在世界有色金属生产中,铝的年产量居第一位,远远超过其他有色金属。铝工业每年消耗的耐火材料量比铜、铅、锌冶炼消耗的耐火材料总量还多得多。
世界上年年产铝约2000万吨。铝产量最多的国家是美国,年产412万吨,其次是原苏联,然后是加拿大、澳大利亚、巴西与我国。世界上年消耗铝最多的国家也是美国,消耗量为420万吨,其次是日本240万吨,德国136万吨。日本与德国每年需要的金属铝全从国外进口。
从铝矾土的储量以及天然能源的资源来说,我国在世界铝工业开发及其所用耐火材料的领域里都应起更大的作用。但是在耐火材料方面,我们研究、报道甚少,重视不够。其原因可能是:炼铝工业炉操作温度低,一般认为耐火材料问题不大;国内把炭素材料划在耐火材料行业之外,对铝电解槽用耐火材料未加注意;日本在耐火材料研究、开发方面对我国影响较大,而日本又不生产原铝,对这方面研究较少,末能引起我们的注意。
炼铝行业用耐火材料,科瑞耐火材料厂收集整理了四个方面,本文将从其中从Al2O3生产用耐火材料开始介绍。
生产Al2O3有电熔法、酸法与碱法三种。电熔法是将铝矾土与炭装入电炉熔炼,碳将铝矾土中的SiO2、Fe2O3等还原成Si-Fe熔体,使之与Al2O3分离。但这种方法耗电量人、成本高、产量有限、产品不能满足电解铝的要求。因此,这种方法多用来制取刚玉磨料。我国现在用这种方法生产所谓亚白刚玉或称矾土刚玉的耐火原料。酸法由于用过的酸再生困难等,也很少用。现在生产Al2O3的主要方法是碱法。
碱法生产Al2O3主要有拜耳法与碱石灰烧结法。拜耳法只需将得到的Al(OH)3沉淀,在900~1200℃窑中焙烧,使A1(OH)3脱水成Al2O3。而碱石灰法则需两次煅烧,即先将铝矾土、碳酸钠、石灰混匀,于1200~1300℃烧结成熟料,然后细磨、浸出、分离出Al(OH)3;再将Al(OH)3焙烧脱水成Al2O3。因此,拜耳法生产Al2O3消耗的耐火材料少,每吨Al2O3约需消耗5kg耐火材料,而碱石灰法生产1tAl2O3则需约20kg耐火材料。
烧结熟料的回转窑,由于碱高,烧成带用磷酸盐结合高铝砖或铝酸钙水泥浇注料;冷却带由于工作面受到烧成物料的磨损,以采用磷酸结合高铝不烧耐磨为宜:
焙烧氢氧化铝的沸腾焙烧炉与闪速焙烧炉由于比传统焙烧回转窑能耗低,投资省;近年来得到了发展。焙烧炉要求耐火材料强度高、耐磨损、热稳定性能好,不影响氧化铝产品的质量。炉衬主要甩的是低水泥耐磨浇注料;集料为焦宝石,以铝酸钙水泥或矾土水泥结合。在氢氧化铝焙烧中,由于Al2O3活性大,可能与耐火材料衬中SiO2反应形成三次莫来石,使转衬发生剥落。