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| 高铝矾土基莫来石合成耐火材料工艺路线 |
| 2009-05-14 19:37:05 |
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| 高铝矾土基莫来石合成耐火材料工艺路线
北方窑业工程有限公司 姚文博 吴云通
郑州大学物理工程学院 孙洪巍
1.前言：
我国有丰富的高铝质耐火原料资源，建国以来，国家先后在山西阳泉、贵州贵阳、河南渑池依托当地铝土矿资源，建立了高铝耐火原料生产基地，积累了高铝熟料生产的丰富经验和教训。改革开放以来，民营企业的迅猛发展，基本上满足了国内外市场对高铝熟料数量的要求，但目前仍以煅烧天然块料为主，品种单一，质量波动大，资源利用差，能耗高，污染严重。
自煤烧竖炉和燃煤倒焰窑被取缔后，目前的煅烧窑炉主要以燃气方倒焰窑和燃煤粉回转窑为主，近两年发展了新型燃气机械化竖炉，但这些炉型都只能烧块料，回转窑小于5mm、倒焰窑和竖炉小于40mm以下的碎矿无法利用，造成了大量的资源浪费。另外还有采矿过程中大量遗弃的粉矿或者较低品位的原矿均未得到充分使用。
目前我国耐火材料约有42％左右以高铝矾土为原料。因此重视耐火原料的研究，采取均化、提纯等工艺技术路线，使天然原料的品位、质量发生质的提升，同时提高原料附加值，为研发大量的优质合成新材料，奠定坚实的基础早已摆上议事日程，现在则更为迫切。近年来随着氧化铝生产企业的高速发展，致使我国铝土矿资源日趋匮乏，尤其高铝富矿供给矛盾突出。
我国对高铝矾土均质料研究工作始于七十年代，“八五”正式列入攻关课题，至今已有较为坚实的研究和企业规模生产基础。各地由于原材料和条件不同，采用的工艺路线和均化方式也是大相庭径，各不相同。总结经验教训，完善试验工作，正确选择均质料工艺路线，大力发展高铝均质料在技术上是完全可行的。
2.国内典型均质料工艺路线：
均质耐火材料的合成和生产始于国外，国内这几年已开始重视，并在各地得到不同程度的发展，但总体规模和装备水平相对较差，采用的工艺路线和煅烧方法也是五花八门。
总体来讲，按照原料的加工方法可以分为干法工艺和湿法工艺两种，也有两种方法互相结合的。而干法工艺过程也是形形色色，有雷蒙磨和筒式磨之分；湿法也有连续式磨和间歇式球磨，有压滤、挤条或挤坯，也有喷雾干燥、压球或压坯；还有先干磨、再加水，进而采用湿法工艺的等等。成型方法也分为液压压球、挤条、挤坯、压砖坯等。煅烧窑炉主要有燃气倒焰窑、隧道窑、燃煤粉回转窑，近2年有了机械化燃气竖炉。比较典型的有以下几种：
2.1阳泉铝矾土矿干法工艺：
利用混级碎矿磨细成均质料，半干法成球盘成球煅烧。半干法成球盘成球煅烧工艺流程如下：
碎矿（＜50mm，取样分析，控制平均品位）→粉碎（配矿）→磨矿（筒磨机，-200目占85% 以上）→均化（压缩空气搅拌库）→成球（半干法，成球盘）→（干燥、预热）→回转窑煅烧。
实验表明，磨矿均化成球煅烧工艺可以利用混级碎矿，实现了高铝熟料均质化，同一品级原料的W（Al2O3）波动范围在1%以内，也迈出用高铝矾土原料合成莫来石的第一步。
2.2湖南辰溪、靖州湿法工艺：
湖南辰溪、靖州一带利用当地的铝土矿选出块状黄铁矿，采用连续湿法细磨均化—压滤—真空练泥挤条--干燥--回转窑高温煅烧工艺，生产全天然料莫来石（M70,M60）。大同硅铝耐火材料有限公司除了生产铝矾土熟料外，也采用了与之相近的工艺路线，生产系列矾土基莫来石M45、M60和M70，主要特点是原料配矿连续湿磨使成份均匀，也采取了湿法除铁，采用低灰份、高熔点灰分的煤粉，回转窑煅烧。近几年，也有采用类似工艺的工厂在内蒙、山西投产，产品多出口外销，国内沿海省份耐火企业使用较多，70料每吨售价在2000元以上。
此工艺存在的主要问题是：原料连续磨因硬度不同会磨细过程下料不均匀，水分加入不准确，需要很大的均化池，压滤过程不易进行，劳动强度大，干燥不好时，料块的整体性很差。
2.3美国CE公司贵州成产线：
美国CE公司在贵州修文，采用专门精选的当地高纯生矿细磨均化--压坯--用倒焰窑煅烧生产特级料，售价是同类产品两倍多。产品理化指标是熟料Al2O3 89.5％，TiO2 4.0％，R2O 0.4％，Fe2O3 1.7％，熟料体积密度3.40 g/cm3。因直接燃煤已被叫停。
2.4 邢台新兴公司干、湿法混合工艺路线：
邢台新型耐火材料公司采用先干法，后湿法的混合工艺路线。原矿—雷蒙细磨—配料—浆池强制搅拌（水分35%）—压滤—真空练泥—挤出成型（空心砖坯）--隧道干燥—燃气隧道窑煅烧。主要用于煅烧合成莫来石或者堇青石-莫来石原料。此方法可以实现湿法除铁工艺。
2.5 巩义金岭公司干、湿法混合工艺路线：
巩义金岭耐火材料公司也采用先干法，后湿法的混合工艺路线，但与邢台新兴公司有所不同。原矿—雷蒙细磨—配料—加泥浆（一种原料用球磨湿磨成浆）--双轴搅拌（水分13-16%）—真空练泥—挤出成型（砖坯）--干燥—燃气倒焰窑煅烧。主要用于煅烧合成莫来石均质原料。
此方法无法实现湿法除铁工艺，均化程度也较新兴公司差些。
2.6 传统干法合成路线：
传统干法合成工艺采用了与耐火制品基本相同的方法，即干法制粉--半干法造粒（水分5-8%）--高压压球或压坯—隧道窑或倒焰窑煅烧。
山西凯成、峰新耐火等采用此工艺，郑州东方均质公司原料加工也与此相同，但成型采用了高压压球，燃气竖炉煅烧的新工艺。虽然干法工艺也可以生产出品质较好、体密高的均质料产品，同比湿法成本会低一些，用水量也少，但干法制粉要达到325目以上的细度，效率很低，也很容易混入更多的铁质，再之干法过程除铁本身难度很大，要生产高品质均质料难度较大。
2.7 陶瓷行业成熟的中、高铝球生产工艺：
