鋁礬土是不可再生的寶貴的資源，它不僅是剛玉制造業(yè)的主要原料，同時(shí)也是鋁工業(yè)、耐火材料制造業(yè)、鋁基復(fù)合材料等工業(yè)制造業(yè)必不可少的主要工業(yè)原料，它是剛玉制造業(yè)生存的前提條件。
    隨著上述工業(yè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展及資源的漸趨匱乏，剛玉制造業(yè)用優(yōu)質(zhì)熟鋁礬土資源也將會(huì)越來(lái)越緊張，而且價(jià)格也將越來(lái)越高，礬土品位也將會(huì)越來(lái)越低。依賴鋁礬土資源生存（初級(jí)生產(chǎn)型）的剛玉制造業(yè)將如何發(fā)展和生存？目前狀態(tài)下的技術(shù)與質(zhì)量、成本與效益之間的動(dòng)態(tài)平衡又該怎樣建立？這是每一位從事剛玉生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的決策者們必須面對(duì)而又無(wú)可回避的重要的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。
冶煉棕剛玉用鋁礬土及主要輔料的特性要求與資源現(xiàn)狀
一）鋁礬土及主要輔料的特性要求
    從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，棕剛玉生產(chǎn)用鋁礬土與鋁工業(yè)和耐火材料用鋁礬土既相互爭(zhēng)資源又有所不同，電解鋁生產(chǎn)所選用的原料是低品位（A/S在7左右）、未經(jīng)高溫焙燒的生鋁礬土；普通耐火材料用熟礬土除了對(duì)體積密度有要求外，其所含的鐵和鈣量要求較嚴(yán)格，相對(duì)于物理性能和硅的氧化物要求則不十分嚴(yán)格；從磨材料和高溫材料的使用性能角度考慮，而用于棕剛玉冶煉的礬土是需經(jīng)過(guò)高溫焙燒的高鋁低硅熟礬土礦，對(duì)于礬土礦中鐵的含量可不必嚴(yán)格要求，而對(duì)于CaO則較為敏感。
    我國(guó)鋁土礦資源80%屬于難處理的中低品位礦，這些礦不適用于棕剛玉的冶煉，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度考慮，適用于冶煉棕剛玉用的熟礬土是高鋁低硅型的硬質(zhì)巖礦或軟質(zhì)粉體礦，其常規(guī)要求技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)如下表：  
熟礬土化學(xué)成分應(yīng)符合下表規(guī)定：

    注：（1）SiO₂的含量小于3%時(shí)，F(xiàn)e₂O₃和TiO₂的含量可控制在小于6%。
       （2）在一批熟礬土中，任取一塊，其鋁硅比不得小于10。
       （3）熟礬土中不得含有生礬土、夾生礬土、石塊、泥土等雜質(zhì)。
       （4）CaO含量每個(gè)礦點(diǎn)每月檢驗(yàn)一次。
       （5）尺寸范圍 30—300mm，30mm以下不得超過(guò)15%，5 mm以下不得超過(guò)5%。  
    剛玉冶煉對(duì)鐵屑和無(wú)煙煤（焦碳）也有一定的技術(shù)要求，否則，同樣會(huì)嚴(yán)重地影響棕剛玉的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。冶煉棕剛玉用無(wú)煙煤（焦碳）及鐵屑技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)分別如下表
無(wú)煙煤（焦碳）化學(xué)成分應(yīng)符合下表規(guī)定：

    注：無(wú)煙煤（焦碳）里不得混有明顯的煤矸石、木頭、泥土、石塊等雜質(zhì)。
鐵屑化學(xué)成分及質(zhì)量應(yīng)符合下表規(guī)定：

    注：鐵屑內(nèi)不得混入棉紗、木塊、泥土、沙石等雜質(zhì)。 
    二）鋁礬土及主要輔料的資源現(xiàn)狀
