（冶金工程专业论文）αAllt2gtOlt3gt煅烧工艺的研究.pdf

硕士学位论文 摘要 摘要 本文详细研究了煅烧a a 1 2 0 3 所使用的原料、矿化剂、煅烧温度、 停留时间等因素对煅烧a a 1 2 0 3 理化性能的影响，并在此基础上研究 开发了以回转窑为主体生产设备，采用氢氧化铝在1 4 5 0 3 2 直接煅烧生 产煅烧a a 1 2 0 3 的生产工艺。该煅烧工艺主要基于在生产过程中通过 选择生产原料、矿化剂以及控制生产工艺条件，可以选择性的生产原 晶粒度小、烧结活性好( 原晶粒度 1 5 肛m ) 和原晶粒度较大、结晶完善， 吸水率低的煅烧氧化铝产品，完全可以满足市场用量最大的陶瓷行业 和耐火材料行业对煅烧a - a l ：o a 的差别化需求。该煅烧工艺简单、实 用，大幅度降低了煅烧a a 1 2 0 3 的生产成本，适宜大规模化工业化生 产。 本研究成果应用于生产效果显著，中铝山东分公司煅烧q - a 1 2 0 3 的产销量从2 0 0 1 年的0 2 万吨扩大到2 0 0 5 年的5 3 万吨，迅速发展 为国内最大的煅烧d a 1 2 0 3 生产商；经济效益亦十分可观，2 0 0 5 年 创利已达4 0 0 0 万元，预计2 0 0 6 年创利可达9 0 0 0 万元年。 关键词煅烧o a 1 2 0 3 ，晶粒度，压实密度，微晶活性a 灿2 0 3 微粉 硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ec a l c i n e dt e c h n o l o g yo fa l p h aa l u m i n aw a ss t u d i e di nt h i sw o r k t h ee f f e c to fr a wm a t e r i a lo fa l p h aa l u m i n a , m i n e r a l i z e r , c a l c i n i n g t e m p e r a t u r e ，c a l c i n i n gt i m ea n do t h e rf a c t o r s0 1 1p h y s i c a la n dc h e m i c a l c h a r a c t e ro fa l p h aa l u m i n aw e r ec o m p r e h e n s i v e l yi n t r o d u c e d o nt h i s b a s i s t h ed e c h n i c sw a sd e v e l o p e di nw h i c hk l i lw a su s e da sm a i n e q u i p m e n ta n dc a l c i n ea l u m i n u mh y d r o x i d ea sr a wm a t e r i a lw a s c a l c i n e di n1 4 5 0 b yc h o o s i n g r a w m a t e r i a l ，c o m p l e x m i n e r a l i z e ra n dc o n t r o l m a n u f a c t u r i n gt e c h n i q u e ，t h i sc a l c i n i n gt e c h n o l o g yc a np r o d u c es m a l l c r y s t a ls i z e ( a i e , n h , f ；对脱钠方面，烧结温度越高 于有利于脱钠，而随着烧结温度的不同，脱钠效果也发生一定的变化。在1 1 0 0 烧结时，脱钠效果大小为：n i c i h , b o , n h , f h l f 3 ，在1 3 0 0 ( 2 烧结时，脱钠 效果大小为：n i l c i h 3 b 如 a l f 3 n - h f ，在1 4 0 0 烧结时，脱钠效果为n h 4 c 1 h b 也 n h f h l f 3 ；另外，矿化剂对煅烧a - a l 舢烧结料的松散度的影响也不同，添加 n h c l 、a i f , 、n i i f 的烧结松散度相近，都较为松散，而添加h , b 0 3 的烧结料几乎成 块状，导致后续粉碎工序困难。相同温度下，矿化剂对松散度的影响度为：n 儿f a 1 f 3 n i t c i 邮嘎( 表示相差很大) 1 6 煅烧a - h 0 3 的粉磨加工 作为煅烧a - h o 渤料，其粒度通常在0 1 5 0 pm 之间，一般说来，粉料的 粒度越细，则其加工性能越好。