蓝晶石在不同环境中分解行为

D0I:10.13374/j.issm1001-053x.2000.01.026 第22卷第1期 北京科技大学学报 Vol.22 No.1 2000年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2000 蓝晶石在不同环境中分解行为 倪文 刘风梅 北京科技大学资源工程学院，北京100083 摘要研究了蓝晶石在不同温度、不同介质条件和不同粒度下转化为莫来石和$O的变化 规律.实验结果表明，蓝晶石随着粒度的变细和分解温度降低，它的分解速度大幅度提高，当介 质中出现熔体时能够大幅度地提高蓝晶石的分解速度和降低分解温度， 关键词蓝晶石：加热分解：莫来石 分类号TU551.37 理想化学组成(AlO,SiO)蓝晶石是在极 晶石刊矿，蓝晶石经显微镜下手工挑选，其纯度可 高压力下形成的高压矿物.因此蓝晶石具有比 达95%以上，含有少量刚玉.将挑选后的蓝晶石 其他硅酸铝系矿物更紧密的晶格结构和更大的 进一步磨细，磨细采用行星式实验磨机，磨罐为 密度.这种在高压下形成的矿物在常温下实际 尼龙材质，研磨介质为玛瑙球.经研磨后的蓝晶 是处于亚稳定状态，这种亚稳定状态的矿物晶 石采用筛分法和水选法进行分级，并进行编号， 体在较低的能态下不发生任何变化，但随着温 将以上样品分别散布于刚玉质托板上，厚 度的升高，质点就会进行重新排列，从原来亚稳 度小于3mm,然后在电炉中于1200-1550℃以 定状态的矿物晶体变成在常压下稳定的矿物晶 每50℃间隔进行煅烧.保温时间为5h.煅烧后 体或矿物组合.以前的许多研究者认为，蓝晶石 对每一个样品作X-射线衍射分析.从X-射线衍 在1350-1450℃发生分解，生成在常压条件下 射结果所推断的各试样开始分解及完全分解的 稳定的矿物组合，同时产生约17%的体积膨胀 温度区间如表1所示. 冈.由于蓝晶石的这种特性，它常被用来作为烧 从表1可以看出：极细粒的蓝晶石在 结制品的膨胀剂. 1200℃就开始分解，在1300℃以下就完全分 1350-1450℃ 3AlO,SiO:A 3Al0,2Si02+Si02 解了；而粗颗粒的蓝晶石要到1450℃以上才能 开始分解，1550℃才完全分解.因此可以看出 一般认为，任何一种矿物的相变或分解应 粒度对蓝晶石的分解温度具有很大的影响. 该具有一个固定的温度点或一个窄的温度区 粒度对蓝晶石分解温度的影响可以归结到 间.而我们的研究发现，蓝晶石的分解由于所处 压力对分解温度的影响：对于细小的颗粒来说 的介质环境和粒度不同发生在1100-1550℃一 蓝晶石的分解膨胀所造成的压力较小，因此细 个广泛的温度区间. 小的颗粒可以认为是在近似于常压的条件下发 1蓝晶石粒度对分解温度的影响 生分解的；而大颗粒的中心部位要发生分解必 须克服颗粒外部的强大围压才能发生分解.因 实验所用蓝晶石样品取自我国河南隐山蓝 此可以认为，增大压力能够推迟蓝晶石的分解， 表1不同粒度蓝晶石开始分解及完全分解温度区间 Table 1 Starting and finishing temperature range of kyanite mineral with different grain sizes 样品编号 2 3 4 5 6 7 粒度分布/μm1000-2000500-1000105-500 52-105 38-52 10-38 <10 开始分解温度/℃1450-15001400-14501350-14001350-14001300-13501250-13001200-1250 完全分解温度/℃1500-15501500-15501450-15001400-14501350-14001300-13501250-1300 1999-09-08收稿倪文男，38岁，教授，博士

第 2 2 卷 第 1 期 2 0 0 0 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n iv e r s iyt o f S c i e n e e a n d eT e h n o l o gy B e ij i n g V b L2 2 N O . l F e b . 2 0 0 0 蓝 晶 石 在 不 同 环境 中分 解行 为 倪 文 刘 风梅 北 京科 技大 学资源 工程 学 院 , 北 京 10 0 0 8 3 摘 要 研 究 了蓝 晶石 在 不 同温 度 、 不 同介质 条件 和不 同粒 度下 转化 为莫来 石和 51 0 : 的变化 规 律 . 实 验结 果表 明 , 蓝 晶石 随着粒度 的变 细和 分解温 度 降低 , 它 的分解 速度大 幅度提 高 . 当介 质 中 出现熔体 时能 够大 幅度 地提 高蓝 晶石 的 分解速 度和 降低 分解 温度 . 关 键词 蓝 晶石 ; 加 热分 解 : 莫 来 石 分 类号 T U 5 5 1 . 