CN101580383A - 利用废活性氧化铝制备的镁铝尖晶石材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是提供一种利用活性氧化铝制备镁铝尖晶石材料及其制备方法，原料配方主要由废活性氧化铝和碱式碳酸镁组成；其制备方法为：以废活性氧化铝和碱式碳酸镁为原料，将原料混合压制成型，经高温反应，反应产物经冷却，得到制备的镁铝尖晶石材料。本发明不仅有利于废物利用，解决废活性氧化铝对环境的严重污染，而且生产的产品具有高附加值和无污染的优质耐火材料，节约生产成本，经济效益显著，具有推广应用价值。

Description

利用废活性氧化铝制备的镁铝尖晶石材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种生态环境材料，即固体废弃物的综合利用，更具体涉及一种利用废活性氧化铝制备镁铝尖晶石材料的原料配方及其制备方法。
背景技术
镁铝尖晶石(MA)是MgO-Al2O3系统中唯一稳定的二元化合物，是一种熔点高，热膨胀系数小，热导率低，热震稳定性好，抗碱侵蚀能力强的性能优良的陶瓷材料，广泛应用在冶金、化学、半导体、激光、航空航天、军事、原子能等领域。常规合成方法是采用工业氧化铝为主原料，常规合成方法是采用工业氧化铝为主原料，原料成本高。活性氧化铝在石油工业、化学工业生产中广泛的被用作催化剂、活性剂、吸附剂、干燥剂等，如石油工业的各类加氢、重整反应中有80％左右用到活性氧化铝作催化剂或催化剂载体；活性氧化铝循环使用一定周期后失效，进行再生活化，再使用；再生和再使用1-2次后完全失去活性而失效废弃，废弃活性氧化铝称为废活性氧化铝，其数量之大，堆积如山。以蒽醌法生产双氧水为例，活性氧化铝用量约占双氧水产量的1％左右，一个年产量为10万吨的双氧水厂，年消耗活性氧化铝数量为1000多吨，全国有几百家双氧水生产厂，年消耗量活性氧化铝数量为十多万吨，形成废活性氧化铝也是十多万吨，其数量相当之大。石油工业和化学工业使用的催化剂与催化剂载体的活性氧化铝数量比蒽醌法生产双氧水的更大，其废弃的废活性氧化铝的数量更多，严重影响正常生产和污染环境。因此废活性氧化铝的综合利用，特别是废活性氧化铝的高附加值综合利用具有重要环保和经济意义。
废活性氧化铝主要成分是γ-Al2O3，含量大约为90％左右，γ-Al2O3经高温煅烧会转化成α-Al2O3，是合成镁铝尖晶石等特种耐火材料的好原料。由于γ-Al2O3具有活性，有利于镁铝尖晶石的形成，提高镁铝尖晶石的含量，降低合成温度，降低生产成本，本原料成本只有采用工业氧化铝为主原料的1/3；提高经济效益，其利润是常规方法的2-3倍。经检索，国内尚未有利用废活性氧化铝制备镁铝尖晶石材料的报导。
发明内容
本发明目的是要提供一种利用活性氧化铝制备镁铝尖晶石材料及其制备方法，不仅有利于废物利用，解决废活性氧化铝对环境的严重污染，而且生产的产品具有高附加值和无污染的优质耐火材料，节约生产成本，经济效益显著，具有推广应用价值。
本发明利用活性氧化铝制备的镁铝尖晶石材料的原料配方主要由废活性氧化铝和碱式碳酸镁组成；其制备方法为：以废活性氧化铝和碱式碳酸镁为原料，将原料混合压制成型，经高温反应，反应产物经冷却，得到制备的镁铝尖晶石材料。
本发明主要创新点和特色如下：
1)原料与技术创新：利用活性氧化铝制备镁铝尖晶石材料，具有生态环保技术和原料的创新，具有重大环保意义。
2)经检索，国内尚未有报导利用活性氧化铝制备镁铝尖晶石材料，该项目属国内外首家研究发明的技术。
3)废活性氧化铝主要晶相组成是γ-Al2O3，其活性高，能促进固相反应形成镁铝尖晶石，使得合成镁铝尖晶石的得率比使用工业氧化铝作为原料的高。
4)低生产成本：原料成本很低，经济效益和社会效益十分显著，具有很强的市场竟争能力，投资见效快，投资无风险。
5)本发明采用废活性氧化铝作为主原料，它是双氧水生产过程已使用过并失效废弃的活性氧化铝，其主要晶相组成是γ-Al2O3，其具有活性，经高温煅烧会转化成α-Al2O3，有利于镁铝尖晶石的形成，提高其晶相含量，降低合成温度，它是合成镁铝尖晶石良好的原料，而在成本上又比用工业氧化铝低得多，本发明将固体废弃物综合利用、变废为宝，具有重要的经济和环保意义。