当然，粉料越细，加工量越大，磨料掺杂的可能 性越大，加工付出的代价就越高。因而从经济角度考虑，粉料应有一个合理的粒 度，应从整个工艺过程及最终产品的性能做出全面的考虑。煅烧q h l z o a 的粉磨 加工是一种能量的转换过程，即粉磨机械的动能或所做的机械功，通过与粉料之 间的碰撞、碾压、摩擦，将粉料砸碎、破裂或磨击棱角等，使粉料的比表面积增 大，因而表面自由能增加o ”。 煅烧- a l 她的粒度是由煅烧时所用原料的粒度决定的。从拜耳法氧化铝的 生产工艺过程可知，氧化铝的粒度大小在氢氧化铝沉淀阶段就已决定，即煅烧氢 氧化铝时只是把化学水排除，使a 1 2 0 3 转化成a 吐1 2 0 3 并发育长大，但是形成的o - a l 籼成团聚状，团聚体尺寸与原氢氧化铝的尺寸一样因此，用拜耳法生产煅 烧氢氧化铝时在分解工序中应该控制氢氧化铝的粒径而得到标准粒径( 5 5 6 0 l l m ) ，粗粒( 9 0 1 0 0 l i m ) 和部分细粒( 2 1 0 l l m ) 的产品。 要得到d 以1 如微粉，需将q 咄l 籼团聚体磨细，使a _ a 1 2 0 3 结晶体互相分离。 陶瓷和耐火材料行业用的煅烧o _ a 1 籼大多采用干法粉磨，研磨介质通常为9 0 9 6 9 5 的氧化铝瓷球，研磨方式有球磨、振动磨、气流磨和砂磨等，其中以球磨和 气流磨较为普遍。 球磨是通过球磨机来完成的。它是一种内装一定磨球的旋转筒体，简体旋转 带动磨球旋转，靠离心力和摩擦作用，将磨球带至一定高度，当离心力小于其自 身重量时，磨球下落撞击下部的磨球或筒壁，而介于之问的粉料，便受到撞击或 研磨。球磨方式的工作时间长、间歇式操作、电耗量大、研磨效率低，但其设备 简单，混合均匀，粉磨后离子形状较好是其优点所在。球磨煅烧- a l 籼的细度 7 硕士学位论文第一章综述 极限通常为ii lm ，个别情况也可小于ii lm 。气流磨又 叫喷射磨或能流磨，是一种较为成熟的超细粉碎设备。它利用高速气流( 3 0 0 5 0 0 m s ) 或过热蒸汽( 3 0 0 4 0 0 ) 的能量使颗粒相互产生冲击、碰撞和摩擦， 从而导致固体物质粉碎。该设备的粉磨极限一般可达到il lm 左右的产品，此外， 气流粉碎的产品还具有粒度分布较窄、颗粒表面光滑、颗粒形状规则、纯度高、 活性大、分散性好等优点。 如果用工业氧化铝作原料煅烧，必须经过适当的温度预烧过程。y a 1 2 0 3 和未经转化的中间产物，由于煅烧过程中产生很大的体积变化，及受原料粒度限 制，往往只能得到一种7 0 | lm 左右的产品。它在很大程度上决定着制品工艺中物 料的研磨效率及产品使用性能。试验证明，经1 4 0 0 - 1 5 0 0 煅烧比未经煅烧的工 业氧化铝还易于粉碎，这是因为构成球状颗粒的氧化铝微粒( 卜3 | lm ) ，在煅 烧温度下，结晶发育长大而明显变脆，煅烧温度越高，物料的可粉碎性越低，如： 1 7 5 0 煅烧的物料，要想磨细到大多数颗粒尺寸为2 - 3i im 时，就必须破坏a a l ：0 3 的单晶体，因为球粒中小于l | if l l 的单晶体己长大到5 7l li l l 。对于1 4 5 0 1 5 5 0 下煅烧的工业氧化铝，为使颗粒半径小于2i tm 的含量达到8 6 8 8 ，在振动磨 中干磨1 4 , 时已足够，1 7 5 0 下煅烧的工业氧化铝，干磨1 0 1 1h ，半径小于2 pm 的颗粒仅占5 7 ，1 4 5 0 1 5 5 0 下煅烧的工业氧化铝，磨碎后，多呈规则的等 轴状，且有平滑边界，而在更高温度下煅烧后，磨细的颗粒成长片状，边缘有齿 状1 ”。 1 7 国内外研究现状 1 7 1 国内概述及本研究的意义 a 舢2 0 3 是氧化铝的稳定形态，是工业氧化铝或氢氧化铝经过高温煅烧获得 的产品，通常称为煅烧氧化铝。a - a 1 2 0 3 具有真比重大、莫氏硬度高、耐磨性好、 导热性好、绝缘性能好、抗酸碱性好等特点，且不含y - a 1 2 0 3 从而在制品中不产 生y a 1 2 0 3 一o - a 1 2 0 3 的相变而引起得密度变化，因而是氧化铝基耐火材料和氧 化铝陶瓷工业应用十分广泛的基础原料。几年来，随着工业技术的高速发展和技 术进步，国内氧化铝含量高于9 0 的氧化铝陶瓷材料和氧化铝基耐火材料以及高 档硅酸铝纤维的生产技术日趋成熟，煅烧a a 1 2 0 3 的应用领域也越来越宽广，其 用量也越来越大。特别是随着质地优良、价格低廉的氧化铝含量9 0 9 2 的氧化 铝研磨球的开发和大规模工业化生产，国内对煅烧o - - a t 2 0 3 的需求量越来越大。 