红柱石属热蚀变矿物，杂质含量低，在1 350～1 500 ℃可分解成莫来石(3Al2O3•2SiO2)和SiO2，产生体积膨胀可抵消其他原料在高温下的体积收缩，对材料的高温体积稳定性非常有利，能保持材料在使用中的外形尺寸准确；生成的莫来石热膨胀率小，而且针状、柱状莫来石晶体形成的网络状结构对材料的抗热震性和高温力学性能非常有利。现阶段，红柱石的研究和利用主要是集中在以颗粒状加入到陶瓷窑具方面，对于冶金工业用耐火材料方面的报道却不多，尤其是细粉红柱石莫来石化所形成的显微结构对矾土材料烧结性能的影响分析更少。基于此，河南科技大学的研究人员通过在矾土中引入红柱石，研究了红柱石细粉的烧结性能对矾土材料性能的影响，为红柱石的利用开发和提高矾土材料性能的研究提供依据。
    选用河南西峡红柱石矿（w（Al2O3）=59.02%、w（SiO2）=37.84%），其主要矿物为红柱石，含少量石英质矿物等杂质，矾土选用山西阳泉的特级料（w（Al2O3）=87.34%），其主要矿物为刚玉和少量莫来石，杂质含量低，烧结良好，体积密度3.3 g•cm-3，耐火度大于1 790 ℃。黏土（w（Al2O3）=37.60%、w（SiO2）=48.13%）为软质黏土，其主要矿物为高岭石，杂质含量高。
    从Al2O3-SiO2二元系可知:细粉化学成分应按Al2O3质量分数68%～75%，SiO2质量分数32%～25%进行配比。而实际烧结中由于二氧化硅的少量挥发和还原以及与基质中的碱金属氧化物作用形成低熔点化合物而损耗，所以试验中Al2O3质量分数应低于理论值，约为60%～65%。作为结合剂的黏土主要是保证试样的成型和降低烧结温度，用量应严格限制在3%～5%，这是因为:黏土中杂质多，易形成低融物；再者黏土中有大量的SiO2，再加上红柱石转化成莫来石(3Al2O3•2SiO2)分离出的SiO2，会导致游离SiO2含量过剩，对高温性能不利。
    将红柱石和矾土加工成3～2、2～1、1～0.1 mm颗粒，黏土和矾土共同磨粉<0.044 mm。原料配比为(质量分数):3～2 mm的占10%～15%；2～1 mm的占30%～35%；1～0.1 mm的占5% ～10%；<0.044 mm的占35%～40%，其中>0.1 mm的颗粒中按红柱石∶矾土=1∶2（质量比）加入；<0.044 mm的细粉中红柱石的质量分数分别为:0%、5%、10%、15%、20%，增加红柱石加入量，则相应减少原料中粒度<0.044 mm的矾土加入量。原料配好后压制成Φ50 mm×50 mm试样，于110 ℃干燥24 h。然后经1 420 ℃ 3 h烧成。检测烧成后试样的性能，包括体积密度、线变化率、耐压强度和抗震性(1 100 ℃水冷次数)。
    本试验以红柱石和矾土为主要原料，黏土为烧结剂，纸浆废液为结合剂。在1 420 ℃ 3 h烧成制度下，研究了红柱石细粉加入量对材料线变化率、耐压强度和抗震性能的影响。结果表明:经1 420 ℃ 3 h烧成后，红柱石分解出的针状莫来石晶体交结呈网络状，强化了材料的组织结构，改善了材料的物理性能。红柱石细粉的加入量为15%时，材料综合烧结性能最好，材料线变化率最小（0.03%）；耐压强度高达87.6 MPa；抗震性(1 100 ℃水冷次数)为32次。当红柱石细粉的加入量大于15%时，由于材料线变化率的过度增大，引起材料结构的松散，导致材料性能下降。
（摘编自《河南科技大学学报》2010，№2）