3 7 理想 化 一 学 组 成 (1A 2 O 。 · 51 0 2 )蓝 晶 石是 在极 高压力下 形成 的高压矿物 l[] . 因此 蓝 晶石具有 比 其他硅酸铝 系矿 物更紧密 的晶格结构和 更大 的 密度 . 这种 在高压 下 形成 的矿 物在 常温 下 实 际 是处 于亚稳 定状态 . 这种 亚 稳定 状态 的矿物 晶 体在 较低 的能态下不 发生 任何 变化 , 但随着温 度 的升 高 , 质 点就会进行重 新排 列 , 从 原来亚 稳 定状态 的矿物 晶 体变成在常压下 稳定 的矿物 晶 体或矿物组合 . 以前 的许 多研 究者认为 , 蓝 晶石 在 1 35 0一 1 4 50 ℃ 发生 分解 , 生成在 常压条件下 稳定 的矿物组 合 , 同 时产 生 约 17 % 的体积 膨胀 z[] . 由于 蓝 晶石 的这种 特性 , 它常被用 来作为烧 结制 品 的膨胀 剂 . 1 3 5 0 ~ 1 4 5 0 ℃ 3 A 1 2 O 3 · 5 10 2 一了一 3 A 1 2 o 3 · 2 5 10 2+ 5 10 2 一般 认 为 , 任 何一种矿物 的相 变 或分解应 该 具 有 一 个 固 定 的温 度 点 或一 个 窄 的温度 区 间 . 而我们 的研究发现 , 蓝 晶石 的分解 由于 所处 的介质环境和 粒度不 同 发生 在 1 10 一 1 5 0 ℃ 一 个广 泛的温度 区 间 . 1 蓝 晶 石粒度 对 分解温度 的 影 响 实验所用蓝 晶石样 品 取 自我 国河南 隐 山蓝 晶 石矿 , 蓝 晶石经显微镜下 手工 挑选 , 其纯度可 达 95 % 以上 , 含有少量 刚玉 . 将 挑选后 的蓝 晶石 进一步磨细 , 磨细 采用行星 式实验磨机 , 磨罐为 尼 龙材质 , 研磨介质 为玛瑙球 . 经研磨后 的蓝 晶 石采用 筛分法和水选法 进行分级 , 并进行 编号 . 将 以上样 品 分别散布 于 刚玉质托板上 , 厚 度小于 3 ~ , 然后 在电 炉中于 1 2 0 一 1 5 50 ℃ 以 每 50 ℃ 间隔进行 锻烧 . 保温 时 间 为 s h . 锻烧后 对每一 个样 品 作 X 一 射线衍射 分析 . 从 X 一 射线衍 射结果所推断 的各试样开 始分解及完全分解 的 温度 区 间 如表 1 所示 . 从 表 1 可 以 看 出 : 极 细 粒 的 蓝 晶 石 在 1 2 0 0 ℃ 就 开始分解 , 在 1 3 0 ℃ 以下 就完全分 解 了 ; 而粗颗粒 的蓝 晶石 要到 1 4 5 0 ℃ 以上才 能 开 始分解 , 1 5 5 0 ℃ 才 完全分解 . 因 此可 以看 出 粒度对蓝 晶 石 的分解温 度具 有很 大的影 响 . 粒度对蓝 晶石分解温度 的影 响可 以归结到 压力对 分解 温度 的影 响 : 对于 细 小的颗 粒来说 蓝 晶石 的分解膨胀所造成 的压 力较 小 , 因 此细 小 的颗粒可 以认为是在 近似 于 常压 的条件下 发 生分解 的 ; 而 大颗粒 的 中心 部位 要发生 分解 必 须 克服颗粒 外部 的强 大 围压才 能发生 分解 . 因 此可 以认为 , 增大压力 能够推迟蓝 晶石 的分解 . 表 1 不 同 粒度 蓝 晶石 开始 分解 及完 全分解温 度 区间 aT b l e 1 S t a rt i n g a n d n n is h i n g t e m P e r a t u r e r a n g e o f ky a n i t e m i n e r a l w i t h d i月陌er n t g r a in s 抚e s 样 品编 号 1 2 3 4 5 6 粒度 分布单m 1 0 0 0一 2 0 0 0 5 0 0 一 1 0 0 0 1 0 5 一 5 0 0 5 2 一 10 5 3 8一 5 2 10 一 3 8 开始 分解温 度 / oC 1 4 5 0一 1 5 0 0 1 4 0 0 一 1 4 5 0 1 3 5 0一 1 4 0 0 1 3 5 0一 1 4 0 0 1 3 0 0一 1 3 5 0 1 2 5 0 一 1 300 完全 分解温度 / oC 1 5 0 0一 1 5 5 0 1 5 0 0 一 1 5 5 0 1 4 5 0 一 1 5 0 0 1 4 0 0一 1 4 5 0 1 3 5 0一 1 4 0 0 1 3 0 0 一 1 3 5 0 7 < 10 1 2 0 0一 1 2 5 0 1 2 5 0 ~ 1 3 0 0 19 9 9 一 0 9 一 0 8 收稿 倪文 男 , 38 岁 , 教授 , 博 士 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 01. 026

