冶煉棕剛玉的主要原料是輕燒鋁土礦。鋁土礦的主要化學成分是Al2O3。此外，它還含有一些SiO2、Fe2O3和Ti02，以及微量Cao、MgO、Na20和K2O。可以看出，熔煉后棕剛玉的雜質含量顯著降低。根據剛玉產品的純度要求，除A12O3外，棕剛玉中的所有化合物均應視為雜質成分。棕剛玉的冶煉實質是以碳為還原劑，還原熟鋁土礦中的雜質。主要還原雜質包括SiO2、Fe203和TiO2；SiO2是影響冶煉過程和產品純度的主要雜質；還原后生成的鐵元素Fe2O與硅形成硅鐵合金，以達到脫硅的目的。它是一種可用于冶煉過程的雜質礦物；TiO2是棕剛玉著色的主要原因。加入適量的TiO2可以提高磨料的韌性；盡管其他雜質礦物的含量很小，但它們會與A12O3形成低共熔點和低硬度的化合物，這將影響產品的耐火性和研磨性能。隨著鋁土礦品位的不斷降低，冶煉棕剛玉所用的鋁土礦雜質含量越來越高，冶煉過程中雜質含量的控制不容忽視，由于各種雜質礦物在高溫熔煉過程中的反應行為和在剛玉晶體結構中的賦存狀態不同，有的對剛玉的熔煉過程和晶體結構性能影響很大，有的對產品性能影響不大，它們會增加電力消耗，增加生產成本。

冶煉棕剛玉的主要目的是減少輕燒鋁土礦中的鈦、硅、鐵等雜質氧化物，從而生成密度高、磁化強度好的硅鐵（Ti）合金，從而實現從剛玉熔體中分離，得到符合質量要求的剛玉熔體，經過適當的冷卻和結晶后，生產棕剛玉塊。
為了探索棕剛玉冶煉過程中雜質礦物元素的反應行為及其在熔塊不同部位的富集行為，對棕剛玉傾卸爐進行了取樣分析。顯示了同部分中相同熔爐和熔塊對應的鋁土礦熟料的化學成分。

下文介紹了熔煉過程中各種雜質成分和添加元素的反應及其對熔煉過程和棕剛玉產品性能的影響。

硅-Si0
當Fe203還原到一定濃度時，SiO2開始還原并與元素鐵結合，形成高比重的硅鐵合金。一些硅礦物被還原成氣態SiO和Si并揮發。少量SiO2還會與剛玉礦物相中的A12O3和Cao結合，形成硬度較低的礦物雜質，如莫來石、鈣斜長石和玻璃質，這些礦物會降低棕剛玉的研磨能力，增加棕剛玉的脆性；同時，SiO2對棕剛玉的冶煉也有很大影響。有數據表明，當鋁土礦中SiO2含量增加2%時，單位電耗可增加8%~16%11I。冶煉生產實踐表明，當SiO2含量增加到5%以上時，會造成爐況不穩定，易粘結電極和結塊，增加操作難度，顯著降低產量和質量不穩定。剛玉塊的單位電耗較高，各種原輔材料的消耗也會增加Al2O3。

鐵-Fe203
Fe203是一種可用于冶煉棕剛玉的雜質礦物成分，因為在冶煉過程中，輕燒鋁土礦中的Fe203被還原為鐵，然后形成硅鐵合金，從而減少了廢鐵添加劑的添加。而在冶煉過程的還原過程中，Fe203為2。鋁土礦熔化后（一般溫度超過1850%），Fe203首先轉化為FeO，然后FeO和SiO2以及溶液中的a12o形成鐵鋁尖晶石和鐵橄欖石。鐵鋁尖晶石在熔化時分解，而鐵橄欖石被C還原。最終的硅鐵（鈦）合金不同于剛玉熔體，剛玉和雜質因熔體密度不同而分離；但仍有極少量的Fe203與氧化鋁形成鐵鋁尖晶石，對棕剛玉的質量有一定影響。如果鋁土礦中Fe2O含量過高，不僅會影響棕剛玉的質量，而且會大大增加能耗。