    目前，我國(guó)剛玉材料的生產(chǎn)制造企業(yè)約有150家左右，其生產(chǎn)能力約在150萬(wàn)噸以上，按生產(chǎn)能力計(jì)算，僅剛玉生產(chǎn)用高鋁優(yōu)質(zhì)熟礬土約在190萬(wàn)噸左右。由于諸多基礎(chǔ)工業(yè)及剛玉制造業(yè)的快速發(fā)展，鋁礬土需求量迅猛增長(zhǎng)，也由于鋁礬土資源的匱乏，再加上有的礬土供應(yīng)商和中間環(huán)節(jié)的不規(guī)范行為，致使棕剛玉冶煉所用的熟鋁礬土數(shù)量保證困難，而且質(zhì)量嚴(yán)重下滑，棕剛玉冶煉成本更是節(jié)節(jié)攀升；A/S由八十年代的25—30:1，下降到九十年代的15—20:1，而今有的企業(yè)則經(jīng)常使用A/S10-12:1的鋁礬土，甚至有的企業(yè)所用的鋁礬土中有時(shí)SiO₂的含量竟然超過(guò)10%都沒(méi)有引起企業(yè)決策者的重視，如何從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)雙重困境中解脫出來(lái)，就更顯無(wú)力了；同時(shí)也隨著電力、煤碳、鐵屑、電極價(jià)格的上漲，其棕剛玉的冶煉成本也由九十年代末的不足千元猛增到近期的接近二千元。而A/S在10以下時(shí)，現(xiàn)有不少生產(chǎn)廠幾乎不僅冶煉成本無(wú)法維系，而且更無(wú)法生產(chǎn)出適用陶瓷固結(jié)磨具磨料用的棕剛玉塊。對(duì)于輔料鐵屑及無(wú)煙煤（焦碳）也必須有嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和要求，否則，也無(wú)法生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的棕剛玉產(chǎn)品。而棕剛玉冶煉用鑄鐵屑資源更為緊張，這一瓶頸性制約早已顯現(xiàn)無(wú)疑；無(wú)煙煤（焦碳）因其用量相對(duì)較少，與礬土和鑄鐵屑資源相比略顯緩和，但其供貨質(zhì)量也在不斷下降。 
    二、棕剛玉冶煉原理及要點(diǎn)
    冶煉是棕剛玉生產(chǎn)的重要工序，通過(guò)冶煉，控制適當(dāng)?shù)囊睙挌夥?，使礬土與還原劑（無(wú)煙煤或焦粒）、澄清劑（鐵屑）在高溫狀態(tài)下進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，除去雜質(zhì)，并形成α—Al₂O₃，從而獲得符合質(zhì)量要求的剛玉塊。 
    1、爐內(nèi)主要化學(xué)反應(yīng)：
    按照爐料成分的熱力學(xué)分析，其冶煉爐內(nèi)主要化學(xué)反應(yīng)如下：

    經(jīng)過(guò)對(duì)除塵粉體成分分析，其中SiO₂在40%左右，Al₂O₃在40%左右，K₂O在10%左右，余下的是Fe₂O₃和碳粉等。  
    在冶煉過(guò)程中TiO₂部分被還原，以單質(zhì)Ti進(jìn)入低Fe-Si合金中，余下的TiO₂以部分有價(jià)成分進(jìn)入剛玉塊中，而礬土雜質(zhì)中有價(jià)MgO和雜質(zhì)CaO基本保留其固有含量進(jìn)入剛玉塊中 。
    2、爐料配比（低硅礬土用經(jīng)驗(yàn)）計(jì)算：

    式中: SiO₂%、Fe₂O₃%、TiO₂%分別表示原料中SiO₂、Fe₂O₃、TiO₂的百分含量，C%為無(wú)煙煤中固定碳的百分含量，F(xiàn)e%為鐵屑中的鐵含量，K是鐵硅比，K（取值）4.5-6.5。
    3、爐前調(diào)整：
    在生產(chǎn)過(guò)程中，可根據(jù)用戶質(zhì)量指標(biāo)要求，適當(dāng)控制冶煉還原程度，來(lái)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的有效控制，但是，由于進(jìn)廠礬土礦的批量和數(shù)量及取樣方法和冶煉操作方法等因素的影響，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，有時(shí)需要通過(guò)沾棍來(lái)進(jìn)行爐前判斷調(diào)整。
    4、爐內(nèi)還原控制：由于鋁礬土中Al₂O₃含量下降和SiO₂含量的增高，在冶煉過(guò)程中就必須增加C的涉入量，使其爐內(nèi)還原氣氛集聚加強(qiáng)，這雖然在加大C和Fe用量的情況下，可以把SiO₂祛除，但是，由于過(guò)還原使得礦物中的TiO₂等有價(jià)成分也被過(guò)還原，以金屬Ti的形式進(jìn)入低硅鐵中，使之棕剛玉的質(zhì)量和性能下降，應(yīng)用領(lǐng)域受限。