据不完全统计，2 0 0 1 年国内氧化铝研磨球的产能不超过8 0 0 0 吨，煅烧n - - a 1 2 0 3 的需求量7 0 0 0 吨左右，至2 0 0 5 年国内氧化铝研磨球的产能超过4 万吨，仅生产氧 8 硕士学位论文第一章综述 化铝研磨球所需煅烧a a 1 籼达3 6 万吨，预计2 0 0 5 年国内煅烧氧化铝的需求量 在1 0 万吨以上，在未来几年内煅烧d a 1 2 0 3 的需求量仍将有较大的增长。 由于氧化铝基耐火材料和氧化铝陶瓷应用领域非常广泛，这些领域对产品的 性能要求千差万别，而且随着氧化铝基耐火材料和氧化铝陶瓷配方及生产工艺的 变化，他们对煅烧a - - a 1 2 0 3 的理化性能要求也不尽相同。比如：氧化铝研磨球主 要的主要技术指标为氧化铝球的体积密度和磨耗。因此用于氧化铝研磨球要求煅 烧q - - a l ：0 3 的原晶粒度小、烧结活性好。耐火材料用煅烧a a 1 2 0 3 则要求产品的 原晶粒度较大，结晶完善，晶体形态为圆形或近圆形，从而产品吸水率低，有利 于提高耐火浇注料的体积密度、强度等指标。 在国内，具有一定生产规模的煅烧a a l ：如的生产商有中国铝业山东分公 司，长城铝业公司水泥厂、河南济源鑫源铝业公司，开封特耐股份有限公司、淄 博澳鹏工贸公司等。其中长城铝业公司水泥厂、河南济源鑫源铝业公司的工艺特 点是在回转窑内以硼酸为矿化剂，将y a 1 2 0 3 经1 4 5 0 1 5 0 0 煅烧而转相成为a a 1 2 0 3 ，用这种方法的缺点是在转相时使用硼酸且转相温度过高，导致煅烧 d - - a 1 , 0 。晶粒显著长大，平均晶粒5 8i lm ，产品烧结活性差。淄博澳鹏工贸公司 在隧道窑内将y - a 1 2 0 3 经1 4 5 0 1 5 0 0 c 煅烧而转相成为d - a 1 2 0 3 ，开封特耐股份有 限公司在隧道窑内将y - a 1 2 0 3 经1 2 0 0 1 2 左右煅烧而转相成为d - 舢2 0 3 ，用这种方 法的缺点是生产成本高，人工劳动强度大，难以形成大规模化生产。由于上述公 司的产品性能和产品价格的原因，无法满足国内氧化铝研磨球行业的需求，因此 该行业不得不进口印度铝业股份有限公司的煅烧氧化铝。 中国铝业山东分公司2 0 0 2 年底建成年产5 万吨回转窑高温氧化铝生产线，其 煅烧氧化铝的生产工艺技术尚不成熟，产品的产量、质量也与市场的需求有一定 的差距，因此，研究如何能以回转窑为主体生产设备，在生产过程中通过选择生 产原料和控制生产工艺条件，准确控制煅烧氧化铝的理化性能，满足市场用量最 大的陶瓷行业和耐火材料行业对煅烧a 削2 0 3 的差别化需求，实现煅烧氧化铝供 给的完全国产化，同时既能大幅度降低生产成本又能实现大规模工业化生产的煅 烧氧化铝煅烧工艺是本课题研究的主要内容，无论对中铝山东分公司的经济效益 还是对实现国内耐火材料、陶瓷行业用煅烧氧化铝原料的国产化都具有非常重要 的意义。 1 7 2 中国煅烧a _ a i2 0 3 科研、生产情况概述 山东铝业公司是国内最早的高温氧化铝研制与生产单位。自上世纪六十年代 末成功地生产第一批耐火材料用高温氧化铝以来，已经有近四十年的历史了，真 正意义的研发和生产工作始于2 0 0 0 年，山东铝业公司对煅烧d _ a 1 2 0 3 的市场和现 9 硕士学位论文第一章综述 状进行了充分的调研论证、研制与生产利用以回转窑为主体的生产设备，先后 成功地研制生产出普通耐火材料用高温氧化铝、活性耐火材料用高温氧化铝、具 有双峰( 多峰) 粒度分布的耐火材料用高温氧化铝微粉、普通陶瓷用高温氧化铝、 火花塞用高温氧化铝、陶瓷基片用高温氧化铝、普通磨料用高温氧化铝等多种产 品。高温氧化铝产品逐步达到了系列化和专用化，产品质量稳步提高，产销量由 2 0 0 1 年的3 0 0 0 t y 稳步增长至2 0 0 5 年的5 万t y ，成为国内最大的高温氧化铝研发 生产基地。 本研究就市场用量较大的陶瓷行业用煅烧o - a i ：0 3 和耐火材料行业用煅烧 q - a 1 ：0 3 为试验对象，结合我公司的生产实际情况，对试验样品和生产产品的制 备、性能检测及市场应用等方面进行论述。特别是为满足陶瓷行业的要求，本 研究对氧化铝瓷球的生产工艺过程进行了系统的了解与研究，结果发现氧化铝瓷 球用的a - a i 。0 3 不仅要求n a 2 0 比较低，a 相比较高，同时要求产品的原晶粒度小、 烧结活性好，因此充分利用氢氧化铝原料优势和回转窑高温快烧的优势，成功 地研制出低钠微晶的煅烧n - a 1 。0 3 ，满足了用户要求；而耐火材料用煅烧a - a i ：0 3 则要求产品的原晶粒度较大，结晶完善，晶体形态为圆形或近圆形，从而产品吸 水率低，有利于提高耐火浇注料的体积密度、强度等指标，对此类产品本研究主 要采取了高温慢烧，提高煅烧温度，较少下料量，增加物料在窑里的停留时间， 促使晶体发育长大，晶体结晶相对完善，实现了产品的系列化与专用化。 