Vol.22 No.1 倪文等：蓝晶石在不同环境中分解行为 5 另外，极细颗粒外表面的晶格会遭到一定 验结果表明：1000-2000um的蓝晶石颗粒在保 程度的破坏，使质点处于较高的能态下，对蓝晶 温16h以后才开始明显分解，而再继续延长保 石的分解也起到了促进作用.将1号样、4号样 温时间，蓝晶石的分解量无明显增加：52~105 及7号样于1350℃×5h煅烧后作X-射线衍射 μm的蓝晶石颗粒保温2h后开始分解，随着保 分析.比较3种不同粒度蓝晶石煅烧后结果可 温时间的延长分解量逐渐增多，到16h蓝晶石 以看出：粒度在1000-2000μm的蓝晶石颗粒经 已大部分莫来石化：粒度在0~10μm的蓝晶石超 1350℃×5h煅烧后基本未发生分解：52~105μm 细粉，在1350℃保温1h就已大量分解，保温4 的蓝晶石经同样温度煅烧后已开始分解，莫来 h后完全莫来石化. 石开始形成；而0-~10μm的蓝晶石粉经同样的温 从以上实验可以看出，同一温度下，煅烧时 度煅烧后己全部分解，X-射线衍射所显示的晶 间对细粒蓝晶石有较大的影响，而对粗粒蓝晶 相全部为莫来石（图1）. 石影响较小.要使某一粒度的蓝晶石完全分解 1.00 必须使温度高于某一临界值，光靠延长煅烧时 k一蓝品石 间并不能使蓝晶石完全分解，为了进一步验证 M-莫来石 此推论，将7号样再于行星式球蘑机中研磨 10h,并用水选法取其中的最细粒部分，经扫描 0.50 电镜观查，其中小于1m的颗粒达95%以上， 未发现大于5μm的颗粒.将此样品分别于1100 0 M 和1200℃椴烧48h,结果发现于1100℃×48h 1.00 煅烧过的样品中蓝晶石未发生分解，而经1200 ℃×48h煅烧过的样品中蓝晶石已不存在，X-射 M 线衍射全部显示莫来石的衍射峰.此实验说明， 0.50 极细粒度的蓝晶石其加热分解的临界温度在 1100-1200℃之间 0 3氧化钙对蓝晶石分解行为的影响 3.00 20.00 40.00 60.0070.00 201) 将上述4,5,6,7号样各取48.5g与1.5g化 学纯氧化钙在行星式球磨机中湿法混磨10min, 图14号样及7号样在1350℃×5h煅烧后X-射线衍射图 这时混合料为具有一定悬浮性的白色泥浆，将 Fig.1 X-ray spectrums of sample number 4 and number 7 此白色泥浆在烘箱中于110℃缓慢烘干，得混 after sintering at 1350Cx5h 合料块.拣选直经在5mm左右的料块，置于刚 2保温时间对蓝晶石分解温度的影 玉托板上，于硅铝棒电炉中在】1001450℃每 响 隔50℃温度间隔进行煅烧.保温时间为5h.煅 烧后的样品作X-射线衍射分析确定其物相组 选取1号样、4号样及7号样在1350℃进行 成.蓝晶石开始分解和完全分解的温度区间，结 煅烧，保温时间分别定为1,2,4,8,16和32h.实 果见表2. 表2不同粒度蓝晶石加3%C0后开始分解及完全分解温度区间 Table 2 Starting and finishing temperature range of kyanite sample with 3%CaO and different grain sizes 蓝晶石粒度分布/1m 52-105 38-52 10-38 <10 开始分解温度/℃ 1300-1350 12501300 1200-1250 1150-1200 完全分解温度/℃ 1350-1400 1300-1350 1250-1300 1200-1250 对比表1与表2可以看出，在少量CaO的 晶石于1350℃煅烧并分别保温1,2,4,8和16h 作用下，各种粒级蓝晶石开始发生分解的温度 实验结果表明，含有少量CaO的样品在1350℃ 及完全分解的温度均有明显的下降， 煅烧时，4号样于1h后发生分解，随着保温时 将上述掺有3%Ca0的4号样及7号样蓝 间的延长分解量逐渐增多，到16h已完全分解

V 6 1 . 2 2 N o . l 倪 文等 : 蓝 晶石在 不 同环境 中分 解行 为 另外 , 极细 颗 粒外表面 的 晶格会遭 到 一 定 程 度的破坏 , 使质 点处 于 较 高的能态 下 , 对蓝 晶 石 的 分解也 起 到 了促进 作用 , 将 1 号样 、 4 号样 及 7 号样于 1 3 50 ℃ 巧 h 锻烧 后 作 X 一 射 线衍射 分 析 . 比较 3 种不 同粒度蓝 晶 石 锻烧后 结果 可 以看出 : 粒度在 1 0 0 一2 0 0 0 卿的蓝 晶 石颗粒经 1 3 5 0 oC x s h 锻烧后基本 未发生 分解 ; 5 2 一 1 0 5 林m 的蓝晶 石经 同 样温度锻 烧后 已 开始分解 , 莫来 石 开始形成 ; 而 O一 10 林m 的蓝 晶石粉经 同样 的温 度 锻烧 后 己 全 部分解 , X 一 射 线衍射所 显示 的晶 相 全部为莫 来石 (图 1) . k一蓝 晶石 M一莫来 石 0 . 