我國高鋁礬土資源主要用于金屬鋁的工業生產，耐火材料制備及陶瓷、水泥等工業。根據原料處理方法的不同可分為高溫煅燒利用及低溫煅燒利用。

鋁礬(fan)土(tu)(tu)經過低溫(wen)煅(duan)燒(shao)可(ke)(ke)激(ji)發(fa)其水化活(huo)性，使其成(cheng)為(wei)很好的膠凝材料摻合(he)料。煅(duan)燒(shao)溫(wen)度是激(ji)發(fa)高鋁礬(fan)土(tu)(tu)水化活(huo)性的關鍵(jian)，因此，通過對不(bu)同溫(wen)度下(xia)煅(duan)燒(shao)鋁礬(fan)土(tu)(tu)的產(chan)物結晶特性的分(fen)析，可(ke)(ke)以預(yu)測(ce)鋁礬(fan)土(tu)(tu)被熱(re)力激(ji)發(fa)后產(chan)生的水化活(huo)性的相對大小。

本(ben)研究(jiu)以(yi)D-K型高鋁(lv)礬(fan)土(tu)(tu)為研究(jiu)對象，通過XRD及SEM等分(fen)析，計算待測(ce)樣品的相對結晶度(du)，據此對不同溫度(du)下低溫煅燒的高鋁(lv)礬(fan)土(tu)(tu)進行晶相活性分(fen)析，為輕燒高鋁(lv)礬(fan)土(tu)(tu)作為膠凝材料摻(chan)合料提供理(li)論依據。

輕燒(shao)(shao)高(gao)鋁礬(fan)土的(de)(de)(de)(de)應用(yong)十分廣泛，戴銀所用(yong)鋁礬(fan)土與石膏(gao)的(de)(de)(de)(de)復(fu)合(he)摻(chan)料(liao)(liao)(liao)(liao)制備(bei)了一種灌漿材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)，當鋁礬(fan)土與石膏(gao)中的(de)(de)(de)(de)SO?與Al?O?物(wu)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)量(liang)之(zhi)比為3，摻(chan)量(liang)在(zai)15%時(shi)(shi)，灌漿材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)流動度與初凝時(shi)(shi)間、膨脹(zhang)率等全部滿足(zu)施(shi)工要(yao)求。王(wang)曉燕開展了利用(yong)低(di)溫(wen)煅(duan)(duan)燒(shao)(shao)鋁礬(fan)土制備(bei)活性氧化鋁摻(chan)合(he)料(liao)(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)研究，鋁礬(fan)土在(zai)500℃煅(duan)(duan)燒(shao)(shao)1h，摻(chan)加量(liang)為30%時(shi)(shi)對堿(jian)骨料(liao)(liao)(liao)(liao)膨脹(zhang)反應的(de)(de)(de)(de)抑(yi)制效果(guo)較好(hao)，可將膨脹(zhang)率控制在(zai)0.1%以(yi)內。此外，低(di)溫(wen)煅(duan)(duan)燒(shao)(shao)鋁礬(fan)土的(de)(de)(de)(de)摻(chan)加可抑(yi)制混(hun)凝土中危害(hai)耐久性的(de)(de)(de)(de)堿(jian)-硅酸反應的(de)(de)(de)(de)進行。可見(jian)，掌握輕燒(shao)(shao)高(gao)鋁礬(fan)土煅(duan)(duan)燒(shao)(shao)過程中的(de)(de)(de)(de)結晶(jing)性質(zhi)對于高(gao)鋁礬(fan)土的(de)(de)(de)(de)應用(yong)具有(you)指(zhi)導意義。

1.1試驗原料的成分

試(shi)驗(yan)用鋁(lv)礬土(tu)來(lai)自山西陽(yang)泉，屬一水型(D-K型)高鋁(lv)礬土(tu)。將試(shi)驗(yan)用礦(kuang)石碎磨(mo)至過200目(mu)篩，其主(zhu)要(yao)化學成分分析(xi)結果(guo)見(jian)(jian)表(biao)1，XRD圖譜見(jian)(jian)圖1。

由表1可看出，高鋁礬土生料的鋁含量高達86.70%，具有良好的水硬性膠凝潛力，可以通過恰當的熱力學激發方式產生活性鋁。由圖1可看出，高鋁礬土生料的主要成分為一水硬鋁石(Diaspore)，其分子式為AlO(OH)。