1 7 3 与国际先进水平的对比 中铝山东分公司是中国第一个氧化铝厂，这既是一种荣耀，但同时也意味 着生产工艺落后，产品成本居高不下，中铝集团和山东分公司的领导也准确地把 山东铝业公司定位在大力发展化学品氧化铝上，而煅烧q - i ：0 3 作为化学品氧化 铝的主要产品之一，当属大力发展之列，产品质量应达到国内先进水平，努力缩 小与美国铝业公司、日本住友公司、昭和电工等国际一流公司的差距，现在与他 们相比主要有以下差距： ( 1 ) 装备水平差，到目前为止我公司的高温氧化铝煅烧因产能太大，且烧 成温度波动大，窑温控制水平低，物料在烧成带停留时间短，高温氧化铝存在较 大缺陷，难以生产高质量产品。同时整个生产线的t l 动化程度低，控制水平差， 中间过程污染源多，产品纯度低；中间过程跑、冒、滴、漏严重，导致产品消耗 高。 ( 2 ) 产品技术含量低，产品分类细化不够，以单调的一种或几种产品去投 放市场，无法满足用户要求n 町。 ( 3 ) 应用研究技术不到位，无法准确的模拟用户的使用情况进行检测，准 1 0 硕士学位论文第一章综述 确地了解用户的使用情况，从而指导生产，进一步提高产品质量。 ( 4 ) 山东分公司产品与安迈铝业产品对比结果如下： 乱因煅烧a - a 1 ：仉应用领域广，产品品种多，安迈铝业产品种类有5 1 种，绝 大多数产品均是根据不同行业的不同要求生产的专用煅烧a - a i ：如；而山东分公 司至今只有8 1 0 个品种，以相同的产品在不同行业中应用，效果当然较差。 就高温原粉来讲，安迈铝业共有2 2 个牌号，n a d 晗量从0 0 3 0 4 9 6 各档次 都有，原晶粒度从0 1 2 0l lm 都有，这足以说明其产品种类齐全，充分满足各行 各业要求。安迈铝业所用原材料多种多样，煅烧温度从1 2 0 0 一直n t 7 0 0 都有， 我公司现有高温原粉产品只有4 种，几乎无法与安迈铝业公司产品相比。其对策 应该是在改造煅烧窑、建设隧道窑之后，加强工艺管理，严格操作，开发多品种、 系列化、专用化产品，提高产品档次，提高产品质量稳定性。 就高温细粉和微粉来讲，安迈铝业共有2 9 个牌号，中位径从0 1 1 7l lm 都有， 粒度分布既有分布很窄的正态分布如p r e m a l o x ，中位径只有0 1 0 3i ii n ，该产 品属低钠微晶高温氧化铝，主要用于生产高档陶瓷制品；也有双峰和多峰的分布 如c l 3 7 0 c ，主要用于生产耐火制品和耐火浇注料；还有具有高硬度、高切削力的 c t g a ，主要用于催化剂载体和磨料磨具行业。 而我公司微粉产品只有4 5 种，其中只有最新研制的耐火材料专用高温氧化 铝微粉与安迈铝业的c l 3 7 0 c 相接近，在化学纯度和应用性能方面还稍有差距，其 对策就是建设新的粉磨生产线，优选多种粉磨机械，优化粉磨工艺，采用多种磨 机组合工艺，生产多种中位径和粒度分布的微粉 b 安迈铝业产品外观颜色为纯白色，白度大于9 3 ；山东分公司产品稳定性 差，外观颜色变化也较大。从化学成分看，安迈铝业的产品分类严格，且有纯度 高的产品，如s a , ：o o 0 3 、f e 籼 9 9 9 5 微粉置于刚玉坩 埚中，于1 4 5 0 1 0 煅烧4 h ，视为含a a 1 2 0 3 1 0 0 ) 及待测试样研磨至1 0 l lm 以下；将铝制样品板的抛光面扣在一个光滑的玻璃板上，将研磨好的粉末 样品用小角匙加入样品板的矩形孔中，用一小块平板玻璃在上面摊平压实，要求 测量面平整光滑，其松紧程度使样品板竖起不塌为宜；将x 射线衍射仪调至最 佳工作状态；在相同的x 射线衍射条件( 扫描速度20o 2 5 。m i n ，取样点间隔 2o0 0 0 2 。) 下分别对参比样品及待测试样d - - a 1 2 0 3 ( 0 1 2 ) 、( 1 1 6 ) 晶面衍射线 连续扫描计数，并求出两个晶面的衍射积分强度【在c u k * 辐射下，推荐使用积分 范围为：( 0 1 2 ) 晶面2 4 8 2 6 2 。，( 1 1 6 ) 晶面5 6 6 5 8 3 。】。 定量分析结果计算( 分析结果报出精确到小数点第一位) 待测试样中a a 1 2 0 3 的重量百分数为； 一刚= 陪+ 等陟1 o o ( 2 1 ) i ( 0 1 2 ) , i m o - - 被测样品a - - a 1 2 0 3 ( 0 1 2 ) 、( 1 1 6 ) 晶面衍射线的积分强度 i ( o m s , i m 6 ) s - - 参比样品d - - a 1 2 0 3 ( 0 1 2 ) 、( 1 1 6 ) 晶面衍射线的积分强度。 