州等；

（２）勃姆石一高岭石型（ＢＫ型）主要分布在山东、山西省：

（３）水铝石一叶腊石型（ＤＰ型）主要分布在河南省；（４）水铝石一伊利石型（ＤＩ型）主要分布在河南省；（５）水铝石一高岭石型一金红石型（ＤＫＲ型）主要分

布在四川省。

有杂质的水合氧化铝，是一种土状矿物。白色或灰白色，因含铁而呈褐黄或浅红色。密度为３．９．４９／ｃｍ３，硬度为１～３、不透明、质脆、极难熔化、不溶于水，能溶于硫酸、氢氧化钠溶液。主要用于炼铝，制耐火材料。

铝矾土其组成成份异常复杂．是多种地质来源极不相同的含水氧化铝矿石的总称。如一水软铝石、一水硬铝石和三水铝石（Ａ１：０３・３Ｈ：０）；有的是水铝石和高岭石（２ＳｉＯ：・Ａ１ｚＯ，・２Ｈ２０）相伴构成；有的以高岭石为主，且随着高岭石含量的增高．构成为～般的铝土岩或高岭石质粘土。铝土矿一般是化学风化或外生作用形成的，很少有纯矿物，总是含有一些杂质，或多或少含有粘土矿物、铁矿物、钛矿物及碎屑重矿物等等。我国高铝矾土储量极为丰富，产地从黄河以北的山西、河北和山东，穿过中部的河南和广西直到西南的贵州和云南。目前出产高铝矾土熟料的主要产地在山西、河南和贵州。

我国绝大部分地区的铝土矿都属于一水型铝土矿，

２

表１为各类型高铝矾土的化学组成１２］。由表１可知，铝矾土储量最丰富的为ＤＫ型。

铝矾土熟料的烧结性能及各类氧化物对

烧结铝矾土性能的影响

２．１铝矾土熟料的高温烧结阶段

ＤＫ型铝矾土的高温烧结有以下几个阶段，如表２所以日。以上反应过程不难发现，矿物组成的不同特别是氧化铝和氧化硅比例差异，就会导致不同级别的铝矾土原

——

类型

产地

Ａ１２０３

盍！鱼耋型直鱼盟±笪丝堂鱼盛（塑丝）

Ｓｉ０２

Ｔｉ０２

Ｆｅ２０３

ＣａＯ

ＭｇＯ

Ｒ２０

Ｉ．Ｌ

阶Ｅ凸，一水硬铝石和高岭石的脱水、分解过程（４５０～１２００℃）。一水硬铝石在此阶段脱水生成Ａ１２０３（５５０℃）；高岭石６１０℃脱结构水，１Ａ■

并在９８０。Ｃ左右生成一次莫来石和游离石英。

∥ｌ

阶匦。生成二次莫来石（１２００一１４００℃）。第一阶段分解产生的Ａｌｚ０３（假刚玉）和游离石英反应生成二次莫来石。二次莫来石反应将驯杈二产生体积膨胀，阻碍烧结进行，铝矾土水疗的化学组成越接近莫来石的组成，烧结就越难以进行。

胁匦，重结晶烧结阶段（１４００℃或１５００。Ｃ１１２上），二次莫来石完成后，在液相作用下开始进入液相烧结阶段，吸水率急剧下降，线收驯仅ｊ缩急剧增加，同时伴随着显著的刚玉和莫来石晶体的生长。

料最佳烧结温度也不同。为此．在煅烧之前必须对高铝矾土进行分级、拣选、煅烧。

２．２氧化物对烧结铝矾土性能的影响

在不同类铝矾土烧结中．各种氧化物进入结晶相的比例不同。Ａ、Ａ１２０３和Ｆｅ２０，绝大部分进入结晶相；Ｂ、ＳｉＯ：和ＴｉＯ：大部分进入结晶相，但随着铝矾土中Ａ１２０，含量的变化，分配比例有较大的波动；Ｃ、ＣａＯ和ＭｇＯ大部分进入玻璃相。碱金属氧化物如Ｋ２０和Ｎａ２０几乎全部进入玻璃相中。

２．２．１碱金属氧化物【４】

在烧结过程中，碱金属氧化物含量越多，玻璃相增加会越多，莫来石也会相应减少，特别是Ｋ：Ｏ，每增加０．１％，玻璃相增加０．７％，莫来石相减少１．５％一２．０％。玻璃相组成杂质增多，粘度降低，对烧结不利。２．２．２氧化钙明显降低高温力学性能圈