5 0 M k 一 M M K I ` 节. k k M 1 M I M 0 . 5 0 验结 果 表 明 : 1 0 0 0 一 2 0 0 0 户川 的蓝 晶石 颗粒 在保 温 1 6 h 以后 才开 始 明 显 分解 , 而再继续延 长保 温 时 间 , 蓝晶 石 的分解 量无 明显增加 ; 52 一 10 5 林m 的蓝 晶石颗粒保温 Z h 后 开始分解 , 随着 保 温 时 间的延长分解量逐 渐增多 , 到 16 h 蓝 晶石 已 大部分莫来石化 ; 粒度在 O一 1 0 林m 的蓝 晶石超 细粉 , 在 1 3 5 0 ℃ 保温 l h 就 己 大量分 解 , 保 温 4 h 后 完全莫来石 化 . 从 以上实验可 以看 出 , 同一 温度下 , 暇烧 时 间对细粒 蓝 晶石有较 大 的影 响 , 而 对粗粒蓝 晶 石 影 响较 小 . 要使 某一粒度 的 蓝 晶石完全分解 必 须使温度 高于 某 一 临界 值 , 光靠延 长缎烧 时 间 并不 能使蓝 晶石完 全分解 . 为 了进一 步 验证 此推 论 , 将 7 号样 再于 行星 式球 磨机 中缺 磨 I O h , 并用 水选法 取其 中的最 细 粒部分 , 经扫描 电 镜观 查 , 其 中小于 1 脚的颗粒达 95 % 以上 , 未发现大于 5 林m 的颗粒 . 将此样 品分 别于 1 10 和 1 2 0 0 ℃ 锻烧 4 8 h , 结 果 发现 于 1 10 0 ℃ x 4 8 h 锻 烧过 的样 品 中蓝晶 石未发生 分解 , 而经 1 2 0 ℃ “ 4 8 h 锻烧过 的样 品 中蓝晶 石 已不 存在 , X 一 射 线衍射全部显示莫来石的衍射 峰 . 此实验说 明 , 极细 粒度 的蓝 晶 石 其加 热 分解 的 临界温 度在 1 1 0 0 一 1 2 0 0 ℃ 之 间 . 者 j } }}呵I M 01 、 , 梢协夕 司、 泞泊 3 . 0 0 2 0 . 0 0 4 0 . 0 0 2 8 /( o ) 6 0 . 0 0 70 . 0 0 图 1 4 号样 及 7 号样 在 13 5 0℃ x s h 锻 烧后 X 一射 线衍 射 图 F ig · 1 X￾r a y s P e e t r u m s o f as m P le n u m b e r 4 a n d n u血 b e r 7 a ft e r s i n t e ir n g a t 1 3 5 0℃ x s h 2 保 温 时 间对 蓝 晶 石 分解 温 度的 影 响 选 取 1号样 、 4 号 样及 7 号样在 1 3 50 ℃ 进行 暇烧 , 保温 时间分别定 为 1 , 2 , 4 , 8 , 16 和 犯 h . 实 3 氧化钙对 蓝 晶石 分解行为 的 影 响 将上述 4 , 5 , 6 , 7 号 样各取 48 . 5 9 与 1 . 5 9 化 学纯氧化钙在行星式球磨机中湿法混磨 10 m in, 这时混合料 为具有 一 定悬浮性 的 白色泥 浆 . 将 此 白色泥 浆在烘箱 中于 1 10 ℃ 缓慢烘千 , 得混 合料块 . 拣选直 经在 s n u 刀 左右 的料 块 , 置 于 刚 玉托板 上 , 于硅 铝棒 电炉 中在 1 10 0一 1 4 50 O C 每 隔 5 0 ℃ 温度 间隔 进行锻烧 . 保 温 时 间为 s h . 锻 烧后 的样 品作 X 一 射线 衍射分 析确定 其 物相组 成 . 蓝晶石 开始分解和 完全 分解 的温度区 间 , 结 果见表 2 . 表 2 不 同粒度蓝 晶石加 3 % C a o 后开始 分解 及 完全 分解温 度 区间 aT b le 2 S t a rt i n g a n d if n is h in g t e m P e r a t u er r a n g e o f ky a n it e s a m Pl e w it h 3% C a o a n d d i fe er n t g r a i n s 往e s 蓝 晶石粒 度分 布 /林m 开始 分解 温度 /℃ 完全 分解 温度 /℃ 5 2 一 10 5 1 3 0 0一 1 3 5 0 1 3 5 0一 1 4 0 0 3 8 ~ 5 2 1 2 5 0 ~ 1 3 0 0 1 3 0 0 一 1 3 5 0 1 0一 3 8 1 2 0 0一 1 2 5 0 1 2 5 0 ~ 1 3 0 0 < 1 0 1 1 5 0 一 1 2 0 0 1 2 0 0 ~ 1 2 5 0 对 比表 1 与表 2 可 以看 出 , 在少 量 C a o 的 作 用下 , 各种粒 级蓝 晶 石 开 始发 生 分解 的温度 及 完全 分解 的温度 均有 明显 的下 降 . 将 上述掺有 3 % C a O 的 4 号样及 7 号 样 蓝 晶 石 于 1 35 0 ℃ 锻烧并分别保温 1 , 2, 4 , 8 和 16 .h 实验结果表 明 , 含有少量 C a O 的样品 在 1 3 50 ℃ 锻烧 时 , 4 号样 于 l h 后 发生分解 , 随着保温 时 间的延长分解量逐渐增 多 , 到 1 6 h 已 完全分解