鈦-Ti
對于雜質鈦，當剛玉熔體冷卻結晶時，剛玉熔體中以及剛玉礦物相中存在何種鈦氧化物和鈦離子價態，這是一個值得研究的課題。目前還沒有一致的結論。
礦物學研究結果表明，鈦在鋁土礦中的賦存形態主要為銳鈦礦，高溫光燒結后部分鈦可轉化為金紅石。在熔煉過程中，經過SiO2還原反應后，TiO2開始部分還原，熔融Ti中有TiO2、TiO和Ti2O，0。在不同價態的氧化物中，TiO2和Ti2O最穩定。最后一部分被還原成元素鈦，在元素鐵的參與下，形成鐵鈦合金或鐵硅鈦合金。在熔融狀態下，氧化鈦主要是三價氧化鈦Ti2O，因為棕剛玉的熔煉是在含碳還原氣氛中進行的。在熔融狀態下，除了還原成金屬鈦之外，沒有還原或部分還原的最穩定氧化物是Ti2O，。在剛玉熔體的冷卻過程中，熔體冷卻晶體與空氣接觸部分的氧化鈦主要是二氧化鈦和二氧化鈦；非接觸式空氣部分熔融冷卻晶體中的氧化鈦主要是Ti2O，以玻璃態的形式固溶于剛玉晶體中或存在于剛玉晶界之間。Ti2O固溶會增加剛玉的硬度，不溶性Ti2O會增加硬度。TiO2能促進棕剛玉晶體的微晶化，提高剛玉的韌性和沖擊強度。氧化鈦的類型、固溶體和結晶尺寸對棕剛玉的著色起主要作用。如果鋁土礦中含有過量的TiO2，會與a12o反應生成鈦酸鋁，從而影響棕剛玉的質量。

鈣鎂-Cao和MgO
高品位鋁土礦中Cao和MgO含量較少。前者在冶煉過程中很難還原，大部分仍存在于棕剛玉中。當Cao含量達到3%時，Cao和a12o會形成六鋁酸鈣（Cao），這不僅會導致部分a12o不形成剛玉，還會降低棕剛玉的顯微硬度，嚴重影響棕剛玉材料的熱性能。因此，要求輕燒鋁土礦中Cao的含量；MgO是剛玉的微晶
促進劑：生產微晶剛玉時，要求氧化鎂含量為0.3%～0.8%。如果含量太小，則無法達到微晶化效果。當含量超過0.8%時，剛玉的結晶受到限制，并與al20形成鎂鋁尖晶石。因此，適當添加MgO可以使剛玉微晶化，從而提高剛玉的強度和韌性。高溫還原氣氛下氧化鎂的穩定性發生變化，氧化鎂在棕剛玉熔體中的還原性有待進一步研究。3.1.5堿金屬Na、O和K、ona2o和K2O對棕剛玉的質量有害。雖然其中一些在冶煉過程中會在高溫下揮發，但不能還原，會形成低硬度的礦物，如鋁酸鈉、鋁酸鉀和含a12o的玻璃狀，從而影響棕剛玉的質量。

其他附加元素
為了提高剛玉的質量，在生產中經常添加一些其他礦物元素，以提高剛玉的一些性能指標。如果加入Cr20，Cr2O可以在熔煉過程中與a12o形成連續固溶體。用Cr3+取代剛玉晶體中的A13+，增加了剛玉晶格的晶面間距，使晶格變形，從而提高了晶體的抗沖擊性，提高了剛玉的韌性；當加入鋯英砂時，鋯英砂中的ZrO2可以與al20相互作用形成a12o。一種ZrO2共晶，其中ZrO2從立方相轉變為亞穩四方相。這些共晶均勻地存在于ol-a1中。O.可以提高剛玉在晶界的韌性和強度。與美國、俄羅斯等國家相比，我國對棕剛玉冶煉過程中雜質元素反應行為的理論研究并不完善，尤其是對堿金屬等有害雜質礦物的行為和賦存狀態的理論研究，堿土金屬和硫在棕剛玉冶煉過程中的作用，到目前為止還沒有明確的研究結論。面對我國棕剛玉工業主要原料鋁土礦資源短缺、品位不斷降低的現狀，我們不得不研究雜質元素的反應行為及其對環境的影響