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板状刚玉生产中出现杂色情况的原因分析

作者:admin 来源:本站 发布日期:2021-01-29     浏览次数:545    

板状刚玉是一种纯净的、不添加任何添加剂而烧成的收缩彻底的烧结刚玉。它是以冶金级工业氧化铝粉为原料,经磨细、成球、烘干后,在超高温竖窑内煅烧制得的。板状刚玉的结晶粒大,粒径多在40~200μm,晶体内部含有许多5~15μm的圆形封闭气孔,开口气孔较少。由于不添加任何添加剂且纯度高,板状刚玉的熔点高,晶粒硬度大,热态强度高,热收缩率低,高密度、低透气性,耐磨性好;特别是由于晶粒内存在许多封闭小气孔,其抗热震性好;而且大多数碱和无机酸都不与板状刚玉反应,其耐化学侵蚀。由于板状刚玉这一系列的特性,使它成为一种理想的【365球网】中国有限公司原料,广泛应用于各种类型【365球网】中国有限公司材料中。

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在板状刚玉的生产过程中,氧化铝球在高温竖窑内经过高温煅烧后,出窑时应为纯白色,但是偶尔会夹杂有杂色球。这些杂色球常见的颜色有黑(灰)色、玫红色、蓝色、黄色等,如图1所示。黑(灰)色、玫红色、蓝色球的情况是偶尔局部少量不定时地出现;而黄色球的情况大不相同,一旦出现,持续时间长,数量大。这些黄色球混入白色的板状刚玉中,会对板状刚玉产品的外观有影响,如果被应用于烧成的【365球网】中国有限公司制品中,也会对【365球网】中国有限公司制品的外观有影响。因此,对黑(灰)色、玫红色、蓝色、黄色等杂色球的形成原因进行了分析,并且对黄色球的物理性能进行了测试。

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图1板状刚玉生产中常见的杂色情况以及正常颜色(白色)

1试验

1.1原料及试验方案

从生产线上将黑(灰)色、玫红色、蓝色等不同颜色的刚玉球分别收集起来,然后用颚式破碎机破碎,筛取5~2mm的颗粒部分,并将其中颜色浅一些的颗粒和白色颗粒经人工拣选去除。将余下的杂色颗粒磨成细粉,用X射线荧光光谱法对细粉的化学成分进行定量分析和定性分析。正常的板状刚玉白色颗粒及杂色颗粒的化学组成见表1。

表1板状刚玉白色颗粒及杂色颗粒的化学组成

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分别以A厂家、B厂家和C厂家生产的工业氧化铝作为原料,采用相同的生产工艺分批次进行研磨、成型、干燥、烧成等制备板状刚玉。观察发现:使用A厂工业氧化铝生产出来的板状刚玉球颜色正常,全部呈白色;使用B厂和C厂工业氧化铝生产出来的板状刚玉球,有大量球体发黄,并且和白球同时出现,将黄色球挑选出来,进行破碎,磨细,用X射线荧光光谱法对细粉的化学成分进行定量分析,结果如表2所示。同时还用X射线荧光法对A、B、C三个厂家生产的工业氧化铝(编号分别为A0#、B1#、C1#)的化学成分进行定性分析,结果见表3。

表2采用B、C两厂家生产的板状刚玉中黄色颗粒的化学组成(定量分析结果)

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表3不同厂家的工业氧化铝的化学组成(定性分析结果)

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1.2试验过程和性能检测

使用B厂家的工业氧化铝作为原料制成氧化铝球,经过高温竖窑烧成后,将同时出窑的黄色球和白色球破碎,选取5~2mm大小的颗粒,使用SEM对黄色颗粒和白色颗粒进行显微结构分析,以及体积密度、显气孔率、吸水率的检测,然后将颗粒磨细,使用XRD进行物相分析。