陶瓷行业所生产的研磨介质中、高铝球，中铝球一般铝含量为68-70%，高铝球一般铝含量为90-92%，其实就是一类高度耐磨、体积密度较大的耐火制品，其生产工艺技术非常成熟，已得到广泛推广和使用。其工艺路线为：原料分别中碎—自动配料—球磨机湿法磨细—高强电磁除铁（可以串联2-3级）--喷雾造粒—液压机成球（或成坯）--隧道窑或梭式窑烧成。广东佛山、山东淄博等均有很多生产线，巩义富强耐火公司2007年也投产了一条年产2万吨的中铝球生产线。中铝球体密可达2.8-2.9g/cm3,高铝球可达3.5-3.6 g/cm3。
此湿法合成工艺除了具备干法或干、湿混合法等的优点之外，它的均化程度最好、铝含量可以稳定达到±1%以内，湿法球磨细度达到325目以上很容易，使得除铁工艺变得简单而且效率较高，实验证明采用两级串联高强电磁除铁，可以除掉原料中40%以上的氧化铁，使得均质料的品质得到大大提高，再之湿法比表面积大，煅烧温度较干法会低10-20℃，体密也会高出0.1-0.2g/cm3，生产过程粉尘污染很小，劳动条件和劳动环境较好，这些都是其它工艺所很难达到的。湿法工艺的不足之处是：工艺路线较长、干燥消耗部分热量、用水量大，较之干法工艺生产成本会高一些。
综上所述，预均化处理对原料的化学组成没有改变，干磨增铁难除、湿磨可除铁，采用高品位原料与低品位原料配矿生产均质莫来石，无法获得更高品位产品，要达到更高的铝含量，必须配入适量的氧化铝。但预均化立足我国高铝矾土资源基础制备系列矾土基均质料，使大量中、低品位高铝矾土及10 mm以下碎矿得以充分利用，使资源利用率大大提高，丰富了产品品种，提高了高铝矾土熟料质量，因此具有广泛的应用前景，在资源紧缺的今天更具有重要的现实意义。国内少数企业生产个别牌号的高铝矾土均质料和矾土基莫来石，虽然没有系列化，但产品质量优于高铝熟料，经济效益却很明显。
3. 优化均化莫来石工艺方案
回顾我国高铝熟料生产技术发展与实践，立足我国高铝矾土资源和开采加工，高铝矾土均质化的必要性毋庸置疑。当前，面临我国高铝资源倾向于铝氧工业情况下，耐火级高铝矾土供应日益紧缺，将制约耐火行业发展。因此迫切需要改变资源的不合理开采使用。采用科学的工艺和先进的装备，充分利用大量的中低品位高铝矾土、混级矿和碎矿，制备具有优异性能的系列矾土基均质料（Al2O3含量50-90%），重点是莫来石均质料（Al2O3含量45-75%）。均质料系列化产品促进了高铝矾土熟料质量、性能和附加值升级，改变工艺采用先进的工艺装备才可以实现节能减排。因此，发展高铝矾土均质料，具有重要的现实意义和广阔的应用市场。世界上美、英、日等国早已广泛使用均质料，主要生产公司如美国CE公司和英国ECC公司生产莫来石历史悠久，我国终于跟上世界发展潮流。
借鉴水泥、陶瓷等行业的成功经验，应优化均化料的工艺路线，以保证产品质量，符合理化指标和岩相的要求，特别是Al2O3成份波动控制在±1％以内。可以采用原料预均化，干法或湿法细磨，湿磨后的除铁、干燥，高压压球或压坯，气烧竖窑或隧道窑煅烧熟料。以上工艺方案，通过多次均化，预期Al2O3成份可控制在±1％以下。高压压球和气烧竖窑能保证熟料体积密度。多次试验表明，在均化料同样细度条件下，压球比挤条煅烧熟料体积密度至少高0.1g/cm3。煅烧采用气烧竖窑，比回转窑等煅烧炉窑节能60%以上，高温煅烧时间长产品质量优于回转窑产品，污染环境问题易于处理。
尽管如此，我们还是选择典型的传统干法工艺和湿法工艺，从投资规模、生产成本、产品质量、销售价格和经济效益等方面进行对比，以便科学决策，避免投资失误，造成不必要的经济损失。
4. 年产10万吨矾土基莫来石均质耐火材料干、湿法生产线投资、成本、效益对比
说明：下面部分是以年产10万吨325目细度铝矾土均质料生产线为例，对干、湿法两种典型的生产工艺路线进行了分析对比。对比仅限于工艺不同的破碎、球磨（粉磨）、喷雾造粒（轮碾造粒）等工序。
4.1. 生产工艺
4.1.1 湿法生产工艺路线：
软质原料→检选→中间料仓
硬质原料→颚式破碎→对辊破碎→中间料仓 自动称量配料→皮带机→球磨机→除铁→泥浆池→泥浆泵→高强电磁除铁(二级串联)→均化浆池→泥浆泵→伺服罐→柱塞泵→喷雾干燥塔→振动筛→皮带机→斗式提升机→料仓→皮带机→斗式提升机→压机料仓→自动压球机成型→隧道干燥窑干燥→燃气竖炉煅烧→检选、包装。
4.1.2 干法生产工艺路线：
软质原料→干燥→锤式破碎→中间料仓
硬质原料→鄂式破碎→中间料仓 自动称量、振动卸料→皮带机上混合→滚筒式除铁器→过渡料仓→雷蒙机→斗式提升机→均化料仓→轮碾混料造粒→斗式提升机→陈腐料仓→斗式提升机→压机料仓→自动压球机成型→隧道干燥窑干燥→燃气竖炉煅烧→检选包装。
4.2. 生产线设备清单
4.2.1 湿法生产工艺路线
4.2.1.1 破碎、配喂料系统 (单位：万元)
编号 设备名称及规格型号 功率 单位 数量 单价 总价 总功率
101 颚式破碎机PEF250×400 15 台 2 3.0 6.0 30
102 双辊破碎机2PG 610-400 30 台 2 4.0 8.0 60
103 自动喂料机（60T） 10 台 1 13.0 13.0 10
104 装载机（50型） 台 2 28. 56.0
合 计： 83.0 100
4.2.1.2 泥浆制备系统
201 大倾斜皮带输送机 5 台 1 6.0 6.0 5
202 可逆皮带输送机 5 套 1 4.0 4.0 5
203 50吨球磨机 200 台 6 40.0 240.0 1200
204 球磨机衬石 套 4 3.5 14.0
205 球磨机平台及加水装置 套 1 8.0 8.0
206 泥浆泵及输送管道 15 台 4 3.0 12.0 60
207 TCIJ7500平浆搅拌机 15 台 8 4.0 32.0 120
208 900×1200振动筛 1.5 台 4 1.5 6.0 6