2 2 2 原晶粒度的检测 氢氧化铝和氧化铝均为细晶粒的聚集体，在加热、煅烧过程中，氢氧化铝首 先脱水变为氧化铝，然后和氧化铝一样经重结晶、相变，经多种过渡晶型最终转 变成晶型的氧化铝。重结晶后的d - a 1 2 0 3 颗粒仍是一个多晶粒的聚集体，每个 晶粒之间的结合力较弱，可以采用研磨的方式将其粉碎，当研磨到每个晶粒呈分 散的单晶颗粒时，继续粉磨效果迅速交差，这时把单晶颗粒的粒度大小定义为原 晶粒度。 原晶粒度的检测方法“”：样品制取：在4 0 0 0 m l 的刚玉磨中，固定球、料的质 量比为5 ：l ，每隔1 h 取样进行粒度分析，直至粒度结果不再变化，即为产品的原 晶粒度值。 检测：检测设备使用：美国布鲁克海文公司b i - x d c 粒度分析仪。称取3 9 样品 放入1 0 0 n d 烧坏中，用注射器注入3 0 m lo 1 的六偏磷酸钠水溶液，超声分散 5 m i n ；移出x - 光探头部分；用注射器往转盘中注入1 0 m 1 分散剂；关好连锁门， 接通x 光电源，预热至信号稳定( 通常2 0 m i n ) ：输入样品，分散剂参数，设定测 硕士学位论文第二章实验装置与测试方法 量程序，检测结束，打印结果。 2 2 3 吸水率的检测 a - a h ( h 微粉吸水率采用铝酸钙水泥吸水率的检测方法进行町 准确称量微粉4 0 0 9 ，加入净浆搅拌机，边慢搅边加水，加入l o o m l 后打到 快搅档，通过目测料浆到一定稠度时，搅拌停止，将料浆倒入锥形槽，快速达到 内实上平，将锥形槽放入水泥稠凝测定仪，调节锥尖至锥形槽料浆面，调节锥杆 至零点，快速放下锥体，读出锥体下落高度。当锥体下落高度在2 6 3 0 之间时， 此时加水量1 4 的百分数即为q - 1 ：o 。微粉吸水率，如果锥体下落高度在低于2 6 或者大于3 0 ，需从称料开始重新做起，直到下落高度满足要求为止。 2 2 4 压实密度的测定 将o - a 1 ：0 s 粉、粘土、钙粉按一定比例配料，称量l k g ，不同级配的氧化铝 瓷球4 k g ，将瓷球和料加入刚玉制球磨机，再加入一定量的水和乙二醇，粉磨一 定时间，当料浆物料粒度达到1 3 | im 时为止。料浆在1 1 0 ( 2 烘干4 h ，碾压后过 筛，称取筛下料l o g 装入模具中，用实验压片机在一定压力下压制成型，取出后 称重，测量体积计算而得素坯密度，即为a - a 1 。魄粉的压实密度“”。 2 2 5 真比重的测定 煅烧a - a 1 ：0 3 的真比重也是反应产品煅烧质量、用户要求的重要指标之一， 真比重的测定我们采用u l p r a p y c n o m e r t 职1 0 0 0 真密度仪调试。真比重的检测是 利用了理想气体公式即p v = n r t ，将样品加入仪器后，同气至压力达到1 7p a ，然 后与标准容器连同，记录气体压力平衡后的数值，从而求得样品的真实体积，即 可计算出真比重值。 2 2 5 1 测量条件 需要设定的测量条件主要有五项：气体压力、平衡时间、吹扫方式、吹扫时 间、测量精度要求。 气体压力：仪器原理应用了理想气体方程，整个体系符合理想气体方程是关 键。理想气体是指气体分子本身所占体积较小，远远小于容器体积，分子之间作 用力几乎没有。所以气体压力不易过大。厂家规定压力不可超过2 0 p s i ，一般 应用1 7 p s i 。如果过小，在吹扫过程中，测量系统内的空气无法比较干净的排 出。 平衡时间的选择：不同的测量体系( 样品不同) ，平衡时间不一，所以选择 自动。即仪器连续对压力进行测量，压力稳定时读数。 1 4 硕士学位论文 第二章实验装置与测试方法 吹扫方式：对于粉体样品，采用“f l o w ”方式，从而防止样品吹出，即可 防止样品污染设备，又可减小测量误差，现对1 。、矿、3 。、4 4 号样品进行测试， 结果见表2 1 。 表2 - 1 吹扫时问对真比重检测结果的影响 注r 、3 0 、4 4 放入烘箱中，在1 2 0 下烘1 h ，1 0 直接测量。 从上表2 1 可以看出： ( 1 ) 样品经过预处理后，需吹扫的时间短。 ( 2 ) 一段时间内测量结果随吹扫时间增加而减小，到一定时间测量结果稳定。 ( 3 ) 2 0 - 2 5 m i n 是比较合适的吹扫时间。 测量精度要求：精度设定越高，测量时间越长。偏差选择0 0 5 ，测量次数 5 ，取连续3 次测量偏差小于0 0 5 数据的平均比较合适。 2 2 5 2 重现性实验 重现性实验主要对同一份样品进行反复测量，看其结果的稳定性测量条件 是：校准温度3 0 0 2 - 3 0 0 5 k ，此时v a = 8 0 7 3 6 9 p av c = 5 9 8 9 9 3 p a ，v a 为标准容 器体积，v c 为测量仪器体积。