2结果与分析

2.1化学组成及显微结构分析

据资料介绍:当中含有一定量的铬(Cr,2%~3%,可高达4%))时,会呈现足够浓度的红颜色,这就是红宝石;当含铬量不足,仅呈现粉红时,就不能叫红宝石,而叫粉红色蓝宝石。此外,因含有不同的化学成分,就可呈现出不同的颜色,这些统称为蓝宝石。据矿物学和宝石学的研究可知:氧化铝中含铁(Fe)、钛(Ti)时呈蓝色,含铬(Cr,数量不足2~3%)时呈粉红色,含铬(Cr)、铁(Fe)时呈橙色,含铬(Cr)、钛(Ti)、铁(Fe)时呈紫色,含钒(V)、钴(Co)、镍(Ni)或铁(Fe2+)时呈绿色,含铁(Fe)、镍(Ni)时呈黄色,含铁(Fe3+)、锰(Mn)时呈褐色。从表1中可以看出,玫红色颗粒、蓝色颗粒和黑(灰)色颗粒中Fe2O3的含量都非常高。

板状刚玉生产用的料仓及输送设备大都是金属材质的,含有铁、钛、镍、铬等成分,如果设备检修时操作不规范,焊头、钢板边角料等金属杂物可能会混杂在板状刚玉的生球中,和生球一起进入高温竖窑。一般认为超高温竖窑内板状刚玉的烧成温度在1900℃以上,在这种高温环境下,金属杂物会发生气化,如果金属杂物是不锈钢材质,会产生含有铁、钛、镍、铬等成分的金属蒸气,渗入到杂物周边的半熔融状板状刚玉球中,铁、钛、镍、铬等金属离子进入Al2O3的晶格中,使板状刚玉球的颜色出现黑灰色、玫红色或蓝色;如果金属杂物是普通的含铁材质,含铁蒸气渗入到杂物周边的半熔融状的板状刚玉球中,使板状刚玉球的颜色呈黑色或灰色。结合窑炉中的气氛分布情况,离烧嘴近的地方,氧气参与燃烧反应,氧气浓度下降,而CO浓度高,为局部还原气氛,亚铁离子和钛离子共同作用,会使板状刚玉呈蓝色、黑(灰)色等颜色;在氧化气氛下,受铁离子和铬离子、锰离子的影响,板状刚玉会呈现玫红色、黑(灰)色等颜色,随着铁离子浓度的增加,板状刚玉的颜色会越来越深。因此,控制生产工艺流程中混入的不锈钢杂物,可有效降低出现红色、蓝色和黑色等杂色球的情况。

根据表2的数据和表1中白色颗粒的定量分析数据对比,黄色颗粒的化学成分和白色颗粒的并没有明显差异。

在表3的数据中,B1#和C1#的硫含量分别为0.051%和0.032%,比正常的原料A0#中0.010%的硫含量都高很多。B牌号的工业氧化铝和C牌号的工业氧化铝分别是两个不同厂家的产品,这两个厂家的工艺流程中,都使用煤制气进行工业氧化铝的生产,而A牌号的厂家使用的是天然气,所以分析可能是B、C两厂家煤制气中的硫有部分残留在了工业氧化铝中。

图2示出了白色颗粒和黄色颗粒的显微形貌。图2(a)中,白色颗粒的晶体尺寸基本在100μm以下,多在30~70μm;图2(b)的黄色颗粒中,晶体尺寸相对较大,个别晶体已经超过200μm。随着温度的升高或者保温时间的延长,氧化铝晶体逐渐生长,当晶体尺寸比较大时,受到硫离子的影响,板状刚玉颜色会发生由白色向黄色的转变。硫离子对板状刚玉颜色变化的产生影响的机理还有待进一步研究。

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图2白色颗粒和黄色颗粒的显微形貌

2.2物理性能

比较图3所示不同颜色颗粒的物理性能可以看出,黄色颗粒和白色颗粒的体积密度、显气孔率、吸水率差别不大。从图4所示不同颜色颗粒的物相组成可看出,硫对板状刚玉中的α相及其含量无太大影响。

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图3不同颜色颗粒的物理性能

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图4不同颜色颗粒的物相组成微信图片_20210129091133.png

3结论

(1)板状刚玉生产中出现的玫红色颗粒、蓝色颗粒和黑(灰)色颗粒,Fe2O3的含量都非常高。控制生产工艺流程中混入的不锈钢杂物,可有效降低出现红色、蓝色和黑色等杂色球的情况。

(2)工业氧化铝中的硫元素含量越低越好。过高的硫元素含量,会导致板状刚玉球发黄,且板状刚玉球的晶体生长越大,越容易出现球发黄的现象。

(3)板状刚玉破碎的颗粒中,黄色颗粒和白色颗粒的物理指标、物相组成并无太大的差异。