209 电磁除铁器 TCIC5 40 套 2 36.0 72.0 80
210 5T电动葫芦 2 台 1 1.5 1.5 2
211 人工除铁及其它 套 2 1.5 3.0
212 泥浆池 342M³ 个 4 5.0 20.0
合 计： 418.5 1478
4.2.1.3 粉料制备及储存系统
编号 设备名称及规格型号 单位 数量 单价 总价
301 TCIP4000型喷塔（含热风炉）台套 2 120.0 240.0 300
302 YB200型柱塞泵 台 4 3.5 14.0 30
304 5M³伺服罐及搅拌机 台套 2 5.0 11.0 6
305 D300斗式提升机H≥20M 台 2 3.5 7.0 11
306 皮带输送机 台 6 2.5 15.0 30
307 150吨粉料仓 个 4 14.0 56.0
合 计： 343.0 377
以上3项设备及配套设施部分 共计约844.5万元左右。需要动力装机容量1955Kw左右。
4.2.2干法生产工艺路线
2.2.1 破碎系统 (单位：万元)
编号 设备名称及规格型号 功率Kw 单位 数量 单价 总价 功率
101 颚式破碎机PEF250×400 15 台 4 1.5 4.5 6.0
102 悬辊破碎机5R4119 145 台 11 47.0 517.0 1595
103 锤式破碎机 15 台 1 3.0 3.0 15
104 D300斗式提升机H≥20M 5.5 台 4 3.5 14.0 22
105 皮带输送机 5 台 2 2.0 4.0 10
106 储料仓 200M³ 个 10 5.0 50.0
107 微粉磁选机CXY-2×80 3.15 台 6 6.0 36.0 19.9
合 计： 628..5 1668
4.2.2.2 干法混配料系统
201 配料皮带输送机（滚筒带除铁）5 台 1 6.0 6.0 5
202 自动称量电磁震动给料机 1 套 10 1.0 10.0 10
203 均化中间料仓 个 4 7.0 28.0
204 D300斗式提升机H≥20M 5.5 台 2 3.5 7.0 11
合 计： 51.0 26
4.2.2.3 粉料制备及储存系统
编号 设备名称及规格型号 功率 单位 数量 单价 总价 总功率
301 轮碾加湿混料机 18.5 台套 10 6.5 65.0 185
302 皮带输送机 5 台 2 3.5 7.0 10
304 D300斗式提升机H≥20M 55 台 2 3.5 7.0 11
305 中间陈腐料仓 个 4 3.5 7.0
306 皮带输送机 5 台 6 2.5 15.0 30
307 150吨粉料仓 个 4 14.0 56.0
合 计： 157.0 236
以上3项设备及配套设施部分 共计约836.5万元左右。需要动力装机容量1930Kw左右。
4.3.生产成本计算
4.3.1湿法生产成本（只计算从破碎、球磨到喷雾造粒工序）
4.3.1.1破碎、配喂料系统
（1）电耗：每天有效工作时间22小时，电费0.55元/kwh
0.55×100×22×330×0.8=319440元/年
（2）工资： 定员30人，人均工资12000元/年（下同）
12000×30=360000元/年
合计： 655440元/年
4.3.1.2球磨：
(1)电耗：
a. 球磨时间为 12小时/每磨，
0.55×1200×12×0.8÷300=21.12元/吨
b. 过筛、除铁、倒浆每天工作18小时
0.55×158×18×0.8÷400=3.13元/吨
c. 搅拌每天按24小时工作
0.55×120×24×0.8÷400=3.16元/吨
球磨电耗合计为：27.41（元/吨）×125000（吨）=3426250元/年
(2.)水费：球磨用水，按 料 ：水=1 ：0.8，再加上冲洗及其他用水，
每吨料折合用水 0.9吨，水费为1.5元/吨
1.5×0.9×125000=168750元/年
(3)工资：定员20人
12000×20=240000元/年
(4)球石损耗：磨损为每小时0.3‰（重量比），每磨需加添加100kg球石，每吨球石2000元，每吨料需耗费需耗费价值5.04元钱的球石
5.04×125000=630000元/年
(5)添加剂： 5000元/吨，按干料量的0.3%加入
5000×125000×0.003=1875000元/年
球磨合计：6340000元/年
4.3.1.3喷雾干燥：
(1)电耗： 0.55×327.5×0.8÷12=12元/吨
12×125000=1500000元/年
(2)煤气：喷塔每小时耗气2500BM3,每BM3价0.3元
0.3×2500÷12×125000=7812500元/年
(3)工资：定员18人 12000×18=216000元/年
喷雾干燥合计， 9528500元/年
4.3.1.4 设备折旧 扣除10%残值后按折旧年限10年计算
8445000×0.9÷10=7600500元/年
以上四项合计：655400+6340000+9528500+760050=172839500元/年
每吨料（10万吨成品）的加工成本为：172839500÷100000=172.8元
4.3.2干法生产成本（只包括从破碎到造粒的过程）
4.3.2.1 破碎、雷蒙磨系统
电耗 0.55×1668×22×330×0.8=5328259元/年
工资 定员90人，人均12000元/年（下同）
12000×90=1080000元/年
磨辊、磨环损耗：根据生产厂家实践，雷蒙磨磨325目细粉时磨辊、磨环损耗严重，2000多元的一套磨辊、磨环，工作100多小时就要更换；更换又不方便，耗时长，耽误生产。据计算，每吨料磨滚、磨环损耗约合22-30元（不同厂家略有差别）。现按最低损耗计算：22×100000=2200000（元/年）.