6 北京科技大学学报 2000年第1期 而7号样保温1h就已大量分解，保温2h就己 所示.这些玻璃相是由高温煅烧过程中形成的 全部分解.以上实验表明，加入少量CaO不仅 富CaO及SiO2的液相冷凝而成.钙长石是从这 能降低蓝晶石的分解温度，而且还能加快蓝晶 些富Ca0及SiO2的液相中结晶出来的.因此可 石的分解速度.将以上掺加3%Ca0的4号和 以认为，少量CaO的加入能够明显地降低蓝晶 7号样于1350℃×16h煅烧后，制成薄片，在高 石的分解温度和加快分解速度，其本质在于 倍光学显微镜下进行观察，发现在蓝晶石分解 CaO的存在促进了煅烧过程中液相的形成.液 后形成的莫来石颗粒的边缘存在着玻璃相，并 相的存在加快了蓝晶石晶格的破坏过程和质点 发现了少量的钙长石，其X-射线衍射图如图2 传递过程 1.00 M M 4水玻璃对蓝晶石分解行为的影响 将上述4号和7号样各取42g,与8g水玻 0.50 璃一起混合成泥膏状，然后在110℃进行烘干. M M 水玻璃的化学分析结果见表3. 烘干后的样品在1350℃进行煅烧，保温时 0 间分别为1,2,4,8和16h.将煅烧后的样品作X- 1.00 射线衍射分析，结果表明，掺加了水玻璃的7号 M一莫来石 A一钙长石 样保温1h就已大量分解，保温2h就已全部分 解.掺加了水玻璃的4号样保温2h开始分解， M 保温16h后己全部分解.将在1350℃保温16h 0.50 M 煅烧后的4号样及7号样磨成薄片后在显微镜 下观察，均发现了较多的玻璃相.以上实验表 明，在蓝晶石中加入水玻璃能起到与加入CaO 0 类似的作用，即能够明显地降低分解温度和加 3.00 20.00 40.00 60.0070.00 快分解速度.其作用原理也是由于少量NaO和 281() 少量SO2的引入，使样品在较低温度下就产生 图2掺加3%Ca0的4号样及7号样于1350℃×16h 液相.液相的存在，一方面加快了蓝晶石晶格的 煅烧后X-射线衍射图 破坏过程，另一方面加快了蓝晶石分解过程中 Fig.2 X-ray spectrum of sample number 4 and number 7 的质点传递速度.图3给出了掺加16%水玻璃 mixed with3%Ca0 and sintered at1350℃×16h 表3水玻璃化学成分（质量分数） Table 3 Chemical composition of water-glass(mass fraction) % SiO2 AlO, Fe:O, Mgo Cao Na:O KO HO 34.8 0.5 0.2 0.1 0.1 13.2 0.2 50.9 1.00 的7号样于1350℃×16h煅烧后的X-射线衍射 M一莫来石 M 图.从图中可以看出，样品中除了莫来石外未发 M 现其他晶相，但该谱图中在莫来石主峰下面有 80.50 一明显“鼓包”，说明样品中存在一定量玻璃相 M 和结晶度很低的微晶体 0 5超细氧化铝粉对蓝晶石分解行为 3.00 20.00 40.00 60.0070.00 201() 的影响 图3掺加16%水玻璃的7号样经1350℃×16h煅烧后 X射线衍射图 将工业氧化铝在行星式磨机中研磨10h, Fig.3 X-ray spectrum of sample number 7 mixed 16% 磨机为尼龙内衬，研磨介质为氧化铝瓷球.研磨 water-glass and sintered at1350℃×16h

北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 0 年 第 l 期 而 7 号 样保温 l h 就 己 大量 分解 , 保温 Z h 就 己 全部分解 . 以上实验 表 明 , 加入 少量 C a O 不 仅 能 降低蓝 晶 石 的分解温 度 , 而且 还 能加 快蓝 晶 石 的分 解速 度 . 将 以上掺加 3 % C a O 的 4 号和 7 号 样于 1 3 50 ℃ xl 6 h 锻烧 后 , 制成薄 片 , 在 高 倍光学显微 镜下 进行 观察 , 发现在 蓝 晶石分解 后 形成 的莫来石颗 粒的边缘 存在着玻璃 相 , 并 发现 了 少 量 的钙长 石 . 其 X 一 射 线衍射 图 如图 2 所 示 . 这些玻璃相 是 由高温锻烧 过程 中形 成的 富 C a O 及 51 0 2 的液相 冷凝而成 . 钙 长 石 是 从这 些富 C a O 及 51 0 : 的 液相 中结晶 出 来的 . 因 此 可 以认为 , 少 量 C a O 的加入 能够 明 显地 降低蓝 晶 石 的分 解 温 度和 加 快分解 速 度 , 其本 质在 于 C a o 的 存在促进 了 锻烧过程 中液相 的 形 成 . 