煤矸石中高岭石含量98%以上的高纯煤系高岭土经适当的温度煅烧脱碳后，具有火山灰活性，被广泛用于橡胶、陶瓷、造纸等行业中。皖西学院基础实验中心的研究人员主要研究煤系高岭土细磨轻烧后的偏高岭土超细粉在中间包永久衬耐火浇注料中的应用，以取代浇注料中价格昂贵的氧化铝微粉添加剂，降低浇注料的生产成本。
    本次研究的高岭土原矿取自陕西省某煤矿在采煤、洗煤过程中产出副产品高纯煤系高岭土。将高岭土原矿用颚式破碎机破碎，经雷蒙磨细磨至一定细度（D50=15.43 μm），然后将磨好的细粉放入匣钵于倒焰窑中在950 ℃轻烧，制得偏高岭土超细粉。该超细粉的粒度组成为:D10=2.04 μm，D50=15.71 μm，D90=36.65 μm，其化学组成为(w):Al2O3 45.34%、SiO2 53.42%、Fe2O3 0.26%、TiO2 0.32%、CaO 0.11%、MgO 0.09%、R2O 0.32%。高岭土轻烧以后其晶体结构由晶态转变为以非晶态为主，具有较高的活性。
    为了与加入氧化铝微粉的浇注料进行对比，浇注料采用了同一高铝矾土骨料(粒度为10～5、5～3、3～0 mm)，基质部分采用山西阳泉特级高铝细粉(≤0.074 mm)，氧化铝微粉或偏高岭土超细粉以及CA50-Ⅱ铝酸盐水泥；三聚磷酸钠作为分散剂。氧化铝微粉(w(Al2O3)=99.41%)的粒度组成为：D10=0.64 μm、D50=1.75 μm、D90=9.17 μm、D97=14.98 μm。
    按表1进行配料，将配制好的各混合料分成两组：一组加入9%的水拌匀，按GB/T50080-2002标准中的规定方法测其流动性；另一组加入6%～9%的水搅拌均匀，满足成型要求流动性后倒入三联模中振动成型，制成40 mm×40 mm×160 mm试样，经24 h养护后脱模，自然干燥48 h，再将试样于1 300和1 400 ℃ 3 h条件下进行热处理。按相关标准测定不同条件下热处理过试样的耐压强度、抗折强度、显气孔率和体积密度。
表１  试样的配方(w)/%
试样
编号 JA1 JA2 JA3 JK1 JK2 JK3 JAK1 JAK2
０~10 mm高铝
矾土骨料 65 65 65 65 65 65 65 65
氧化铝微粉 1 2 3 0 0 0 1 1
偏高岭土超细粉 0 0 0 4 6 8 4 6
高铝细粉 26 25 24 23 21 19 22 20
CA50-Ⅱ水泥 8 8 8 8 8 8 8 8
三聚磷酸钠（外加） 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
复合减水剂（外加） 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12
    为研究试样基质部分烧后矿物组成变化，消除浇注料中高铝矾土骨料的干扰，将浇注料35%基质部分(按表1的配方比例)制成40 mm×40 mm×40 mm小试块，成型、养护工艺同上，将试样经1 400 ℃ 3 h烧成。用X射线衍射仪检测浇注料基质部分烧后试样的矿物组成。
    浇注料的流动性研究结果表明，加入偏高岭土超细粉的试样需水量高，其原因主要是煅烧后的偏高岭土粉体中主要矿相应为偏高岭石及无定形SiO2，这种粉体的活性强、吸附性优良；加入偏高岭土超细粉试样施工性能明显优于加入氧化铝微粉试样。从流动性试验结果来看，试样JK3、JAK2应为首选配方。
    从试样经1 300、1 400 ℃烧后的机械强度及物理性能指标检测结果来看，1 400 ℃烧后试样强度均高于1 300 ℃烧后试样的强度，试样JK3机械强度较其他试样高，烧后呈现体积略微膨胀、气孔率较高等特点，后者与莫来石化过程体积略微膨胀有关。
    浇注料基质烧后的XRD分析结果表明，JK3试样莫来石含量最高，JAK2试样次之，JA无莫来石相生成。从中间包永久衬浇注料使用情况和矿物组成要求来看，JK3试样性能较好。
    综合分析认为，在浇注料中添加偏高岭土超细粉，可以制成较高莫来石含量、较低热膨胀系数、强度较高，使用中体积略有膨胀，与使用要求相一致的长寿命耐火浇注料。并且采用廉价较纯净偏高岭土超细粉，可达到生成较多莫来石矿物及降低生产成本之目的。在耐火浇注料中添加8%偏高岭土超细粉的成本只有添加3%氧化铝微粉的四分之一左右。
（摘编自《煤炭工程》2010，№5）