以上三项合计： 5328259+1080000+2200000=8608259元/年
4.3.2.2混、配料系统
电耗 0.55×26×330×0.8=83055元/年
工资 定员9人
12000×9=108000元/年
添加剂 按干料重量的0.3%添加
5000×125000×0.003=1875000元/年
合计 83055+108000+1875000=2066055元/年
4.3.2.3粉料制备
电耗 0.55×236×22×330×0.8=753878元/年
工资 定员40人
12000 ×40=480000元/年
合计 753878+480000=1233878元/年
4.3.2.4 设备折旧
8365000×0.9÷10=752850元/年
以上四项合计，8608259+2066055+1233878+752850=12661042元/年
以上工序，10万吨成品料每吨料的加工成本：
12661042÷100000=126.61元
4.4.对比与分析
4.4.1就本例而言，干法与湿法生产工艺不同之处主要在从破碎到造粒即成型以前的工序。
4.4.2生产成本对比
就本例而言，湿法每吨料的加工成本（仅包括上述工序，下同）为172.28元，干法为126.61元，
172.28—126.61=45.67（元/吨料）
则湿法比干法每吨料的生产成本高45.67元。
一吨矾土基莫来石均质料总成本约800-900元，湿法较干法高出的的约46元成本实际只占总成本的5-6%左右。
4.4.3设备投资成本对比
就本例而言，湿法从破碎到喷雾造粒，设备投资约844.5万元，装机容量1955KW,
干法从破碎到轮碾造粒，设备投资约836.5万元，装机容量1930K
两者相比较，在不计除尘设备投资的前提下，湿法与干法在设备投资和装机容量方面相差无几：分别差8万元和25KW，基本可忽略不计。加上除尘设备，干法的设备投资和装机容量则都要高出湿法。
4.4.3产品品质对比
虽然湿法较干法成本略高，但湿法生产的产品品质明显较干法高出一筹，主要优点：
4.4.3.1均化程度高，产品性能差异小，品质稳定。
由于湿法工艺的特性，物料在球磨、入池搅拌、雾化造粒等过程得到了反复地、充分地均化，因而同批次产品的成分一致，性能差异小，品质稳定。Al2O3成份可控制在±1％以内，而品质稳定的均质料名副其实，肯定更受用户和市场欢迎。形成口碑后，售价更有提升空间。
4.4.3.2 坯体强度高，体积密度大
据市场调查，大同、内蒙、湖南辰溪等地， AI2O3含量在70%、体密2.8-2.9g/cm3，采用湿法、挤泥条工艺、回转窑煅烧的铝矾土均质料售价在2000-2200元/吨左右。
而采用湿法工艺、压制成型，由于喷雾干燥造粒的粉料是球形颗粒，流动性好，且颗粒级配易于控制，故此成型后，坯体强度高，体密可达到3.5-3.6g/cm3，(90料)；70料体积密度可达2.9-3.0g/cm3，因而售价每吨可高出200元以上。
而干法制粉、成型的均质料体密最大3.2-3.3(90料)，很难达到3.4g/cm3。
所以工艺不同，体密不同，产品质量也大不相同，售价也明显分出高低，湿法除铁后，铁含量可降低40%以上，产品质量更好。
4.4.3.3 湿法除铁效果好，高出干法除铁效率的5倍
试验表明，采用湿法二级串连除铁，第一级为1.5万高斯（15KW），第二级为2.5万高斯（25KW），原料中的铁含量可由1.14%减少到0.65%。效果明显，除铁效率可达42.98%，与原设想和分析结果差不多。因而可以有效提高均质料的高温使用性能。
湿法除铁效率是干法的5倍，已有试验数据。市场调研表明，生产高端产品的企业非常欢迎含铁量低的优质均质料。
4.4.4湿法生产劳动条件好，环境污染少，易于实现连续化、自动化生产
干法生产过程中，扬尘点多 ，粉尘污染严重。例如雷蒙磨、轮碾机等处工作时，粉尘很大，噪音也很大，需添加价值不菲的除尘装置，除投资增加外，日常电耗增加不少， 从长远发展来看，也越来越难以通过日益严格的环保评审。
4.4.5根据干法生产的实践来看，干法细磨的主要设备雷蒙磨最佳粉磨细度一般在120-180目，再细则磨环、磨辊损耗很大；雷蒙磨工作在325目以上，除产能明显下降外，对设备寿命也有很大影响。若粒度偏粗，则煅烧温度要提高，燃耗增加。
4.5结论与建议
综上所述，湿法生产成本较干法稍高（每吨约46元），设备投资基本相同，但产品质量明显提高，其均化程度高，成分及性能一致性好 ，不同批次产品质量波动小；体积密度大，可达3.5-3.6g/cm3(90料)；与干法料相比，铁含量可降低40-50%左右，因而可以有效提高产品的高温使用性能。其售价每吨可高出干法产品200-300元以上。
实际生产过程中，普通干法生产只能经济地获得200目左右的粉料，根据多个厂家的测算结果，用雷蒙磨系统加工325目以下的铝矾土粉料的生产成本会大幅度提高到200元/吨以上。另外，若用200目左右的粉料生产均质料，其烧结温度较325目的粉料要高出50度左右，因而烧结成本也相对提高10%左右。
综合考虑各方面的经济效益和社会效益，我们建议采用湿法球磨—电磁除铁--喷雾干燥—高压压球（或压坯）--燃气竖炉（或隧道窑）煅烧的工艺路线。
北方窑业工程有限公司 姚文博 吴云通
郑州大学物理工程学院 孙洪巍
1.前言：
我国有丰富的高铝质耐火原料资源，建国以来，国家先后在山西阳泉、贵州贵阳、河南渑池依托当地铝土矿资源，建立了高铝耐火原料生产基地，积累了高铝熟料生产的丰富经验和教训。改革开放以来，民营企业的迅猛发展，基本上满足了国内外市场对高铝熟料数量的要求，但目前仍以煅烧天然块料为主，品种单一，质量波动大，资源利用差，能耗高，污染严重。
