高鋁礬土是重要的耐火原料，在耐火材料中起著重要的作用，是具有戰略意義的資源。我國高鋁礬土資源豐富，已探明儲量達25億噸。改革開放以來，我國高鋁礬土資源得到了迅猛發展，基本上能夠滿足國內外市場的需求，已經成為國際礬土熟料的主要來源。但直至目前，我國絕大部分相關企業還以煅燒天然塊料為主，品種單一，質量波動大，資源利用率低。近幾年我國耐火高鋁礬土生產制備技術也有了實質性突破，突出體現就是礬土基均化料規模化工業化制備技術的不斷成熟，產品成功進入耐火原料市場，且市場占有率與日俱增。
       由于對天然礬土熟料及礬土基均化料的性能研究，尤其是對比研究相關報道比較少，對于礬土基均化料的看法還存在爭議。結合近幾年在礬土級原料方面的研究與實踐工作，本文以80級耐火高鋁礬土熟料（以下簡稱“一級料”）和80礬土基均質料（以下簡稱“80均質料”）為例，通過對比分析，研究天然和合成礬土耐火原料間的差異，為從業者提供借鑒。
       對比試驗
       試樣選擇。天然及合成高鋁礬土原料均源自山西陽泉地區，某A廠的一級料和某T公司的80均質料：一級料直接由陽泉地區一級料塊料倒焰窯燒制而成，80均質料以陽泉地區礬土生料為主要原材料，采用了三級均化、濕法共磨、高溫燒制的制備工藝。
       性能檢測。研究人員使用數碼相機記錄試樣宏觀狀態，使用化學分析方法檢測試樣的化學指標，使用國家標準檢測材料物理性能。其中，抽真空裝置及荷重軟化溫度測定設備為洛陽普瑞慷達公司生產，稱量設備為SETRA（賽特拉）公司分析天平；使用荷蘭帕納科公司生產的X射線分析儀對材料的礦物組成進行分析，使用TESCAN（泰思肯）公司生產的掃描電子顯微鏡分析材料的微觀結構。
       結果與討論
       宏觀狀態。一級料料堆的顏色差異較大，形狀上也差距較大，且一級料中夾雜著高鐵料、鐵皮料、高鈣料、夾生料及其他級別的礬土料。據分析，造成這些差異的主要原因是，生料塊料由于成因的緣故，所發育而成的料塊與料塊間存在著成分差異、物相差異。而對于礬土生料塊料品位，目前沒有準確的快速識別辦法，只能依靠民間有長期經驗積累的師傅肉眼識別。
       而從80均質料的表觀狀態來看，合成耐火礬土熟料比較均勻，極少存在異化料。分析原因，由于人工的干預，在燒制前期經過對高鐵高鈣料的揀選，尤其是均化措施的采用，大大改善了天然料成分不均的現象，又通過濕法共磨，使得在納微米級別上合成料的成分都達到了均一狀態。
       綜上，盡管同樣都采用陽泉地區一級料為主要原料，但一級料均勻性很差，80均質料表現出了一致的表觀狀態。
       化學分析。取樣時，每種各取5千克~10千克破碎后采用四分法取樣。從分析數據可見，一級料中混級現象比較嚴重，不僅存在特級料，還有二級料、甲二級料。這說明，就化學檢測來看，在選料層面上就不可避免地存在高鐵料、高鈣料或同塊料雜質含量不可控的情況。這也從另一個側面反映出，如果規模化大量生產，揀選過程中分級分選效果不會很好。
       由在80均質料堆場隨機挑選4塊熟料的化學全分析結果可見，化學成分波動非常小，氧化鋁含量極差小于兩個百分點，其他雜質成分也基本上處于一個穩定的水平。這主要是因為合成均質料在生產過程中，實現了對大宗原料的均化過程，同時也歸因于所選T公司生產均質料工藝中在線分析系統的應用，已經完全實現了按組分配料，確保了主要化學成分的可控性。
       綜上，化學分析的結果表明，由于高鋁礬土熟料在生產過程中完全使用天然礬土的塊料進行燒結，在生產過程中人工干預少，其材料成分完全取決于礦石本身的特性，因此其化學成分波動較大；而合成均質料就有效解決這方面的問題，使得材料的化學成分均一穩定。
       物理指標。由一級料典型試樣的物料指標可見，試樣整體表現出吸水率較高，大部分處于6.0%~8.0%，波動較大。體積密度較小、吸水率偏大的為二級料或假二級料。而對于具有代表性的一級料，指標相對比較穩定，上下波動在一定的范圍內，在使用中對雜質成分要求不高的情況下，如果能夠做到認真分選，可實現天然礬土熟料物理指標的穩定，能滿足產品對原料穩定性的要求。