反复测量5 次( 取三次) ，偏差0 0 5 ，吹扫方式 “n d w ”，气体压力1 7 p s i 有表2 - 2 可以看该仪器的检测结果稳定性良好，能够满足生产需要。 硕士学位论文第二章实验装置与测试方法 表2 - 2 温度与吹扫时间对真比重测定结果的影响 序号 仪器温度 真比号1 真比重2 3 k g e m jg e m 3 12 9 9 73 9 6 5 93 9 6 4 4 22 9 8 43 9 6 5 83 9 6 5 8 3 2 9 8 3 3 9 5 8 53 9 5 7 7 4 2 5 83 9 7 3 23 9 7 4 6 52 7 33 9 6 4 2 3 9 6 5 9 62 7 63 9 6 1 43 9 6 1 5 72 7 93 9 5 7 23 9 5 7 0 82 4 93 9 6 1 43 9 6 1 8 92 6 33 9 5 7 9 3 9 5 7 4 1 02 6 93 9 6 7 33 9 6 6 9 l l 2 7 53 9 6 0 23 9 5 9 8 1 22 8 2 3 9 6 9 83 9 6 4 7 平均 3 9 6 3 6 3 9 6 3l 注：真比重1 ：样品吹扫时间为吹2 0 m i n 真比重2 ：样品吹扫时间为吹2 5 m i n 2 2 5 3 生产样品的检测 试样预先在1 0 5 5 c 烘箱内干燥2 h ，然后存放在于燥器内，冷却至室温 待测。开启真密度测定仪电源开关，打开氮气瓶，调节减压阀压力在0 1 4 0 1 5 m p a ，仪器预热2 0 3 0 m i n 。将试料加入到样品池中，装入量占样品池体积 的7 0 8 0 ，然后轻轻振荡样品池，于电子天平上称出其质量。拧紧样品池盖， 按( 1 ) r u n 出现c h o o s ec e l ls i z e ，选择样品管尺寸( m e d i u m ) ，依次输入样品质 量、编号、运行模式( h l u l t ir u n ) 、测量次数( 3 ) 、相对偏差( 0 0 5 ) 、净化模 式( f l o w ) 、净化时间( 煅烧2 0 r a i n 、细料3 0 r a i n ) ，按e n t e r 进行分析。待样品 分析结束后，按u p 和r e v 键查看分析结果。 1 6 硕士学位论文第三章煅烧a - a 1 2 0 3 的试验研究 第三章煅烧q - a i 。0 。的试验研究 在第一章中对煅烧o _ a l 籼的生产窑型做过简单描述，所述三种窑型由于其 结构，工作原理、工艺条件控制、烧成气氛的不同，产品的特性、内在质量、应 用性能、领域也有较大分别。回转窑的生产工艺以产量高、成本低、辅材消耗小 的特点，产品占据煅烧a - 1 。嘎市场的主导地位，但由于对回转窑系统自动化程 度、操作人员的素质等要求较高，在出现设备事故、入窑原料、燃料出现波动时， 产品质量也相应出现偏差 煅烧a - a l 舢生产工艺过程中各参数的控制直接影响到产品的最终质量，因 而针对我公司利用回转窑生产煅烧a _ a 1 2 0 3 的生产实际及控制参数对产品指标的 影响进行阐述 3 1 公司利用回转窑生产煅烧q - a 1 2 0 。的早期实践回顾 3 1 1 利用4 工业氧化铝煅烧窑生产煅烧q - a i2 0 。的工艺流程图 早在上世纪六十年代初，公司氧化铝厂的工程技术人员就开始讨论利用l 。 和4 - r 业氧化铝煅烧窑进行煅烧q a 1 舢生产的可行性论证，后经数十次生产实 践，生产的煅烧r l _ a 1 如产品指标未获得突破。原有的工艺流程见图4 - l 。 1 7 硕士学位论文第三章煅烧n a 1 2 0 3 的试验研究 矿丁匕剂：喜； 窑尾牛道f 3 1 2 氢氧化铝在煅烧过程中的变化 湿的氢氧化铝在煅烧过程中，要经过烘干，脱除结晶水、晶相转变三个过程。 其脱水和相变过程非常复杂，研究结果表明，氢氧化铝开始脱水的温度在1 3 0 1 9 0 之间，其结晶水的脱除分三个阶段进行的，而且与其生产方法有关：种分 氢氧化铝三个阶段的脱水量大约为0 5 5 ，2 0 4 和0 3 6 个分子。碳分氢氧化铝脱 水量相应为0 4 5 、2 2 和0 3 1 个分子。在第三个结晶水脱除温度下( 5 2 0 - - 5 3 0 ) ，脱水仍然是不完全的，尚有大约o 0 5 个分子的水要在7 0 0 以上才能完全 脱除剐。 氢氧化铝脱水后，随着温度的提高，最终都转变为a _ a 1 2 0 。大量的研究表 明，从氢氧化铝脱水到最终转变为a _ a 1 舡之前，中间会出现若干性质不同的过 渡相。 