液 相 的存在加快 了蓝 晶石 晶格 的 破坏过程和 质点 传递过程 . M 1 I M M 1 IM 0 . 5 0 芝 0 嘴 1 . 0 0 撇: 仁洋 M l 、 ` 1 1 ` i ` M 心 了t司}确 M M M一莫来 石 A 一 r 钙长石 0 . 5 0 M 二1 IM M l】A M M M扭M I M o L 3 . 0 0 2 0 . 0 0 4 0 . 0 0 2 8 / ( o ) % C a O 的 4 号 样及 7 号 样于 1 3 5 0 锻 烧后 -x 射 线衍 射 图 6 0 . 0 0 7 0 . 0 0 图 2 掺加 3 ℃ x 1 6 h F i g · 2 -X r ay s P e e t r u m of s a m P le n u m b e r 4 a n d n u m b e r 7 m i x e d w it h 3 0/ C a o a n d s i n t e r e d a t 1 3 5 0 ℃ x 1 6 h 4 水 玻璃对 蓝 晶石 分解行为 的影 响 将上述 4 号和 7 号样各取 42 9 , 与 8 9 水玻 璃一起混 合成 泥膏状 , 然后 在 1 10 ℃ 进行烘干 . 水玻璃 的化学分 析 结果 见 表 3 . 烘干后 的样 品 在 1 3 50 ℃ 进 行锻烧 , 保温 时 间分别 为 1 , 2 , 4 , 8 和 16 h . 将锻 烧后 的样 品作 X - 射线衍射 分析 , 结果表 明 , 掺加 了水玻璃 的 7 号 样保温 l h 就 已 大量 分解 , 保温 Z h 就 己全部分 解 . 掺加 了水 玻璃 的 4 号样保温 Z h 开 始分解 , 保温 16 h 后 已 全部 分解 . 将在 1 3 50 ℃ 保温 16 h 锻烧后 的 4 号 样及 7 号 样磨成薄 片后 在显 微镜 下 观 察 , 均 发现 了较 多的 玻璃 相 . 以上 实验表 明 , 在 蓝 晶石 中加 入水玻璃能起 到与加入 C a O 类似 的作用 , 即能够 明显 地降低分解温度和 加 快 分解速度 . 其作用 原理 也 是 由于 少 量 N a 2 0 和 少量 51 0 2 的引入 , 使样 品 在较低温度 下 就产生 液相 , 液相 的存在 , 一 方面加 快 了蓝 晶石 晶格 的 破坏 过程 , 另一方面加 快 了蓝 晶石 分解 过程 中 的质 点传递速 度 . 图 3 给 出 了掺加 16 % 水玻璃 表 3 水 玻璃化学成 分 (质 量分数 ) aT b le 3 C h e m i e a l e o m P o s i it o n o f w a t e r 一 g l a s s (m a s s fr a c t i o n ) 5 10 : A 1 2 0 , F e Z O , M g O C a O N 几 0 K Z O 玩0 3 4 . 8 0 . 5 0 . 2 0 . 1 0 . 1 1 3 . 2 0 . 2 5 0 . 9 M 一 - 莫来 石 的 7 号 样于 1 3 50 ℃ “ 1 6 h 锻烧后 的X 一 射线衍射 图 . 从 图中可 以看 出 , 样品 中除 了莫来 石 外未发 现 其他 晶相 , 但该 谱 图中在莫来 石 主 峰 下 面有 一 明显 “ 鼓包 ” , 说 明样 品 中存 在一 定 量 玻璃相 和 结 晶度很低 的微 晶体 . M M 丫 丫 M I M M阮 l 洲J es| IM · M平11.吸月,几盯 M ] · ; M| I l0 - j . 0 0 2 0 . 0 0 4 0 . 0 0 6 0 . 0 0 7 0 . 0 0 2口(/ o ) 图 3 掺 加 16 % 水 玻璃 的 7 号样经 1 3 50 ℃ xl 6 h 锻 烧后 X 一 射 线衍射 图 F i g · 3 X 一 r a y s P e c t r u m o f s a m P l e n u m b e r 7 m 妞 e d 1 6% w a et r 一 g l a s s a n d s in t e er d a t 1 3 5 0 ℃ K 1 6 b 5 超细 氧 化铝粉对 蓝 晶石 分解行 为 的影 响 将工 业氧化 铝在 行星式 磨机 中研磨 10 h, 磨机为尼 龙 内衬 , 研磨介质为氧化铝 瓷球 . 研磨