1.2試驗原料的熱重性能

圖(tu)1為高鋁礬(fan)土(tu)生(sheng)料的差示掃描量(liang)(liang)熱(re)法(fa)與熱(re)重分(fen)析(xi)(DSC-TGA)曲線(xian)。由圖(tu)2可看(kan)出：高鋁礬(fan)土(tu)從480.8℃開始脫(tuo)水(shui)，發生(sheng)晶型(xing)轉化;在517.4℃時脫(tuo)水(shui)速率達(da)到(dao)最大(da)值(zhi)，同時質量(liang)(liang)急劇減少(shao);從450℃至600℃，失重量(liang)(liang)達(da)到(dao)14.47%;在575℃時基本完成脫(tuo)水(shui)過程(cheng)。300℃附(fu)近(jin)開始發生(sheng)吸熱(re)的晶型(xing)轉變，517.4℃時吸熱(re)量(liang)(liang)達(da)到(dao)峰值(zhi)，晶型(xing)轉變大(da)量(liang)(liang)吸熱(re)，晶相活性增加，結晶水(shui)脫(tuo)除后(hou)吸熱(re)量(liang)(liang)降低。

1.3煅燒試驗及活性檢測方法

將盛裝30g高鋁礬土(tu)生料的(de)坩堝放入馬弗爐中，馬弗爐按(an)10℃/min的(de)升溫速度升至一(yi)定溫度后保溫300min，煅(duan)燒完(wan)成(cheng)后爐內緩慢冷卻(que)至室溫，然后對(dui)(dui)煅(duan)燒熟料進(jin)行XRD測試(shi)(測試(shi)儀器(qi)為(wei)日本理學(xue)RigakuD/maxX射線衍射儀，Cu靶，管壓(ya)40kV、管流40mA、步寬(kuan)0.02°)，并分(fen)析(xi)生成(cheng)晶相(xiang)(xiang)的(de)活性(xing)，利用(yong)(yong)MDIJADE6.5軟件包(USAMaterialsDataInc)對(dui)(dui)獲得的(de)XRD圖(tu)譜進(jin)行定性(xing)分(fen)析(xi)，利用(yong)(yong)XRD全譜擬合法(fa)對(dui)(dui)定性(xing)的(de)物相(xiang)(xiang)進(jin)行半定量相(xiang)(xiang)分(fen)析(xi);用(yong)(yong)HitachiS-3400N掃描電(dian)子顯(xian)微鏡對(dui)(dui)煅(duan)燒熟料進(jin)行表面形貌分(fen)析(xi)。根(gen)據煅(duan)燒后的(de)晶型轉變程度判斷晶相(xiang)(xiang)的(de)活性(xing)。

2.1煅燒熟料的XRD物相分析

圖(tu)3為不同溫度下煅燒熟料的XRD圖(tu)譜

對比圖1和圖3可以看出，經過450℃及以上的低溫煅燒，高鋁礬土的晶型發生了明顯轉變，生料中的主要成分一水硬鋁石(AlO(OH))經過熱力激發轉變為了剛玉(Corundum，Al?O?)。

生料(liao)中的(de)鋁以一水硬鋁石(shi)的(de)形(xing)式存在，其結晶(jing)程度完好，晶(jing)格(ge)(ge)排列較整齊，晶(jing)格(ge)(ge)缺(que)陷(xian)少，因此活性(xing)較差。通(tong)過熱力(li)激發(fa)，生料(liao)中的(de)主要含鋁礦物晶(jing)型(xing)發(fa)生了轉變(bian)，晶(jing)格(ge)(ge)發(fa)生了重排，且晶(jing)體(ti)失去結晶(jing)水，導致晶(jing)格(ge)(ge)缺(que)陷(xian)增(zeng)多，比表面積增(zeng)大，晶(jing)相活性(xing)增(zeng)大。

為了(le)探索(suo)煅燒溫度對(dui)晶(jing)型轉烴的(de)影響程度，對(dui)不同的(de)煅燒溫度下(xia)熟(shu)料的(de)XRD圖譜主峰(feng)相對(dui)高度及晶(jing)面(mian)間距(ju)進行了(le)對(dui)比，結(jie)果見圖4。