阶段１中钙长石和玻璃相的形成与增长破坏了刚玉和莫来石晶体之间的结合。到阶段２时，由于六铝酸钙的生成导致中低温强度稍稍改变，但在１３０００Ｃ以上时却呈

现为无效。

２．２．３

Ｔ１０２４．７％，Ｆｅ２０３４．４％。Ａｇｒｅｌｌｔｍ等认为天然莫来石中Ｔｉ０２的固溶度为０．５％～２．２７％。

ＴｉＯ：在烧结矾土中起着三重作用［９１，一部分进入刚玉和莫来石晶格形成固溶体；一部分与Ａ１２０，反应生成Ａ１２０３．ＴｉＯ：或者与Ａ１２０３形成固溶体；一部分进入玻璃相降低粘度，后两个因素对高温机械性能不利。

Ｆｅ２０，大部分进入结晶相，其中部分进入玻璃相，部分与Ａ１２０。和ＴｉＯ：反应生成熔点较低的固溶体，促进烧结。Ｆｅ２０。对烧成温度的作用与烧成气氛密切相关，在氧化气氛中影响较小，且明显使烧结范围变窄。若在还原气氛中，由于ＦｅＯ的作用，出现较多的液相，能较显著地降低烧成温度【埘。

２．２．４

ＭｇＯ和锆英石的影响

在适当控制加入量的条件下，它们是有利于优化性

能的有益加入物。王克运【１１】的研究表明．ＭｇＯ于１０００℃开始与刚玉反应，１２００℃反应最快，１３００℃反应结束。当氧化镁加入过量时，会在液相影响下分解莫来石。继续加人

ＭｇＯ

３５％～４０％后，相组成变化为以下３个过程【１２１。（１）尖晶石部分取代刚玉和莫来石，直接结合程度

Ｔｉ０２和Ｆｅ２０３有所减弱，高温力学性能下降（ＭｇＯ加入量为１４％）。

（２）低熔点的假蓝宝石和堇青石形成并增长，使高熔点晶相之间的直接结合被破坏，高温力学性能严重恶化（ＭｇＯ４％～３５％）。

铝矾土中的Ｔｉ０２烧后大部分进入结晶相。Ｍ．Ｃａｌｄｗｅｌｌｔ珂等指出．富钛铝矾土中形成９２５ｍ０１％Ａ１２０３＂Ｔｉ０２和７．５ｍ０１％Ｆｅ２０，・Ａ１２０３。Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ［７１等的研究表明，莫来石中含有

（３）结晶相都是高熔点的，主要有镁铝尖晶石和镁橄榄石，也有一些方镁石，玻璃相很少。晶体问呈现良好的直接结合，高温力学性能显著提高（ＭｇＯ＞３５％）。

随着锆英石加入量的增加，烧结矾土的刚性模量，抗折强度和抗蠕变性能在中、低温都有所下降。加入锆英石最显著的效果是改善抗热震性，这与氧化锆结晶集合体周围出现明显的微裂纹有关呻】。

３

铝矾土在陶瓷产品中的利用情况

３．１利用铝矾土开发耐磨瓷球明

目前市场上的铝矾土瓷球根据铝含量可分为中铝瓷球和高铝瓷球，区别主要在氧化铝含量、比重和耐磨度上，成本也有差别。高铝瓷球的氧化铝含量高，一般在９０％以上，比重大、耐磨性好，相应价格也比中铝瓷球高。中铝瓷球氧化铝含量一般在７０％．８０％，比重和耐磨性稍差，但使用成本仅为高铝瓷球的５０％。７０％。纯氧化铝球的白度较高，而铝矾土瓷球由于原料中含有Ｆｅ、Ｔｉ等杂质，向度稍差。所谓白球由纯度较高的铝矾土原料制成，因而多用于化妆品、制药、食品、色料等行业：而灰球大多使用在对外来杂质不太苛刻的行业，如硅酸盐工业中的水泥熟料，陶瓷配料的研磨等【１５１。

生产瓷球用的铝矾土～般要经过１３８０％以上的温度煅烧，使７一Ａ１２０３转变成为Ｏｔ—Ａ１２０３，降低成品的收缩率，煅烧后熟料中Ａ１２０３的含量要求大于８９％，比重大于３．５，所以生产时应选择特级或一级铝矾土。可塑性原料采用铝含量高，可塑性强的优质高岭土。主要的熔剂原料是长石、方解石、滑石、工业ＢａＣＯ，等原料，以及少量的有机粘结剂。将原料按一定配比混合球磨后，经过过筛、除铁、压滤、粗练、陈腐、真空精练、成形、干燥、烧成等工艺后，可制得优质耐磨瓷球。其主要物理性能如表３所示。

