棕刚玉原料的物相及结构特征是什么？

中国铝土矿储量居世界前列。优质铝土矿的持续供应使中国成为世界上最大的棕刚玉生产国和用户。棕刚玉是人造磨料中应用最广泛的磨料，也是耐火材料领域广泛使用的刚玉原料。

1.棕刚玉的原料背景

我国高铝矾土原料多年来已广泛应用于化工、建材、耐火材料等行业。通过电弧炉熔炼过程，将高铝铝土矿放入熔炼炉中，在2000℃左右的温度下分离铝土矿中的一些氧化物，制备棕刚玉（铝、钙、镁不能还原，钾、钠以气态形式挥发，铁、硅、钛等大多数金属形成合金沉淀）。铝土矿含有一些天然含钛氧化物。随着高铝土矿品位的增加，含钛相的含量也将显著增加（例如，中国阳泉地区的72个铝土矿原矿含有约4.2 wt%的TiO2）。含钛氧化物具有很强的热力学稳定性，在棕刚玉生产过程中不能完全还原，使得棕刚玉原料中钛含量一般达到3%，氧化铝含量只能达到95%左右。含钛相是棕刚玉原料中的主要杂质相，也是棕刚玉原料具有优良韧性的主要原因。

2.棕刚玉原料的物相与结构

受生产工艺影响，棕刚玉原料中热稳定性高的钛、镁、钙元素极难完全还原，使原料中含有少量Ti2O3、Ti（C，N，O）固溶体、钛硅铁合金（tifesi2）、低熔点玻璃相（ca3al2si3（Mg，Ti）O12）和铝酸钙固溶体（ca0.95mg0.9al10.1（Ti）o17）除刚玉成分外，棕刚玉的XRD衍射光谱如图2所示。抛光棕刚玉颗粒材料截面的SEM（图3）显示了原料中各种相的分布：Ti2O3，Ti（C，N，O）固溶体和钛铁硅合金以颗粒相的形式分布在刚玉颗粒中；低熔点相主要分布在两个刚玉颗粒之间的空隙中；铝酸钙固溶体主要分布在三个刚玉颗粒的夹角处。

棕刚玉作为一种耐火材料，与其他刚玉材料相比，存在粉化和开裂的问题。这主要是由于棕刚玉生产过程中还原剂焦炭去除不足，还原剂焦炭在原料中反应生成碳化铝，碳化铝在水中呈粉末状，导致开裂产品的剥落和剥落。棕刚玉颗粒中碳/碳化铝的SEM。

钛的存在是棕刚玉原料的主要特征之一，而非氧化物含钛的优良性能使棕刚玉原料适合于氧化物非氧化物耐火材料，非氧化物复合耐火材料的使用条件大多满足高温、低温条件氧分压。以下研究是在1600℃流动氮气条件下对棕刚玉原料进行热处理，以探索其在无氧化物复合耐火材料使用/烧成过程中的相态和结构转变。