由圖4可看出，煅燒溫(wen)度(du)(du)(du)(du)不(bu)同，高(gao)鋁礬(fan)土生料(liao)(liao)的(de)主要成(cheng)分一(yi)水(shui)硬鋁石轉變成(cheng)剛(gang)玉(yu)晶(jing)(jing)(jing)體的(de)程度(du)(du)(du)(du)也不(bu)同，即結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)形態不(bu)同，因此導(dao)致X射(she)(she)線(xian)衍(yan)射(she)(she)峰(feng)高(gao)度(du)(du)(du)(du)及半峰(feng)寬(kuan)均出現差異。根據(ju)謝樂(le)公(gong)式，當X射(she)(she)線(xian)入射(she)(she)到(dao)小(xiao)晶(jing)(jing)(jing)體時，其衍(yan)射(she)(she)線(xian)條(tiao)(tiao)將變得彌散而寬(kuan)化(hua);晶(jing)(jing)(jing)粒越(yue)小(xiao)，X射(she)(she)線(xian)的(de)衍(yan)射(she)(she)譜帶的(de)寬(kuan)化(hua)程度(du)(du)(du)(du)就越(yue)大(da);反之，晶(jing)(jing)(jing)體結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)程度(du)(du)(du)(du)提(ti)高(gao)，晶(jing)(jing)(jing)粒尺寸變大(da)，衍(yan)射(she)(she)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)相(xiang)(xiang)應增加，對(dui)應晶(jing)(jing)(jing)體的(de)衍(yan)射(she)(she)線(xian)條(tiao)(tiao)將變得細長。衍(yan)射(she)(she)峰(feng)的(de)峰(feng)高(gao)值即為衍(yan)射(she)(she)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)，因此，通過(guo)衍(yan)射(she)(she)峰(feng)的(de)衍(yan)射(she)(she)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)可以推測(ce)煅燒生成(cheng)的(de)晶(jing)(jing)(jing)體發育狀況，進而根據(ju)海德華定(ding)律，得出不(bu)同溫(wen)度(du)(du)(du)(du)下煅燒熟(shu)料(liao)(liao)晶(jing)(jing)(jing)相(xiang)(xiang)活性的(de)相(xiang)(xiang)對(dui)強(qiang)弱。

X射(she)(she)(she)線衍(yan)射(she)(she)(she)技(ji)術(shu)作為一種典(dian)型的(de)晶(jing)體性(xing)質測(ce)試手段，可以定(ding)量(liang)(liang)測(ce)得試樣(yang)的(de)結(jie)(jie)(jie)(jie)晶(jing)度，而(er)結(jie)(jie)(jie)(jie)晶(jing)度又決定(ding)了晶(jing)體材料內部(bu)(bu)(bu)結(jie)(jie)(jie)(jie)構的(de)缺陷、對稱性(xing)及(ji)晶(jing)體活性(xing)等整體性(xing)能，從而(er)可以用(yong)來分(fen)析析晶(jing)機(ji)理。通過X射(she)(she)(she)線衍(yan)射(she)(she)(she)方(fang)法(fa)測(ce)量(liang)(liang)結(jie)(jie)(jie)(jie)晶(jing)度，是(shi)通過測(ce)定(ding)結(jie)(jie)(jie)(jie)晶(jing)部(bu)(bu)(bu)分(fen)的(de)累積(ji)衍(yan)射(she)(she)(she)強(qiang)度Ic和非(fei)晶(jing)部(bu)(bu)(bu)分(fen)的(de)累積(ji)衍(yan)射(she)(she)(she)強(qiang)度Ia，以及(ji)結(jie)(jie)(jie)(jie)晶(jing)部(bu)(bu)(bu)分(fen)質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)X(c結(jie)(jie)(jie)(jie)晶(jing)度)和非(fei)晶(jing)部(bu)(bu)(bu)分(fen)質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)Xa，并根(gen)據X射(she)(she)(she)線衍(yan)射(she)(she)(she)定(ding)量(liang)(liang)分(fen)析的(de)基本公式(shi)來計算的(de)。

不同(tong)溫(wen)度(du)下煅燒熟料的XRD衍射強度(du)見表2，結(jie)晶度(du)(Xc)與煅燒溫(wen)度(du)的函數關系見圖(tu)5。

由(you)圖(tu)5可看出，在(zai)450℃至550℃開始發生晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)型轉變的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)區間(jian)內，煅(duan)(duan)燒(shao)(shao)產物(wu)的(de)(de)結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)先降(jiang)(jiang)低(di)(di)后升(sheng)(sheng)高(gao)(gao)，500℃下(xia)煅(duan)(duan)燒(shao)(shao)的(de)(de)產物(wu)結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)最低(di)(di)，根據海(hai)德(de)華定(ding)律，此(ci)時(shi)(shi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)相(xiang)(xiang)活(huo)性(xing)最高(gao)(gao)，因此(ci)，500℃下(xia)煅(duan)(duan)燒(shao)(shao)熟(shu)料(liao)作(zuo)為(wei)礦物(wu)填料(liao)的(de)(de)膠凝(ning)反(fan)應(ying)活(huo)性(xing)最高(gao)(gao)，這與文獻的(de)(de)結(jie)(jie)論一致(zhi)。在(zai)煅(duan)(duan)燒(shao)(shao)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)小于(yu)(yu)(yu)(yu)500℃時(shi)(shi)，由(you)于(yu)(yu)(yu)(yu)熟(shu)料(liao)中原(yuan)有(you)(you)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)型脫(tuo)水轉變為(wei)剛(gang)玉晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體的(de)(de)比例(li)較(jiao)小，原(yuan)有(you)(you)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)型仍(reng)占(zhan)有(you)(you)一定(ding)比例(li)，因此(ci)總結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)高(gao)(gao)于(yu)(yu)(yu)(yu)500℃;煅(duan)(duan)燒(shao)(shao)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)為(wei)500℃時(shi)(shi)，剛(gang)玉晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)狀(zhuang)態(tai)最差，活(huo)性(xing)Al?O?所占(zhan)比例(li)最多;煅(duan)(duan)燒(shao)(shao)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)大于(yu)(yu)(yu)(yu)500℃時(shi)(shi)，熟(shu)料(liao)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)型轉變比例(li)持續升(sheng)(sheng)高(gao)(gao)，結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)隨煅(duan)(duan)燒(shao)(shao)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)升(sheng)(sheng)高(gao)(gao)而(er)增大，晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)相(xiang)(xiang)的(de)(de)膠凝(ning)反(fan)應(ying)活(huo)性(xing)逐(zhu)步(bu)降(jiang)(jiang)低(di)(di)，結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)的(de)(de)增長(chang)速率在(zai)700℃及(ji)850℃時(shi)(shi)放(fang)緩，說(shuo)明在(zai)這2個(ge)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)附(fu)近，剛(gang)玉晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體因進一步(bu)發生晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)型轉變而(er)吸(xi)熱。因此(ci)，通(tong)過熱力激發的(de)(de)方式提高(gao)(gao)高(gao)(gao)鋁礬(fan)土的(de)(de)膠凝(ning)反(fan)應(ying)活(huo)性(xing)的(de)(de)最佳煅(duan)(duan)燒(shao)(shao)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)為(wei)500℃。