自煤烧竖炉和燃煤倒焰窑被取缔后，目前的煅烧窑炉主要以燃气方倒焰窑和燃煤粉回转窑为主，近两年发展了新型燃气机械化竖炉，但这些炉型都只能烧块料，回转窑小于5mm、倒焰窑和竖炉小于40mm以下的碎矿无法利用，造成了大量的资源浪费。另外还有采矿过程中大量遗弃的粉矿或者较低品位的原矿均未得到充分使用。
目前我国耐火材料约有42％左右以高铝矾土为原料。因此重视耐火原料的研究，采取均化、提纯等工艺技术路线，使天然原料的品位、质量发生质的提升，同时提高原料附加值，为研发大量的优质合成新材料，奠定坚实的基础早已摆上议事日程，现在则更为迫切。近年来随着氧化铝生产企业的高速发展，致使我国铝土矿资源日趋匮乏，尤其高铝富矿供给矛盾突出。
我国对高铝矾土均质料研究工作始于七十年代，“八五”正式列入攻关课题，至今已有较为坚实的研究和企业规模生产基础。各地由于原材料和条件不同，采用的工艺路线和均化方式也是大相庭径，各不相同。总结经验教训，完善试验工作，正确选择均质料工艺路线，大力发展高铝均质料在技术上是完全可行的。
2.国内典型均质料工艺路线：
均质耐火材料的合成和生产始于国外，国内这几年已开始重视，并在各地得到不同程度的发展，但总体规模和装备水平相对较差，采用的工艺路线和煅烧方法也是五花八门。
总体来讲，按照原料的加工方法可以分为干法工艺和湿法工艺两种，也有两种方法互相结合的。而干法工艺过程也是形形色色，有雷蒙磨和筒式磨之分；湿法也有连续式磨和间歇式球磨，有压滤、挤条或挤坯，也有喷雾干燥、压球或压坯；还有先干磨、再加水，进而采用湿法工艺的等等。成型方法也分为液压压球、挤条、挤坯、压砖坯等。煅烧窑炉主要有燃气倒焰窑、隧道窑、燃煤粉回转窑，近2年有了机械化燃气竖炉。比较典型的有以下几种：
2.1阳泉铝矾土矿干法工艺：
利用混级碎矿磨细成均质料，半干法成球盘成球煅烧。半干法成球盘成球煅烧工艺流程如下：
碎矿（＜50mm，取样分析，控制平均品位）→粉碎（配矿）→磨矿（筒磨机，-200目占85% 以上）→均化（压缩空气搅拌库）→成球（半干法，成球盘）→（干燥、预热）→回转窑煅烧。
实验表明，磨矿均化成球煅烧工艺可以利用混级碎矿，实现了高铝熟料均质化，同一品级原料的W（Al2O3）波动范围在1%以内，也迈出用高铝矾土原料合成莫来石的第一步。
2.2湖南辰溪、靖州湿法工艺：
湖南辰溪、靖州一带利用当地的铝土矿选出块状黄铁矿，采用连续湿法细磨均化—压滤—真空练泥挤条--干燥--回转窑高温煅烧工艺，生产全天然料莫来石（M70,M60）。大同硅铝耐火材料有限公司除了生产铝矾土熟料外，也采用了与之相近的工艺路线，生产系列矾土基莫来石M45、M60和M70，主要特点是原料配矿连续湿磨使成份均匀，也采取了湿法除铁，采用低灰份、高熔点灰分的煤粉，回转窑煅烧。近几年，也有采用类似工艺的工厂在内蒙、山西投产，产品多出口外销，国内沿海省份耐火企业使用较多，70料每吨售价在2000元以上。
此工艺存在的主要问题是：原料连续磨因硬度不同会磨细过程下料不均匀，水分加入不准确，需要很大的均化池，压滤过程不易进行，劳动强度大，干燥不好时，料块的整体性很差。
2.3美国CE公司贵州成产线：
美国CE公司在贵州修文，采用专门精选的当地高纯生矿细磨均化--压坯--用倒焰窑煅烧生产特级料，售价是同类产品两倍多。产品理化指标是熟料Al2O3 89.5％，TiO2 4.0％，R2O 0.4％，Fe2O3 1.7％，熟料体积密度3.40 g/cm3。因直接燃煤已被叫停。
2.4 邢台新兴公司干、湿法混合工艺路线：
邢台新型耐火材料公司采用先干法，后湿法的混合工艺路线。原矿—雷蒙细磨—配料—浆池强制搅拌（水分35%）—压滤—真空练泥—挤出成型（空心砖坯）--隧道干燥—燃气隧道窑煅烧。主要用于煅烧合成莫来石或者堇青石-莫来石原料。此方法可以实现湿法除铁工艺。
2.5 巩义金岭公司干、湿法混合工艺路线：
巩义金岭耐火材料公司也采用先干法，后湿法的混合工艺路线，但与邢台新兴公司有所不同。原矿—雷蒙细磨—配料—加泥浆（一种原料用球磨湿磨成浆）--双轴搅拌（水分13-16%）—真空练泥—挤出成型（砖坯）--干燥—燃气倒焰窑煅烧。主要用于煅烧合成莫来石均质原料。
此方法无法实现湿法除铁工艺，均化程度也较新兴公司差些。
2.6 传统干法合成路线：
传统干法合成工艺采用了与耐火制品基本相同的方法，即干法制粉--半干法造粒（水分5-8%）--高压压球或压坯—隧道窑或倒焰窑煅烧。
山西凯成、峰新耐火等采用此工艺，郑州东方均质公司原料加工也与此相同，但成型采用了高压压球，燃气竖炉煅烧的新工艺。虽然干法工艺也可以生产出品质较好、体密高的均质料产品，同比湿法成本会低一些，用水量也少，但干法制粉要达到325目以上的细度，效率很低，也很容易混入更多的铁质，再之干法过程除铁本身难度很大，要生产高品质均质料难度较大。
2.7 陶瓷行业成熟的中、高铝球生产工艺：
陶瓷行业所生产的研磨介质中、高铝球，中铝球一般铝含量为68-70%，高铝球一般铝含量为90-92%，其实就是一类高度耐磨、体积密度较大的耐火制品，其生产工艺技术非常成熟，已得到广泛推广和使用。其工艺路线为：原料分别中碎—自动配料—球磨机湿法磨细—高强电磁除铁（可以串联2-3级）--喷雾造粒—液压机成球（或成坯）--隧道窑或梭式窑烧成。广东佛山、山东淄博等均有很多生产线，巩义富强耐火公司2007年也投产了一条年产2万吨的中铝球生产线。中铝球体密可达2.8-2.9g/cm3,高铝球可达3.5-3.6 g/cm3。