Vol.22 No.1 倪文等：蓝晶石在不同环境中分解行为 .7. 后的工业氧化铝粒度小于1um部分在95%以 6分析与结论 上.将这种磨细的氧化铝粉35g分别与65g4号、 5号，6号及7号样混合均匀，并加入适量有机 蓝晶石加热分解的过程受很多因素的影 粘结剂在压机上压制成小圆柱体.将小圆柱体 响，提高蓝晶石颗粒的细度能够大幅度地降低 分别于1350℃保温1,2,4,8,16和32h.结果表 分解温度和提高分解速度.因为蓝晶石分解成 明：7号样在保温1h后己大量分解，保温2h后 莫来石和无定形SiO2的过程是一个膨胀过程， 己无蓝晶石存在.再延长保温时间莫来石逐渐 这种膨胀过程必须克服颗粒外围的巨大压力才 增多，刚玉量逐渐减少，当保温时间为32h刚玉 能实现，而颗粒细度的提高能大幅度地减小这 只有少量残余：4号样保温2h后开始出现莫来 种压力.另外，细度的提高大大提高了蓝晶石颗 石，保温8h后蓝晶石已大量分解，同时刚玉量 粒的晶格缺陷，使内能增加促进分解的进行.氧 减少，保温16h后蓝晶石己完全分解，刚玉量继 化钙及水玻璃与蓝晶石细颗粒混合后都能进一 续减少，保温32h后，刚玉残余量多于7号样. 步降低分解温度和提高分解速度，其根本原因 对比以上实验结果与纯蓝晶石在1350℃煅烧 是由于在高温状态下，这些碱性物质促进了液 的实验结果不难看出，超细氧化铝粉的加入对 相的形成.液相的存在能够加快蓝晶石晶格的 蓝晶石的分解有一定的促进作用，但不如加入 破坏过程和提高质点的迁移速度，因而能够促 CaO及水玻璃的作用明显.以上实验还可以看 进蓝晶石的分解.超细工业氧化铝粉与蓝晶石 出，在1350℃时蓝晶石的莫来石化与二次莫来 细颗粒混合后也能促进蓝晶石的分解，但没有 石化同时发生，提高物料的细度不但能加快蓝 CaO及水玻璃的作用明显.超细氧化铝粉对蓝 晶石的分解，还能提高二次莫来石化的反应速 晶石分解的促进作用在于超细氧化铝粉能与蓝 度. 晶石分解出来的无定形SO2发生二次莫来石 加入超细工业氧化铝粉能够促进蓝晶石分 化.在所有的环境中未发现方石英的存在. 解的根本原因是由于工业氧化铝与蓝晶石的分 参考文献 解出的SO2发生反应生成新的莫来石.此过程 1倪文，李建平，方兴.矿物材料学导论.北京：科学出 称为二次莫来石化： 版社，1998 3Al,03+2Si02=3A10,2SiO2 2钱之荣，范广举，耐火材料实用手册.北京：冶金工业 工业氧化铝无定形莫来石 出版社，1995 Kyanite Decomposition Behaviour in Different Circumstances NI Wen,LIU Fengmei Resources Engineering School,UST Beijing,Beijing100083,China ABSTRACT The behaviour of kyanite decomposing into mullite and SiO:in different temperatures,dif- ferent medium conditions and different grain sizes was studied.The experiments showed that the decrease of grain sizes can largely decrease the decomposing temperature and increase the decomposing speed.When the kyanite is contacting with a melt which produced in decomposing process,the decomposing temperature can be significantly dicreased and the decomposing speed can be largely increased. KEY WORDS kyanite;thermal decomposition;mullite

V b l . 2 2 N o . 1 倪文 等 : 蓝 晶石 在不 同环 境 中分解 行为 后 的工 业 氧化 铝粒度 小于 1 脚部 分在 95 % 以 上 . 将这种 磨细的氧化铝粉 35 9 分别 与 65 9 4 号 、 5 号 , 6 号及 7 号样 混合均匀 , 并加 入适量 有机 粘 结剂在压机 上压制成 小圆 柱体 . 将小 圆 柱体 分 别于 1 3 5 0 oC 保温 l , 2 , 4 , 8 , 16 和 3 2 h . 结果表 明 : 7 号 样在保温 l h 后 己 大 量分解 , 保温 Z h 后 已无 蓝 晶石存 在 . 再延 长保温 时 间 莫来石逐渐 增 多 , 刚玉量逐渐减 少 , 当 保温 时间为 32 h 刚 玉 只 有 少量残余 ; 4 号 样保温 Z h 后 开 始 出现莫来 石 , 保温 s h 后 蓝 晶石 已 大量 分解 , 同时 刚玉 量 减少 , 保温 16 h 后 蓝 晶石 已 完全分解 , 刚玉量继 续减少 . 保温 32 h 后 , 刚 玉残 余量多于 7 号样 . 对 比 以上实验 结果 与纯蓝 晶 石在 1 3 50 ℃ 锻烧 的实验 结果 不 难看 出 , 超 细 氧化铝 粉的加 入对 蓝 晶石 的分解有 一 定 的促进 作用 , 但不 如 加入 C a O 及水玻璃 的作用 明 显 . 