氢氧化铝煅烧过程中，由于不断再结晶形成的各相实际上可忽略不计，因为 温度到达1 0 0 0 以上只有y a l 。仉和a - a i 。魄存在。氢氧化铝完全脱水最后变成 d - i ：0 3 的温度为1 2 0 0 以上。 工业氢氧化铝的粒度除少部分细粒子外，多数都达到几十微米。由于结晶较 大，水的排出受到阻碍，出现热压条件，使三水铝石脱水相变过程沿下列方向进 1 8 硕士学位论文第三章煅烧a - a 2 0 3 的试验研究 行： a l 籼3 h 扣卜y a 1 籼3 h z 0 - y a 1 2 0 l 5 一a 1 2 0 3 ，0 一a 1 籼 q _ a 1 2 岛 3 1 3 回转窑煅烧氢氧化铝的过程 公司氧化铝厂采用回转窑煅烧工艺。入窑氢氧化铝在有2 4 左右斜度的回 转窑内随窑体的旋转由窑尾被送至窑前，而热气流从窑前向窑尾运动把物料加 热氢氧化铝在窑尾系统、回转窑内经过烘干、脱水、相变等物理变化而煅烧成 产品a 1 2 0 3 。2 0 0 0 年后，工业氧化铝的生产采用先进的闪速煅烧工艺，原4 # 回转 窑正式作为煅烧a - - a 1 籼生产线。 4 # 回转窑规格为；q 3 0 5 0 2 9 0 0 3 0 5 0 5 7 1 2 0 m ：斜度：3 ；长径比：1 9 1 。 根据物料在窑内发生的物理化学变化，可以将窑从窑尾起划分为以下四个带； 烘干带：长度3 ，为全窑长度的5 3 。此带的主要作用是去除附着水。入 窑湿氢氧化铝( 还有窑灰) 由4 0 左右被加热到2 0 0 1 2 ，附着水全部蒸发，窑气 则由6 0 0 左右降低到2 5 0 3 5 0 ( 窑气温度) 出窑。 脱水带：长度4 0 m ，为全窑长度的7 0 0 9 6 。此带的主要作用是脱除结晶水。 物料由2 0 0 继续加热到9 0 0 ，全部脱除结晶水变为y a 1 2 0 3 。此带窑气温度 由1 0 5 0 降至6 0 0 左右 煅烧带：长度l o 8 ，为全窑长度的1 8 9 1 。此带的主要作用是进行晶形转 变，火焰温度可达1 5 5 0 以上，物料由9 0 0 加热到1 3 5 0 左右，其转变程度 决定于煅烧温度、物料在窑内停留时间以及是否添加矿化剂。一般说来煅烧粉状 氧化铝( 或中间状氧化铝) ，煅烧温度1 2 0 0 1 3 5 0 ，物料在窑内停留5 0 6 0 m i n ， 不添加矿化剂的情况下，a - a 1 籼含量能达8 5 9 2 9 6 。如添加至少一种矿化剂或 复合掺加，产品中n a 2 0 含量达到小于0 1 ，a 以1 2 0 3 含量能达9 2 9 8 叫1 。 冷却带：物料在此带冷却到1 0 0 0 左右，然后进入冷却机继续冷却。即获 得煅烧q - a 1 籼产品。 3 1 4 氢氧化铝煅烧窑内传热及热耗 氢氧化铝煅烧的热耗包括脱除附着水和脱除结晶水的吸热以及y - - a i o ，转 变成q a 1 2 0 3 晶形转交时的放热回转窑煅烧氢氧化铝的实际热耗为1 3 0 万千卡 t 畦l 她左右。其余热量主要为出窑废气和煅烧氢氧化铝带走以及通过窑体散失。 从煅烧窑内各带的传热能力来讲，煅烧带辐射传热能力最强，干燥带与脱水带由 于气温较低，热的传递主要以对流和传导方式为主，因而需要较大的传热面积。 从物料所需要的热量来看，窑的脱水带需要的热量最大，所以干燥、脱水带是煅 烧窑的薄弱环节。为了改善这种状况，提高煅烧窑的产能，在煅烧窑窑尾安装有 1 9 硕士学位论文 第三章煅烧d - a h 0 3 的试验研究 热交换器或提料板。 3 1 5 煅烧工艺过程与煅烧a - - a 1 , 0 。质量 煅烧温度是影响氧化铝质量的主要因素。随着煅烧过程温度的升高，氢氧化 铝发生脱水和一系列相变，氧化铝的物理化学性质以至其形状、粒度和表面状态 等均相应发生变化：比重和o - a l ：o s 含量增加；灼减降低；比表面积和粒度与煅 烧温度的关系则比较复杂嘲。 氧化铝的粒度决定于原始氧化铝的粒度和强度、煅烧温度、加热与冷却速度 以及煅烧过程氢氧化铝脱水条件等因素。氢氧化铝中存在某些杂质也会影响煅烧 产品的粒度。研究表明，随着脱水和相变过程的进行，物料发生粉化，其粉化程 度与原始氢氧化铝的强度有关。粉化发生于两个阶段：第一阶段在温度为1 8 0 4 4 0 时，由于剧烈脱水，导致氢氧化铝结晶集合体破裂，而刚生成的y a 1 2 0 3 ， 结晶很不完善，存在大量晶格缺陷，因而强度低，以至受到很小的机械作用即被 破坏。在约4 0 0 左右，- 4 0 i i m 的细粒子数量大大增加。在4 4 0 5 8 0 之间， 不产生新相，y - - h l 。0 3 晶体结构趋于完善，强度提高，细粒子减少。