    三、高硅低鋁礬土生產(chǎn)棕剛玉工藝技術(shù)要點(diǎn)與控制方法
    一）鋁礬土原料控制：原料是生產(chǎn)和質(zhì)量控制的基本保證條件，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棕剛玉必須有優(yōu)質(zhì)的鋁礬土、鐵屑、無(wú)煙煤（焦碳）原料做保證。
   1、進(jìn)料控制：在鋁礬土礦原料入廠前，必須依據(jù)技術(shù)條件或質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)其品質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格控制，抓住源頭第一關(guān)，要加強(qiáng)管理，對(duì)每批進(jìn)廠礬土及輔料要有質(zhì)量記錄，以便合理配料和控制冶煉成本；
   2、備料前預(yù)選：備料工序是將合格的鋁礬土、鐵屑、無(wú)煙煤（焦碳）按質(zhì)量和塊度要求進(jìn)行準(zhǔn)備，以便冶煉使用。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，要有專人負(fù)責(zé)，必須嚴(yán)格控制入爐三大原料的質(zhì)量。對(duì)礬土而言，首先要把混入的劣質(zhì)不合格的雜質(zhì)礦分揀出去，其次要區(qū)分粉料質(zhì)量，對(duì)高含泥土的劣質(zhì)粉料，必須過(guò)篩清除，這是重要的一個(gè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)保障環(huán)節(jié)；
   3、爐料粒度控制：根據(jù)棕剛玉冶煉工藝規(guī)程的要求，入爐礬土粒度一般控制在30mm以下。
分期爐料配制入爐礬土粒度對(duì)冶煉過(guò)程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有一定的影響。在實(shí)際冶煉過(guò)程中，前、中、后期的入爐礬土粒度要求是不一樣的，以前期投入混合料、中期顆粒料、后期細(xì)粒、精煉期粉料的工藝為較佳工藝。
    二）冶煉工藝控制與實(shí)踐技巧：（固定爐、傾倒?fàn)t略有差異）：冶煉是剛玉生產(chǎn)主要工序，通過(guò)冶煉，使礬土與還原劑、澄清劑在高溫下進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，除去雜質(zhì)，并形成α—Al₂O₃，從而獲得符合質(zhì)量要求的剛玉塊。對(duì)于高SiO₂含量的礬土而言，從理論與實(shí)踐方面分析，無(wú)論是固定爐或傾倒?fàn)t其冶煉工藝不同與傳統(tǒng)的棕剛玉冶煉工藝。
   1、起??；起弧采用技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的碳素起弧棒，不加或盡可能的少加鐵屑，這樣既經(jīng)濟(jì)又合理，起弧成本可節(jié)約50%左右；
   2、分期配料：冶煉前期（第一批）投料在正常配料的基礎(chǔ)上少加或不加鐵屑，在中、后期再逐次配入所需的鐵屑，這樣可獲得更佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果；
   3、爐料控制：冶煉前期采用粗細(xì)料結(jié)合的入爐料制度，燜爐冶煉，使之減少爐內(nèi)溫度損失；中期采用透氣性好的塊粒料，使期SiO、SiO₂蒸汽能夠順利的從爐內(nèi)逸出，從而保證爐況的穩(wěn)定、節(jié)約鐵屑用量、提高冶煉速率；中期敞弧放氣后，后期加料要考慮適當(dāng)?shù)牟捎眉?xì)一些的爐料，以保證爐料的快速熔化，減少熱損失，提高冶煉速率；精煉期采用優(yōu)質(zhì)礬土粉料或棕微粉，進(jìn)行軟蓋保溫工藝，以確保質(zhì)量、提高爐產(chǎn)量；
   4、冶煉參數(shù)安排：在爐內(nèi)熔池合理的情況下，從安全生產(chǎn)和提高單爐產(chǎn)量的角度考慮，冶煉前期（相對(duì)的）易采用高電壓低電流（固定爐更為合理），這樣有益于擴(kuò)大爐內(nèi)熔池面積，使之既安全又可提高產(chǎn)量，冶煉效果也會(huì)更好；
   5、敞弧逸氣：對(duì)于高SiO₂低Al₂O₃礬土冶煉而言，適當(dāng)增加還原劑的配入量和敞弧逸氣的次數(shù)與時(shí)間，更有益于爐內(nèi)SiO、SiO₂蒸汽的順利逸出，這樣，既可祛除有害的雜質(zhì)又可以節(jié)約鐵屑的配入量。