此湿法合成工艺除了具备干法或干、湿混合法等的优点之外，它的均化程度最好、铝含量可以稳定达到±1%以内，湿法球磨细度达到325目以上很容易，使得除铁工艺变得简单而且效率较高，实验证明采用两级串联高强电磁除铁，可以除掉原料中40%以上的氧化铁，使得均质料的品质得到大大提高，再之湿法比表面积大，煅烧温度较干法会低10-20℃，体密也会高出0.1-0.2g/cm3，生产过程粉尘污染很小，劳动条件和劳动环境较好，这些都是其它工艺所很难达到的。湿法工艺的不足之处是：工艺路线较长、干燥消耗部分热量、用水量大，较之干法工艺生产成本会高一些。
综上所述，预均化处理对原料的化学组成没有改变，干磨增铁难除、湿磨可除铁，采用高品位原料与低品位原料配矿生产均质莫来石，无法获得更高品位产品，要达到更高的铝含量，必须配入适量的氧化铝。但预均化立足我国高铝矾土资源基础制备系列矾土基均质料，使大量中、低品位高铝矾土及10 mm以下碎矿得以充分利用，使资源利用率大大提高，丰富了产品品种，提高了高铝矾土熟料质量，因此具有广泛的应用前景，在资源紧缺的今天更具有重要的现实意义。国内少数企业生产个别牌号的高铝矾土均质料和矾土基莫来石，虽然没有系列化，但产品质量优于高铝熟料，经济效益却很明显。
3. 优化均化莫来石工艺方案
回顾我国高铝熟料生产技术发展与实践，立足我国高铝矾土资源和开采加工，高铝矾土均质化的必要性毋庸置疑。当前，面临我国高铝资源倾向于铝氧工业情况下，耐火级高铝矾土供应日益紧缺，将制约耐火行业发展。因此迫切需要改变资源的不合理开采使用。采用科学的工艺和先进的装备，充分利用大量的中低品位高铝矾土、混级矿和碎矿，制备具有优异性能的系列矾土基均质料（Al2O3含量50-90%），重点是莫来石均质料（Al2O3含量45-75%）。均质料系列化产品促进了高铝矾土熟料质量、性能和附加值升级，改变工艺采用先进的工艺装备才可以实现节能减排。因此，发展高铝矾土均质料，具有重要的现实意义和广阔的应用市场。世界上美、英、日等国早已广泛使用均质料，主要生产公司如美国CE公司和英国ECC公司生产莫来石历史悠久，我国终于跟上世界发展潮流。
借鉴水泥、陶瓷等行业的成功经验，应优化均化料的工艺路线，以保证产品质量，符合理化指标和岩相的要求，特别是Al2O3成份波动控制在±1％以内。可以采用原料预均化，干法或湿法细磨，湿磨后的除铁、干燥，高压压球或压坯，气烧竖窑或隧道窑煅烧熟料。以上工艺方案，通过多次均化，预期Al2O3成份可控制在±1％以下。高压压球和气烧竖窑能保证熟料体积密度。多次试验表明，在均化料同样细度条件下，压球比挤条煅烧熟料体积密度至少高0.1g/cm3。煅烧采用气烧竖窑，比回转窑等煅烧炉窑节能60%以上，高温煅烧时间长产品质量优于回转窑产品，污染环境问题易于处理。
尽管如此，我们还是选择典型的传统干法工艺和湿法工艺，从投资规模、生产成本、产品质量、销售价格和经济效益等方面进行对比，以便科学决策，避免投资失误，造成不必要的经济损失。
4. 年产10万吨矾土基莫来石均质耐火材料干、湿法生产线投资、成本、效益对比
说明：下面部分是以年产10万吨325目细度铝矾土均质料生产线为例，对干、湿法两种典型的生产工艺路线进行了分析对比。对比仅限于工艺不同的破碎、球磨（粉磨）、喷雾造粒（轮碾造粒）等工序。
4.1. 生产工艺
4.1.1 湿法生产工艺路线：
软质原料→检选→中间料仓
硬质原料→颚式破碎→对辊破碎→中间料仓 自动称量配料→皮带机→球磨机→除铁→泥浆池→泥浆泵→高强电磁除铁(二级串联)→均化浆池→泥浆泵→伺服罐→柱塞泵→喷雾干燥塔→振动筛→皮带机→斗式提升机→料仓→皮带机→斗式提升机→压机料仓→自动压球机成型→隧道干燥窑干燥→燃气竖炉煅烧→检选、包装。
4.1.2 干法生产工艺路线：
软质原料→干燥→锤式破碎→中间料仓
硬质原料→鄂式破碎→中间料仓 自动称量、振动卸料→皮带机上混合→滚筒式除铁器→过渡料仓→雷蒙机→斗式提升机→均化料仓→轮碾混料造粒→斗式提升机→陈腐料仓→斗式提升机→压机料仓→自动压球机成型→隧道干燥窑干燥→燃气竖炉煅烧→检选包装。
4.2. 生产线设备清单
4.2.1 湿法生产工艺路线
4.2.1.1 破碎、配喂料系统 (单位：万元)
编号 设备名称及规格型号 功率 单位 数量 单价 总价 总功率
101 颚式破碎机PEF250×400 15 台 2 3.0 6.0 30
102 双辊破碎机2PG 610-400 30 台 2 4.0 8.0 60
103 自动喂料机（60T） 10 台 1 13.0 13.0 10
104 装载机（50型） 台 2 28. 56.0
合 计： 83.0 100
4.2.1.2 泥浆制备系统
201 大倾斜皮带输送机 5 台 1 6.0 6.0 5
202 可逆皮带输送机 5 套 1 4.0 4.0 5
203 50吨球磨机 200 台 6 40.0 240.0 1200
204 球磨机衬石 套 4 3.5 14.0
205 球磨机平台及加水装置 套 1 8.0 8.0
206 泥浆泵及输送管道 15 台 4 3.0 12.0 60
207 TCIJ7500平浆搅拌机 15 台 8 4.0 32.0 120
208 900×1200振动筛 1.5 台 4 1.5 6.0 6
209 电磁除铁器 TCIC5 40 套 2 36.0 72.0 80
210 5T电动葫芦 2 台 1 1.5 1.5 2
211 人工除铁及其它 套 2 1.5 3.0
212 泥浆池 342M³ 个 4 5.0 20.0