耋３鳖蔓丝篮些筮竺

密度

硬度抗压强度吸水率耐酸碱度磨损率

ｇ］ｃｍ３

ＨＲＡ

ＭＰａ

％

％

ｇａｇ・ｈ

使用丰富的铝矾土资源可以生产出与使用氧化铝粉制出的耐磨瓷同等性能的产品，而且成本仅为使用氧化铝耐磨瓷的５０％～７０％。铝矾土瓷的价格比同级比重的氧化铝瓷低２０％～４０％，且效果完全一样。

３．２利用铝矾土制备钛酸铝陶瓷材料

选用优质的天然铝矾土，采取合理的配方和工艺，可以制备出优良性能且成本低的钛酸铝材料，其抗弯强度可达到３５ＭＰａ以上，热膨胀系数为０．８４ｘ１０－６／ｏＣ，体积密度ｉ＞３．０９／ｃｍ３，形成良好的显微结构是产生高性能的关键。实验证明，材料强度的提高，其热膨胀系数也相应增大．但是仍可保持优良的低膨胀性，铝钛摩尔比值大于１，可明显改善材料的机械性能，且对热膨胀系数影响不大。

研究表明，而这比值为１：０．９５左右较佳咿１９１。

３．３利用锫英石、铝矾土制备氧化锫增韧莫来石相陶瓷

用锆英石、铝矾土制备的ＺｒＯ：增韧莫来石陶瓷具有莫来石母相及ＺｒＯ：颗粒分散相．不仅机械强度高、韧性好，而且耐热冲击性也高。在１４５０。Ｃ之前，样品的致密化起主导作用，锆英石的分解比莫来石的形成要快。在１４５０。１５５０。Ｃ之间，锆英石的分解与莫来石的形成反应较为激烈。化学反应起主导作用。化学反应对致密化产生不利影响，要获得结构致密的锆莫来石材料，必须减小硅酸锆的粒径，且烧结温度必须大于１６００。Ｃ。锆英石与铝矾土的化学反应机制是氧化锆向硅酸锆扩散，促进了硅酸锆的分解，并且分解出氧化锆和非晶氧化硅，非晶氧化硅与氧化铝反应生成莫来石并向外扩散。通过非平衡反应获得了理想的相组成，主晶相为莫来石、氧化锆，少量玻璃相和剩余的微量氧化铝［２０ｌ。

３．４利用高铝矾土研制低温耐磨氧化铝瓷

焦作工学院马小娥等人【２ｔ１以高铝矾土为主要原料，在１５００。（３以下高铝矾土研制低温耐磨氧化铝瓷获得成功．并得出以下结论：晶体的形状、结构、发育的完好程度会直接影响到产品气孑Ｌ率、密度和磨损率，晶体发育良好的产品各种性能均呈现良好；控制烧成制度，保证合理的烧成湿度和烧成气氛，所获得的产品均匀致密。获得的该类高铝瓷，各种指标达到甚至超过国内同类产品指标，成本低。经济效益显著。

３．５以熟高铝矾土引入薄板

在国内已经有部分陶瓷企业成功开发薄板并已上市热销，如金意陶、蒙娜丽莎、新明珠等企业。而砖坯厚度的薄型化必须建立在保证砖的性能指标符合国家标准、不增加生产成本以及不改变现有生产工艺条件的基础上．尤其是砖的强度不能降低。可以这样说，砖的厚度减到

５０％，则砖的断裂模数就要提高１００％。早在２００６年陕西科技大学材料科学与工程学院武秀兰、任强以普通瓷质砖坯料配方作为基础配方引入熟铝矾土研制超薄瓷质砖。研究表明，在普通瓷质砖坯料配方的基础上通过调整

配方引入１８％的熟铝矾土，可“在１１９５～１２０５０Ｃ．保温１０。１５ｍｉｎ的烧成制度下”获得抗弯强度大于７０ＭＰａ、吸水率小于０．５％，满足超薄瓷质砖对坯体的性能要求。其原因在于引入熟铝矾土高弹性模量的刚玉晶相．使得坯体抗弯强度提高；适当的高温保温时间能够提高坯体的致密度，从而提高其抗弯强度，但保温时间过长，晶相含量降低，则抗弯强度就会有所下降㈤。盛中旗圜、党桂彬［ＨＩ、陈迪晴闭等人在超薄砖研究方面也做了相关实验。