以 _ L实验 还可 以看 出 , 在 1 3 5 0 ℃ 时蓝晶 石 的莫来石化与二 次莫来 石化 同 时 发生 , 提 高物料 的细度不 但 能加快蓝 晶石 的 分解 , 还 能提高二 次莫来石 化 的 反 应速 度 . 加入超细 工 业氧化 铝 粉能够促进蓝 晶石分 解的根本 原因 是 由于 工业氧化铝与蓝 晶石 的分 解 出的 5 10 2 发 生反 应生 成新 的莫来 石 . 此过程 称为 二次 莫来石化 : 3 A 1 2 O 3 + 2 5 10 2 = 3A 1 2 O ; · 2 5 10 2 工业 氧化 铝 无 定形 莫来石 6 分 析与 结论 蓝 晶 石 加热 分 解 的过 程受 很 多 因 素 的影 响 . 提 高蓝 晶 石颗粒 的 细 度 能够大 幅度地 降低 分解温度和 提 高分解速度 . 因 为蓝 晶 石 分解成 莫来石和 无 定形 51 0 : 的 过程 是 一个膨 胀过程 , 这种膨胀过程必 须克服颗粒外围的巨大压力才 能实现 , 而 颗 粒细 度 的提高能大 幅度地 减小这 种压力 . 另外 , 细度 的提高大大提高了蓝 晶石 颗 粒 的晶格缺 陷 , 使 内能增加促进分解的进行 . 氧 化钙及水玻璃与蓝 晶石细颗 粒混合后 都能 进一 步 降低分解温度 和 提高分解速度 . 其根 本原因 是 由于 在高温状 态下 , 这 些碱性物质促进了 液 相 的形成 . 液 相 的存在 能够加快蓝 晶石 晶格的 破坏过程 和 提 高质点 的迁移速 度 , 因而 能够 促 进蓝 晶 石 的分解 . 超细 工 业氧化铝粉与蓝 晶 石 细 颗粒 混合后 也 能促进蓝 晶石 的分解 , 但没 有 C a O 及水 玻璃的作用 明显 . 超 细 氧化铝粉对 蓝 晶石分解的促进作用在 于超细 氧化铝 粉能与蓝 晶石 分解 出 来 的无 定形 51 0 2 发生 二 次莫来 石 化 . 在所有 的环境 中未发现方石英 的存 在 . 参 考 文 献 1 倪文 , 李 建平 , 方兴 . 矿物 材料 学导 论 . 北 京 : 科 学 出 版 社 , 1 9 9 8 2 钱之 荣 , 范广举 . 耐 火材料实 用手册 . 北京 : 冶金 工业 出版社 , 1 9 9 5 yK an it e D e c o m P o s it i o n B e h va i o ur i n D i fe r e n t C i r e um s t a n e e s NI 肠 n , IL U eF 儿 g 脚 ie R e s o ur e e s E n g i n e e r i n g S c h o o l , U S T B e ij i n g , B e ij in g l 0 0 0 8 3 , C h i n a A B S T R A C T hT e b e h a v i o itr o f 玲an it e d e c o n 1P o s ign int o mu llit e an d 5 10 2 in d i fe re n t te m P e r a t u r e s , d i卜 fe er nt m e d i俪 e o n d it ion s an d d i fe er nt 盯a i n s i z e s w a s s ut d i e d . T h e e x p e r im e nt s s h o w e d ht at ht e de c r e a s e o f g r a i n s i z e s e an l a gr e l y d e e r e a s e ht e d e e o m Po s i n g t e m Pe r a h ir e an d i n e r e a s e ht e d e e o m P o s i n g s P e e d . W h e n ht e 玲an it e 1 5 e o nt a c t i n g w iht a m e lt w h i c h P r o du e e d i n d e e o m P o s i n g P r o e e s s , ht e d e e o m P o s in g et m P e r a t Llr e e an b e s i g n iif e ant l y d i e r e a s e d a n d ht e d e e o m P o s i n g s P e e d e an b e l a r g e ly i n c r e a s e d . K E Y W O R D S ky an it e : ht e mr a l d e e o m P o s it i o n : mu llit e