第二阶段粉 化发生于1 2 0 0 1 3 0 0 c 温度下，由于n - a l 舡再结晶，集合体强度大大降低，大 部分崩解，产生大量一4 0 i im 的细粒子。有资料指出，煅烧过程中的加热温度， 以及煅烧产品的冷却温度是影响产品粉化的主要因素。加热和冷却速度越慢，以 及煅烧和冷却过程中物料颗粒受的机械磨碎越少，则产品氧化铝的粒度越粗，越 接近于原始氢氧化铝粒度。氢氧化铝在煅烧时要经过充分的干燥和预脱水，以避 免在高温下由于脱水过于剧烈，大量水蒸气猛烈排出导致物料粉化。 煅烧温度还影响氧化铝的其他一些性质：在1 0 0 0 i 1 0 0 c 下煅烧的氧化铝， 安息角小，流动性好，煅烧温度达1 2 0 0 。c 以上时，粒子形状剧烈变化，表面变 得粗糙，煅烧q - a 1 。0 3 粒子之间内聚力大，粘附性强，加之粒度小，故安息角大， 流动性不好，风动输送也较困难。 某些杂质对煅烧产品的性质也有一定的影响。随着原始氢氧化铝碱含量的增 加，粗粒子急剧增加，而细粒子相应减少，这可能是由于n a 2 0 在高温时熔化生 成液相，使粒子发生胶结的结果。并且指出不同方法生产的氢氧化铝具有不同的 结晶转化速度，种分氢氧化铝的煅烧n - a 1 2 0 。结晶速度比碳分氢氧化铝的煅烧d _ a 1 2 0 3 结晶转化速度要快酬。所以氧化铝中n a 2 0 含量能在一定程度上影响产品的 物理性质。针对原料氢氧化铝中n a 2 0 含量大小，在生产煅烧o - a i 。魄时要采取一 定的脱钠措施，以保证其a 相转化率等指标，同时有利于操作、控制等生产管理。 煅烧a - a t z o 。中的s i 0 2 杂质主要是由于回转窑窑衬耐火砖的爆裂、磨损造成， 会使氧化铝中的s i o ：含量有所增加 硕士学位论文第三章煅烧a a 1 2 0 3 的试验研究 3 1 6 煅烧n - a i 。0 3 煅烧生产流程及技术条件的控制 以氢氧化铝为原料，回转窑生产工艺生产煅烧- a 1 ：0 3 ，工序过程是将氢氧 化铝通过饲料机喂入煅烧窑窑尾立烟道，由窑内热气流载流进行烘干，经旋风收 尘和电收尘回收入窑，经高温煅烧、冷却后输送入产品仓 煅烧好的氧化铝经窑头下料口落入冷却机内冷却，冷却机内除安装管式冷却 器将煅烧a - a 1 ：o 。冷却外采用冷却机外壁淋水加速其冷却。冷却后的氧化铝进入 双缸吹灰机，双缸吹灰机是以压缩空气作动力进行风力输送的一种设备。它将氧 化铝吹散成稀相气固混合物，在管道中以每秒3 0 4 0 m 的速度吹送至贮仓内。但 采用的压缩空气输送氧化铝的方法对煅烧d a 1 籼的输送是极不适宜的。因采用 压缩空气高速输送过程中，煅烧q a 1 2 0 3 摩削力极强，采用浇筑刚玉衬里的管道 也难以满足生产要求。因此，生产煅烧a - a 1 ：仉的输送方法最好采用风动溜槽， 提升机和皮带输送机。该输送方法对物料磨损小，少碰撞。但由于其硬度大，使 提升机的提斗、链板、链轴有一定磨损，但相对于气力载流输送，对产品造成的 污染要少很多。但氧化铝流动性能好，提升机不好密封，所以粉尘大，操作环境 较差。从风动溜槽、提升机和皮带输送机三者比较，唯有皮带输送机优点最多， 不产生粉尘，设备磨损少，节省动力。只要皮带向上倾角不超过1 2 。，单一的 皮带输送煅烧d - a 1 籼是最理想的输送方法。 燃油( 重油) 经过滤除去杂物后，用高压油泵送入预热器热到1 3 0 左右送 至窑头油枪内，采用机械雾化碰油，喷入窑内燃烧。 燃烧所需要的氧气来自空气，用鼓风机将冷空气送入冷却内的管式空气预热 器中。预热后的热风送窑头助燃。 回转窑煅烧氢氧化铝生产煅烧q - a 1 籼技术条件控制如下啪1 ： 1 烧成温度；1 2 0 0 1 3 5 0 ； 2 中档物料温度：6 0 0 7 5 0 ； 3 窑尾温度：3 5 0 4 5 0 ，最高不超过6 0 0 ； 4 煅烧a - a l 舡出窑温度：小于1 0 0 0 ； 5 煅烧o _ a l 籼出冷却机温度：小于1 2 0 ； 6 排风机进口废气温度：2 3 0 2 8 0 ，最高不超过3 5 0 ； 7 电收尘进口废气温度：不大于2 5 0 ，出口含尘量小于0 4 9 n m s ； 8 入窑热风温度：4 0 0 5 5 0 ； 9 窑头负压：2 3m m h 如； 正常生产的控制 观察物料颜色：用长柄铁勺从窑头看火孔掏出物料，观察其颜色。如果物料 发自且粉科偏多，则此时窑内温度偏低，煅烧a _ a 1 舢中相含量偏低及n a 2 0 含 2 l 硕士学位论文 第三章煅烧a - a 1 2 嘎的试验研究 量偏高，产品难以合格。如果物料呈微黄色，此时温度合适。产品质量较好，如 果物料有结团现象，有可能是烧成温度偏高或产品中n a 2