   6、高硅剛玉：從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度考慮，生產(chǎn)SiO₂在1.5%左右的高硅剛玉，該品質(zhì)剛玉適用與固結(jié)磨具以外的低品質(zhì)磨具和普通耐火材料，其市場(chǎng)也同樣有潛力。
    三）碎選分級(jí)控制：碎選的任務(wù)是將已煉制好的棕剛玉爐砣，經(jīng)冷卻后，將爐砣翻包砸碎，再依照工藝質(zhì)量要求，對(duì)成品、副產(chǎn)品、乏料按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)、入庫(kù)。
   1、常規(guī)分級(jí)：常規(guī)分級(jí)是按照行業(yè)慣例，大眾化普遍的分級(jí)方法，這種方法無(wú)須按爐砣部位和化學(xué)品位來(lái)分級(jí)，屬大眾化產(chǎn)品；
   2、依據(jù)用途分級(jí)：經(jīng)冷卻后的剛玉爐砣，由于其部位不同，相應(yīng)的化學(xué)品質(zhì)、物理性能、使用效果和用途也不同，依據(jù)品質(zhì)和性能在碎選時(shí)分類、分級(jí)存放，最后供給不同的使用客戶。
    四、生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)管理
   在企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，單一追求質(zhì)量和成本的舉措都是不合理不可取的，其生產(chǎn)工藝技術(shù)也是因條件而變化的，凡事不可教條地抄襲。工業(yè)生產(chǎn)型企業(yè)合理組織生產(chǎn)必須遵循四個(gè)方面的要素，即《技術(shù)成熟、成本合理、生產(chǎn)組織順暢、產(chǎn)品有市場(chǎng)》，只有具備這四方面基本條件而又相互緊密兼容的企業(yè)，才能實(shí)現(xiàn)其較佳的綜合效益。
   1、生產(chǎn)管理控制：建立生產(chǎn)技術(shù)及質(zhì)量控制體系，根據(jù)企業(yè)自身裝備特點(diǎn)、操作人員素質(zhì)、原材料特性、生產(chǎn)方式、物料環(huán)境因素，在因素動(dòng)態(tài)可變情況下，建立合理指導(dǎo)生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)可變的工藝技術(shù)管理制度，實(shí)現(xiàn)人為可變、可控的動(dòng)態(tài)技術(shù)管理模式，克服無(wú)依據(jù)、抄襲式的生產(chǎn)組織習(xí)慣，使企業(yè)在生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)條件上得以保證。
   2、經(jīng)濟(jì)成本控制：過(guò)分的追求質(zhì)量是不可取的，企業(yè)要依據(jù)市場(chǎng)用途和商家要求來(lái)生產(chǎn)自己的產(chǎn)品，要清晰地知道自己企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)節(jié)特點(diǎn)，建立較佳的環(huán)節(jié)目標(biāo)成本控制，做到工序環(huán)節(jié)相依賴、相控制鏈狀型式的目標(biāo)化成本管理。
   3、生產(chǎn)組織：生產(chǎn)組織要在保證安全生產(chǎn)的情況下，力求在生產(chǎn)和管理方面做到簡(jiǎn)單、合理，盡量減少不必要的、重復(fù)式的環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)工廠物流順暢，存放合理，清潔文明。
   4、了解市場(chǎng)，設(shè)計(jì)產(chǎn)品：用其能人，對(duì)其市場(chǎng)進(jìn)行細(xì)致的分析，根據(jù)自己產(chǎn)品特點(diǎn)，尋找到自己產(chǎn)品的適用領(lǐng)域；創(chuàng)造產(chǎn)品、創(chuàng)建市場(chǎng)、創(chuàng)新企業(yè)，為企業(yè)定好位，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。