       由80均質料的物理指標可見，不同試樣間的指標波動非常小，且結合化學指標可以判斷體積密度、吸水率都處于一個優良水平。這從側面反映了合成均質料在燒結過程中通過合理制度的選擇及工藝控制，可以使礬土基熟料的燒結反應進行得比較徹底，通過人工干預可以在實現穩定性的同時實現目標結構及性能的要求。
       通過兩種礬土原料的荷重軟化溫度比較可知，一級料的荷重軟化溫度明顯低于80均質料。而合成料整體性能穩定，燒結反應進行得比較完全，荷重軟化溫度達到了該組成材料應有的使用溫度，可在此高溫環境下安全使用。
       綜上，從物理性能方面看，一級料由于生料成因及簡陋制備的原因，首先表現出了指標的上下波動較大；其次由于燒結不完全，荷重軟化溫度較低，不能物盡其用，高溫下存在安全隱患，使用受限。而80均化料指標方面表現比較穩定，通過人工干預，荷重軟化溫度也達到了應有的水平；制備過程中燒結反應進行得比較完全，性能可控，可在適當高溫下安全穩定使用。
       物相表征。研究人員選取一級料中3個典型試樣進行了X射線衍射分析。由衍射圖可見，由于化學組成的差異，一級料的物相表現出多樣性。盡管都出現了剛玉、莫來石、鋁酸鈣的衍射峰，但對于多數試樣，其物相組成基本都是剛玉相。而少部分試樣，由于鋁含量的降低，其物相明顯以剛玉和莫來石兩種礦物物相為主。同時，有些試樣上存在氧化鈣聚集的情況，使礬土熟料的表面形成鈣皮，其物相除了剛玉和莫來石外，還有大量鋁酸鈣的存在。
       此外，研究人員還隨機選擇3個80均質料的X射線衍射圖譜。由圖可知，80均質料不同試樣都僅存在剛玉和莫來石兩種物相，峰形相同，物相基本保持一致。這說明合成的高鋁礬土原料在物相組成上存在一致性，通過工藝控制避免了有害相的出現。
       綜上，X射線衍射的結果整體反應出，天然料的物相組成多種多樣，每個試樣的物相均存在差異。而合成的均質料，不僅是物相的種類，而且物相的含量都表現出穩定和一致性。
       顯微結構。由天然礬石一級料（氧化鋁質量分數為80%）的SEM（掃描電子顯微鏡）照片可見，一級料的內部比較疏松，氣孔率高且相互連通。但從高倍下觀察，僅看到顆粒大小不均勻的粒狀剛玉相，莫來石相的發育不明顯。
       由80均質料的SEM照片可見，80均質料較為致密，顯氣孔相對較少。從高倍下觀察，80均質料為剛玉相和莫來石相互相交叉、緊密排布的結構，結構中莫來石相的相互交錯形成網狀結構。這種網狀結構在高溫下可有效阻礙剛玉顆粒之間的滑移，增強了材料的高溫強度。
       綜上，從微觀上看單一的一級料和80均質料均表現出了結構的穩定性，但由于制備工藝的差距，一級料顯氣孔率較高，莫來石晶體發育不完全，降低了天然料的適用溫度和高溫強度。80均質料燒結反應進行得比較完全，結構較為致密，剛玉莫來石發育較好，所形成的莫來石交叉的骨架結構高溫下阻礙了剛玉相的滑移，提高了材料的使用溫度和高溫強度。
       應用與結論
       現場應用。研究人員以80均質料替代此前所用一級料作為骨料，用于120噸非精煉鋼包中，在江蘇某鋼廠現場試用。經過半年時間的比較，使用80均質料作為骨料的鋼包包齡延長50%以上，最高可達180次以上，鋼包包壁侵蝕速率降至1.0mm/爐以下。從拆包后的變質層來看，使用天然一級料的樣塊變質層明顯較厚，并且顆粒顏色都發生了變化，這也和荷重軟化溫度的檢測結果相吻合。而使用80均質料的樣塊無明顯變質層，顆粒保持原貌，說明80均質料可以在此環境下長期、安全、穩定使用。
       結論。一級料在宏觀狀態、物理和化學指標方面均表現出不均勻性，混級現象嚴重，不利于制品的穩定性控制；80均質料克服了一級料的缺點，均一性、穩定性較好。
       由于制備工藝的差異性，天然料雜質富集，燒結溫度不夠，有鋁酸鈣雜相出現，莫來石發育不完全。而80均質料經過多級均化、成分配料、高溫煅燒礦相組成和顯微結構表現出很好的一致性，所形成的莫來石交叉骨架結構穩定性好，有利于材料在高溫下的使用及高溫強度的提高。
       現場應用證明，80均質料較一級料在鋼包澆注料上表現出了安全穩定的使用性能，能明顯延長包齡，降低侵蝕速率，提高產品綜合性價比。
       研究人員建議，選用原料時，應保證原料耐溫性的前提下，著重考慮原料成分的均勻性、結構的穩定性、性能的匹配性和使用的安全性。