2.2煅燒熟料的SEM形貌分析

高鋁礬(fan)土(tu)生料的(de)(de)主要(yao)成(cheng)分(fen)為(wei)一(yi)水硬鋁石，礦物解(jie)理(li)平行(xing)，板面完全(quan)，屬于(yu)典(dian)型的(de)(de)層狀(zhuang)結(jie)構。而(er)經過低(di)溫(wen)煅(duan)燒(shao)后(hou)的(de)(de)高鋁礬(fan)土(tu)主要(yao)成(cheng)分(fen)變(bian)為(wei)剛玉，屬于(yu)三方(fang)晶系，晶形常(chang)呈(cheng)(cheng)完好的(de)(de)六方(fang)柱(zhu)狀(zhuang)或桶狀(zhuang)，柱(zhu)面上(shang)常(chang)發育斜(xie)條紋或橫紋，其(qi)集合體呈(cheng)(cheng)粒狀(zhuang)。因此，高鋁礬(fan)土(tu)低(di)溫(wen)煅(duan)燒(shao)前(qian)后(hou)的(de)(de)形貌(mao)應有明顯(xian)轉(zhuan)變(bian)，即從層狀(zhuang)轉(zhuan)變(bian)為(wei)粒狀(zhuang)。圖6為(wei)高鋁礬(fan)土(tu)生料及不同煅(duan)燒(shao)溫(wen)度下熟料的(de)(de)SEM形貌(mao)見圖6。

由圖6可看出，高鋁礬土生料解理平行，層狀結構非常明顯，且顆粒表面沒有任何顯著紋路;500℃煅燒熟料的層狀結構淡化，層與層間發生了部分融合，這是由于煅燒溫度升高，一水硬鋁石失去結構水，導致晶型發生改變，空腔結構坍塌，由層狀結構逐步轉變為粒狀或柱狀結構的剛玉晶體;繼續提高煅燒溫度，煅燒熟料的層狀結構粘結加劇，持續淡化直至消失，柱狀或粒狀結構不斷增多，結晶度不斷增大，比表面積持續減小，顆粒表面開始呈現橫紋，符合剛玉晶體的形貌特征;850℃煅燒熟料的層狀結構幾乎完全消失，粒狀結構發育完善，表面紋理顯著，說明此時產物的結晶度最大，顆粒內部最密實，比表面積最小。可見，SEM分析的結論與XRD分析的結論一致。

結 論

(1)試驗用高(gao)鋁礬(fan)土(tu)在500℃左右煅燒(shao)時的(de)脫(tuo)水速率最(zui)快(kuai)，煅燒(shao)熟料(liao)的(de)結晶度最(zui)差，其晶相的(de)膠凝反應活性最(zui)大，此溫度下煅燒(shao)的(de)高(gao)鋁礬(fan)土(tu)更適合作為膠凝材料(liao)摻合料(liao)制造礬(fan)土(tu)水泥和灌漿(jiang)材料(liao)等(deng)。

(2)高(gao)鋁礬土(tu)在煅燒升溫過程中，一(yi)水硬鋁石的層狀(zhuang)結構逐漸(jian)粘合，形成剛玉的粒狀(zhuang)結構，同時顆粒表面的橫紋逐漸(jian)清晰(xi)，說明晶體結晶程度逐步(bu)增加，反應(ying)活性逐步(bu)降(jiang)低。