合 计： 418.5 1478
4.2.1.3 粉料制备及储存系统
编号 设备名称及规格型号 单位 数量 单价 总价
301 TCIP4000型喷塔（含热风炉）台套 2 120.0 240.0 300
302 YB200型柱塞泵 台 4 3.5 14.0 30
304 5M³伺服罐及搅拌机 台套 2 5.0 11.0 6
305 D300斗式提升机H≥20M 台 2 3.5 7.0 11
306 皮带输送机 台 6 2.5 15.0 30
307 150吨粉料仓 个 4 14.0 56.0
合 计： 343.0 377
以上3项设备及配套设施部分 共计约844.5万元左右。需要动力装机容量1955Kw左右。
4.2.2干法生产工艺路线
2.2.1 破碎系统 (单位：万元)
编号 设备名称及规格型号 功率Kw 单位 数量 单价 总价 功率
101 颚式破碎机PEF250×400 15 台 4 1.5 4.5 6.0
102 悬辊破碎机5R4119 145 台 11 47.0 517.0 1595
103 锤式破碎机 15 台 1 3.0 3.0 15
104 D300斗式提升机H≥20M 5.5 台 4 3.5 14.0 22
105 皮带输送机 5 台 2 2.0 4.0 10
106 储料仓 200M³ 个 10 5.0 50.0
107 微粉磁选机CXY-2×80 3.15 台 6 6.0 36.0 19.9
合 计： 628..5 1668
4.2.2.2 干法混配料系统
201 配料皮带输送机（滚筒带除铁）5 台 1 6.0 6.0 5
202 自动称量电磁震动给料机 1 套 10 1.0 10.0 10
203 均化中间料仓 个 4 7.0 28.0
204 D300斗式提升机H≥20M 5.5 台 2 3.5 7.0 11
合 计： 51.0 26
4.2.2.3 粉料制备及储存系统
编号 设备名称及规格型号 功率 单位 数量 单价 总价 总功率
301 轮碾加湿混料机 18.5 台套 10 6.5 65.0 185
302 皮带输送机 5 台 2 3.5 7.0 10
304 D300斗式提升机H≥20M 55 台 2 3.5 7.0 11
305 中间陈腐料仓 个 4 3.5 7.0
306 皮带输送机 5 台 6 2.5 15.0 30
307 150吨粉料仓 个 4 14.0 56.0
合 计： 157.0 236
以上3项设备及配套设施部分 共计约836.5万元左右。需要动力装机容量1930Kw左右。
4.3.生产成本计算
4.3.1湿法生产成本（只计算从破碎、球磨到喷雾造粒工序）
4.3.1.1破碎、配喂料系统
（1）电耗：每天有效工作时间22小时，电费0.55元/kwh
0.55×100×22×330×0.8=319440元/年
（2）工资： 定员30人，人均工资12000元/年（下同）
12000×30=360000元/年
合计： 655440元/年
4.3.1.2球磨：
(1)电耗：
a. 球磨时间为 12小时/每磨，
0.55×1200×12×0.8÷300=21.12元/吨
b. 过筛、除铁、倒浆每天工作18小时
0.55×158×18×0.8÷400=3.13元/吨
c. 搅拌每天按24小时工作
0.55×120×24×0.8÷400=3.16元/吨
球磨电耗合计为：27.41（元/吨）×125000（吨）=3426250元/年
(2.)水费：球磨用水，按 料 ：水=1 ：0.8，再加上冲洗及其他用水，
每吨料折合用水 0.9吨，水费为1.5元/吨
1.5×0.9×125000=168750元/年
(3)工资：定员20人
12000×20=240000元/年
(4)球石损耗：磨损为每小时0.3‰（重量比），每磨需加添加100kg球石，每吨球石2000元，每吨料需耗费需耗费价值5.04元钱的球石
5.04×125000=630000元/年
(5)添加剂： 5000元/吨，按干料量的0.3%加入
5000×125000×0.003=1875000元/年
球磨合计：6340000元/年
4.3.1.3喷雾干燥：
(1)电耗： 0.55×327.5×0.8÷12=12元/吨
12×125000=1500000元/年
(2)煤气：喷塔每小时耗气2500BM3,每BM3价0.3元
0.3×2500÷12×125000=7812500元/年
(3)工资：定员18人 12000×18=216000元/年
喷雾干燥合计， 9528500元/年
4.3.1.4 设备折旧 扣除10%残值后按折旧年限10年计算
8445000×0.9÷10=7600500元/年
以上四项合计：655400+6340000+9528500+760050=172839500元/年
每吨料（10万吨成品）的加工成本为：172839500÷100000=172.8元
4.3.2干法生产成本（只包括从破碎到造粒的过程）
4.3.2.1 破碎、雷蒙磨系统
电耗 0.55×1668×22×330×0.8=5328259元/年
工资 定员90人，人均12000元/年（下同）
12000×90=1080000元/年
磨辊、磨环损耗：根据生产厂家实践，雷蒙磨磨325目细粉时磨辊、磨环损耗严重，2000多元的一套磨辊、磨环，工作100多小时就要更换；更换又不方便，耗时长，耽误生产。据计算，每吨料磨滚、磨环损耗约合22-30元（不同厂家略有差别）。现按最低损耗计算：22×100000=2200000（元/年）.