此外还有采用发泡剂与添加造孑Ｌ剂相结合，以高铝矾土和高岭土为骨料，合成莫来石质多孔陶瓷．制得的多孑Ｌ陶瓷莫来石生成量高达９０％以上，其气孔分布均匀，孔径分布范围为１００。３００ｐ，ｍ：气孔率高达５２．３％（闭孔气孔率为３８．７％、开孔气孔率为１３．６％）；体积密度为０．９７３９／ｃｍ３；抗压强度为２５．１３１７ＭＰａ；导热系数为０．１４３Ｗ／（ｍ・Ｋ）的

多孔陶瓷闭。

次数

１

２

３

平均

化铝瓷和化学瓷。４．３样品性能的分析

在显微镜下观察三种样品的瓷化情况，可以看出铝矾土样品的瓷化较致密，但存在大量细微小孑Ｌ，其原因在于氧化铁促使氧化铝晶体晶格出现缺陷，晶格缺陷对冷热冲击有较好的缓冲作用。由此可得出相似结论：铝矾土的冷热冲击性能较之其他两种（化学瓷、９５％氧化铝瓷）优越许多。

５

煅烧高岭土、氧化铝粉（过３２５目筛）、熟

铝矾土热塑性变形比较

４

铝矾土瓷、化学瓷、９５％氧化铝瓷产品性

５．１化学成分比较

本试验用的瓷质砖坯体配方见表６，煅烧高岭土、氧化铝和铝矾土成份分析见表７。

能比较［２７３

４．１硬度

将铝矾土瓷、化学瓷、９５％氧化铝瓷三种样品进行了产品硬度对比试验，试验条件参数如表４。

由表４可见．在相同烧成温度下铝矾土样品的硬度比化学瓷高，但比起含铝量９５％的瓷硬度低，可以保证其硬度要求。４．２热稳定性

对三种样品进行急冷急热试验．试验步骤如下：Ａ、将三种试样置于室温下５ｒａｉｎ；

５．２高温热塑性变形试验方法

高温下瓷质砖坯体的热塑性变形是瓷质砖极为重要的工艺性能指标。试验用的装置及变形测量方法如图１所示．在耐火垫板上平行放置两根等直径的废旧辊棒，用耐火泥等把废旧辊棒固定住，以免在辊道窑中烧成时移位。把成形好的坯体悬架在两根辊棒上入窑烧成，再测其烧后变形值。在各次试验中要注意两根废旧辊棒之间的中心距离要保持一致，以保证数据的准确性闭。５．３高温抗荷性试验结果比较

通过在现有配方中分别加入煅烧高岭土、氧化铝和熟铝矾土．调整坯体中的硅铝比例一致，并在等同烧成条件下进行热塑性变形试验，发现铝矾土的热塑性变形优于煅烧高岭土、氧化铝。

Ｂ粥上述试样立即放入１０５－１ｌ∞Ｃ的烘箱内，并保温２０ｍｉｎ；

Ｃ、将试样从烘箱中取出，立即沿水流方向垂直地浸没于常温水中，静置５ｍｉｎ；

Ｄ、试样浸水５ｍｉｎ后取出擦干水．涂蓝色墨水观察表面是否有裂纹。如无裂纹则反复进行以上操作１０次，并记录试验次数，然后立即放入１０５～１１０。Ｃ的烘箱内，重复上述试验三组，并记录试验结果；

经过试验．得出试验结果见表５。

由表５可以看出，铝矾土瓷的热稳定性高于９５％氧

６

结论

（１）我国拥有非常丰富的铝矾土资源，其铝含量较

表４硬度测试试验参数

盍鱼塑查鳖亟篮堡签醒直

成分含量（％）

Ｓｉ０２６８．９６

Ａ１２０３１７．７９

Ｆｅ２０３０．９８

Ｔｉ０２０．２３

ＣａＯ０．４１

ＭｇＯ１．１３

Ｋ：Ｏ２．７３

Ｎａ如

２．６２

Ｉ．Ｌ４．８０

总量

９９．６５

壹２丝堂盛丛坌堑

含量（％）

项目

Ｓｉ０２

Ａ１２０３

总量

Ｆｅ２０３

Ｔｉ０２

ＣａＯ

ＭｇＯ

Ｋ２０

Ｎａ２０

Ｉ．Ｌ

耐火垫板

坯体中氧化铝的含量，以提高坯体的高温抗荷性。铝矾土陶瓷材料既有一定的强度和耐磨性，又有很好的热稳定性，具有广阔的应用前景和使用价值，特别是在陶瓷瓷砖生产中有很大的使用价值。

窑

参考文献

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高可以引入到陶瓷中提丹陶瓷坯体中铝的含量．提升陶瓷产品内在质量：

