原料采用山西孝义铝矾土, 化学成分示于表1。采用聚乙烯醇、水作为结合剂。

      2.2 试验过程

      选用Al2O3含量为88%的高铝矾土为原料, 将其湿磨至0.044mm以下, 然后烘干, 并分别加入聚乙烯醇和水作为结合剂, 混炼均匀后在150MPa压力下压制成准20mm×20mm圆柱试样, 在干燥箱经110℃干燥3h, 其后在重烧炉里烧成, 烧成后对试样进行测试。

      2.3 试验设计

      2.3.1 干燥强度试验设计

      干燥后的试样具有足够的强度, 在隧道窑中烧成而不破裂, 大大提高了产品的合格率。试样干燥强度的试验设计列于表2。

      2.3.2 煅烧温度试验设计

      鉴于莫来石的形成温度开始于1 400℃, 且矿相内的反应完全需要充分的时间进行保温, 同时借鉴以往的煅烧温度, 故选择重烧炉来模拟测试。为保证试样内部反应充分, 调整了合理的煅烧温度和保温时间, 制定出了以下两组试验方案:

      1) 在相同的保温时间和不同的煅烧温度下:1 490℃, 1h (1#试样) ;1 510℃, 1h (2#试样) ;1 530℃, 1h (3#试样) ;1 550℃, 1h (4#试样) ;1 570℃, 1h (5#试样) ;1 590℃, 1h (6#试样) ;1 610℃, 1h (7#试样) 。

      2) 在相同的煅烧温度和不同的保温时间下:1 550℃, 3h (8#试样) ;1 550℃, 5h (9#试样) ;1 550℃, 7h (10#试样) ;1 530℃, 7h (11#试样) 。

      2.4性能测试

      按GB2999-82方法测定显气孔率、体积密度和真比重;采用微机控制伺服压力试验机测定干燥强度;采用XRD和SEM分析相组成和结构。

      3 结果与讨论

      3.1 添加剂对试样干燥强度的影响

      将试样A和试样B成型后, 在干燥箱内于110℃下干燥3h, 将试样取出后放在微机控制伺服压力试验机上进行压力的测定, 结果见表3。

      从表3中可以看出, 加入结合剂聚乙烯醇的试样B的强度比试样A略高, 这两个试样的强度足以满足要求, 即在生产过程中经过倒袋和挤压, 不至于破碎, 可以完整的状态送入窑内进行烧成。

      试样B中加入聚乙烯醇作为结合剂, 提高了生坯的强度, 这是因为该结合剂对铝矾土颗粒表面有良好的润湿性, 在颗粒表面形成黏结膜而具有很高的黏着力,  使颗粒之间具有一定的结合力。

      试样A中加入水作为结合剂, 也使生坯具有一定的强度, 这是因为铝矾土本身就有一定的黏性和塑性, 在加入水干燥后的情况下, 不易被破碎。

既然加入水和聚乙烯醇都可以满足生产的需要, 保证强度的要求, 就实际生产来说, 选择水作为结合剂, 既经济又方便操作。

      3.2 煅烧温度和保温时间对试样性能的影响

      煅烧温度和保温时间是烧结的重要外因条件, 提高煅烧温度和延长保温时间, 都有利于烧结的进行。

      1#~7#试样的体积密度试验结果如图1所示, 从曲线图中可以明显的看出, 随着煅烧温度的逐渐升高, 体积密度的变化趋势是先上升, 然后开始下降。在1 550℃时, 4#试样的体积密度达到最大值3.41g·cm-3。

      由图2中的变化曲线可知, 随着保温时间的不断延长, 体积密度的变化是先升高再降低, 在保温时间达到5h时, 体积密度达到3.45g·cm-3。

图3中显示的是10#试样的内部显微结构图, 从图中可以看出其组织结构状况, 刚玉晶粒构成骨架结构, 少量的莫来石填充在刚玉骨架结构的空隙中, 这就是试样致密度好、体积密度很高的原因所在。

      4 工业使用情况和结果

      工业生产实践表明, 以高铝矾土为原料, 成型后经高温煅烧均能制备出成分均匀、结构均匀和性能稳定的铝矾土基烧结刚玉均质料, 其性能指标明显优于优质铝矾土熟料QA1-88指标 (YB T5179-2005) , 见表4。