以上三项合计： 5328259+1080000+2200000=8608259元/年
4.3.2.2混、配料系统
电耗 0.55×26×330×0.8=83055元/年
工资 定员9人
12000×9=108000元/年
添加剂 按干料重量的0.3%添加
5000×125000×0.003=1875000元/年
合计 83055+108000+1875000=2066055元/年
4.3.2.3粉料制备
电耗 0.55×236×22×330×0.8=753878元/年
工资 定员40人
12000 ×40=480000元/年
合计 753878+480000=1233878元/年
4.3.2.4 设备折旧
8365000×0.9÷10=752850元/年
以上四项合计，8608259+2066055+1233878+752850=12661042元/年
以上工序，10万吨成品料每吨料的加工成本：
12661042÷100000=126.61元
4.4.对比与分析
4.4.1就本例而言，干法与湿法生产工艺不同之处主要在从破碎到造粒即成型以前的工序。
4.4.2生产成本对比
就本例而言，湿法每吨料的加工成本（仅包括上述工序，下同）为172.28元，干法为126.61元，
172.28—126.61=45.67（元/吨料）
则湿法比干法每吨料的生产成本高45.67元。
一吨矾土基莫来石均质料总成本约800-900元，湿法较干法高出的的约46元成本实际只占总成本的5-6%左右。
4.4.3设备投资成本对比
就本例而言，湿法从破碎到喷雾造粒，设备投资约844.5万元，装机容量1955KW,
干法从破碎到轮碾造粒，设备投资约836.5万元，装机容量1930K
两者相比较，在不计除尘设备投资的前提下，湿法与干法在设备投资和装机容量方面相差无几：分别差8万元和25KW，基本可忽略不计。加上除尘设备，干法的设备投资和装机容量则都要高出湿法。
4.4.3产品品质对比
虽然湿法较干法成本略高，但湿法生产的产品品质明显较干法高出一筹，主要优点：
4.4.3.1均化程度高，产品性能差异小，品质稳定。
由于湿法工艺的特性，物料在球磨、入池搅拌、雾化造粒等过程得到了反复地、充分地均化，因而同批次产品的成分一致，性能差异小，品质稳定。Al2O3成份可控制在±1％以内，而品质稳定的均质料名副其实，肯定更受用户和市场欢迎。形成口碑后，售价更有提升空间。
4.4.3.2 坯体强度高，体积密度大
据市场调查，大同、内蒙、湖南辰溪等地， AI2O3含量在70%、体密2.8-2.9g/cm3，采用湿法、挤泥条工艺、回转窑煅烧的铝矾土均质料售价在2000-2200元/吨左右。
而采用湿法工艺、压制成型，由于喷雾干燥造粒的粉料是球形颗粒，流动性好，且颗粒级配易于控制，故此成型后，坯体强度高，体密可达到3.5-3.6g/cm3，(90料)；70料体积密度可达2.9-3.0g/cm3，因而售价每吨可高出200元以上。
而干法制粉、成型的均质料体密最大3.2-3.3(90料)，很难达到3.4g/cm3。
所以工艺不同，体密不同，产品质量也大不相同，售价也明显分出高低，湿法除铁后，铁含量可降低40%以上，产品质量更好。
4.4.3.3 湿法除铁效果好，高出干法除铁效率的5倍
试验表明，采用湿法二级串连除铁，第一级为1.5万高斯（15KW），第二级为2.5万高斯（25KW），原料中的铁含量可由1.14%减少到0.65%。效果明显，除铁效率可达42.98%，与原设想和分析结果差不多。因而可以有效提高均质料的高温使用性能。
湿法除铁效率是干法的5倍，已有试验数据。市场调研表明，生产高端产品的企业非常欢迎含铁量低的优质均质料。
4.4.4湿法生产劳动条件好，环境污染少，易于实现连续化、自动化生产
干法生产过程中，扬尘点多 ，粉尘污染严重。例如雷蒙磨、轮碾机等处工作时，粉尘很大，噪音也很大，需添加价值不菲的除尘装置，除投资增加外，日常电耗增加不少， 从长远发展来看，也越来越难以通过日益严格的环保评审。
4.4.5根据干法生产的实践来看，干法细磨的主要设备雷蒙磨最佳粉磨细度一般在120-180目，再细则磨环、磨辊损耗很大；雷蒙磨工作在325目以上，除产能明显下降外，对设备寿命也有很大影响。若粒度偏粗，则煅烧温度要提高，燃耗增加。
4.5结论与建议
综上所述，湿法生产成本较干法稍高（每吨约46元），设备投资基本相同，但产品质量明显提高，其均化程度高，成分及性能一致性好 ，不同批次产品质量波动小；体积密度大，可达3.5-3.6g/cm3(90料)；与干法料相比，铁含量可降低40-50%左右，因而可以有效提高产品的高温使用性能。其售价每吨可高出干法产品200-300元以上。
实际生产过程中，普通干法生产只能经济地获得200目左右的粉料，根据多个厂家的测算结果，用雷蒙磨系统加工325目以下的铝矾土粉料的生产成本会大幅度提高到200元/吨以上。另外，若用200目左右的粉料生产均质料，其烧结温度较325目的粉料要高出50度左右，因而烧结成本也相对提高10%左右。
综合考虑各方面的经济效益和社会效益，我们建议采用湿法球磨—电磁除铁--喷雾干燥—高压压球（或压坯）--燃气竖炉（或隧道窑）煅烧的工艺路线。 |
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