（２）铝矾土含有结构水若直接加入陶瓷配方中会导致坯体收缩、烧失增大，不利于生产，所以必须在使用之前进行煅烧，去除结晶水，以稳定铝矾土晶体结构；

（３）铝矾土组成的不同特别是氧化铝和氧化硅比例差异．就会导致不同级别的铝矾土原料最佳烧结温度也不同，为此在煅烧之前必须对高铝矾土进行分级，拣选，分别煅烧：

（４）碱金属氧化物、氧化钙、氧化钛、氧化铁、氧化镁以及锆英石对煅烧工艺有很大影响；

（５）现阶段铝矾土在陶瓷中的应用还处于特种陶瓷和功能性陶瓷的使用上，可以在建筑陶瓷坯体中引入一定量的熟铝矾土，调整坯体中铝含量；

在陶瓷坯料中添加一定量的铝矾土。以提高坯料中氧化铝的含量。对陶瓷产品的性能有很大的影响。主要表现在强度、韧性、高温变形等方面，为此我们可充分利用铝矾土的这些优良的性能，用于陶瓷薄板的开发中，提高

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ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＢａｕｘｉｔｅＭｉｎｅｒａｌｉｎＣｅｒａｍｉｃＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎ

ＺＨＡＮＧＧｕｏｔａｏ，ＫＥ

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５２８０３１）

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ｒｅｓｏｕｒｃｅ

ｉｎＣｈｉｎａ．Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｈｉｇｈｅｒａｌｕｍｉｎａｃｏｎｔｅｎｔ，ｂａｕｘｉｔｅｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｗｉｄｅｌｙｉｎｓｍｅｌｔｉｎｇ

ａｌｕｍｉｎｉｕｍａｎｄｒｅｆｒａｃｔｏｒｙｍａｔｅｒｉａｌｆｉｅｌｄｓ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ａｌｕｍｉｎｉｕｍｗａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｎｔｈｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌｃｅｒａｍｉｃ．Ｂａｕｘｉｔｅｗａｓｕｓｅｄｉｎｃｅｒａｍｉｃｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｗｈｉｃｈ

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铝矾土在陶瓷生产中的应用

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张国涛， 柯善军， ZHANG Guotao， KE Shanjun广东金意陶陶瓷有限公司,佛山,528031佛山陶瓷

Foshan Ceramics2013,23(1)

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3. 赵杰;胡晓力;尹虹 我国高铝矾土资源及在硅酸盐工业中的应用[期刊论文]-陶瓷 2002(162)4. 钟香崇 矾土基耐火材料的研究与发展 1997(31)

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11. 王克运;孙庚辰 MgO加入物对烧结矾土,(DK型)显微结构和高温力学性能的影响 1986(04)12. 钟香崇 我国耐火材料的发展 1997

13. 黄文生;孙庚辰 锆莫来石材料的反应烧结机理和显微结构特征 1993(05)

14. 王庆云 铝矾土压制成型制备氧化铝瓷[期刊论文]-中国非金属矿工业导刊 2004(z1)15. 曹南萍 以铝矾土为原料开发耐磨瓷介 1999(01)16. 丁永辉 耐磨瓷球的研制 1998(05)17. 周健儿 钛酸铝陶瓷研究及发展 1995(04)

18. 周健儿;江伟辉 烧成工艺对钛酸铝钛酸铝稳定性影响的研究 1996(03)19. 周健儿 利用铝矾土制备钛酸铝的研究 1997(04)

20. 徐国强 以锆英石-铝矾土制备ZrO2增韧莫来石陶瓷 1995(01)

21. 马小娥 利用高铝矾土研制低温耐磨氧化铝瓷[期刊论文]-陶瓷 2004(03)22. 武秀兰 熟铝矾土在超薄瓷质砖中的应用研究[期刊论文]-中国陶瓷 2006(10)23. 盛中旗 高强度超薄外墙瓷质砖的研制 2003(06)

24. 党桂彬;罗欣明;吴崇隽 超薄陶瓷墙地砖的制造[期刊论文]-佛山陶瓷 2003(05)25. 陈迪晴 挤压成型大规格陶瓷薄板的生产工艺 2008(04)

26. 况慧芸;孙国梁 矾土基合成莫来石质多空陶瓷的研制[期刊论文]-中国陶瓷工业 2010(06)27. 刘国琴 铝矾土陶瓷材料的试制 1997(91)28. 蔡飞虎;冯国娟 陶瓷墙地砖生产技术 2011

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