具体实施方式
该原料配方的重量配比为：废活性氧化铝为50-58wt％，碱式碳酸镁为42-50wt％；原料配方中的Al2O3与MgO质量比为2.20-3.00∶1。
废活性氧化铝：为双氧水生产过程已使用过并失效废弃的活性氧化铝，其主要晶相组成是γ-Al2O3，高温下会转化为α-Al2O3。
制备的具体步骤为：
按配方将废活性氧化铝、碱式碳酸镁置于球磨机中研磨24小时，研磨的浆料经过滤脱水、烘干和破碎，得到的研磨料，在研磨料中添加6～7wt％的水进行混料，混料均匀后将混料压制成型；成型坯于100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中于1410-1590℃反应烧结，保温2-5小时后，冷却至室温，得到纯镁铝尖晶石含量为91-100％的镁铝尖晶石材料。
采用philips.X pert-MPD X-射线衍射仪分析各试样的晶相，采用Rietveld Quantification分析软件计算各晶相的含量；采用Philips XL30ESEM扫描电镜测试各样品的形貌；测试各样品的抗折强度，体积密度和气孔率。
测定得到的产品中，镁铝尖晶石含量为90wt％以上，抗折强度为60-110Mpa，体积密度为2.50-3.10g/cm3，气孔率为17-28％。
实施例1
本例原料配方的重量配比：废活性氧化铝为50wt％，碱式碳酸镁为50wt％。按配方将两种原料称重，置于球磨机中湿法研磨24小时，研磨的浆料经过滤脱水、烘干和破碎，得到的研磨料，在研磨料中添加6wt％的水进行混料，混料均匀后将混料压制成型；成型坯于100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中于1410℃反应烧结，保温3小时后，冷却至室温，得到镁铝尖晶石材料，镁铝尖晶石含量为91.5wt％，抗折强度为65Mpa，体积密度为2.56g/cm3，气孔率为26％。
实施例2
本例原料配方的重量配比：废活性氧化铝为52wt％，碱式碳酸镁为48wt％。按配方将两种原料称重，置于球磨机中湿法研磨24小时，研磨的浆料经过滤脱水、烘干和破碎，得到的研磨料，在研磨料中添加6wt％的水进行混料，混料均匀后将混料压制成型；成型坯于100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中于1450℃反应烧结，保温4小时后，冷却至室温，得到镁铝尖晶石材料镁铝尖晶石含量为93.2wt％以上，抗折强度为71.6Mpa，体积密度为2.72g/cm3，气孔率为23.6％。
实施例3
本例原料配方的重量配比：废活性氧化铝为54wt％，碱式碳酸镁为46wt。按配方将两种原料称重，置于球磨机中湿法研磨24小时，研磨的浆料经过滤脱水、烘干和破碎，得到的研磨料，在研磨料中添加6wt％的水进行混料，混料均匀后将混料压制成型；成型坯于100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中于1480℃反应烧结，保温2小时后，冷却至室温，得到镁铝尖晶石材料，镁铝尖晶石含量为95.4wt％以上，抗折强度为80.1Mpa，体积密度为2.85g/cm3，气孔率为20.8％。
实施例4
本例原料配方的重量配比：废活性氧化铝为56wt％，碱式碳酸镁为44wt％。按配方将两种原料称重，置于球磨机中湿法研磨24小时，研磨的浆料经过滤脱水烘干和破碎，得到的研磨料，在研磨料中添加6wt％的水进行混料，混料均匀后将混料压制成型；成型坯于100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中于1500℃反应烧结，保温5小时后，冷却至室温，得到镁铝尖晶石材料，镁铝尖晶石含量为97.4wt％以上，抗折强度为90.3Mpa，体积密度为2.94g/cm3，气孔率为19.3％。
实施例5
本例原料配方的重量配比：废活性氧化铝为58wt％，碱式碳酸镁为42wt％。按配方将两种原料称重，置于球磨机中湿法研磨24小时，研磨的浆料经过滤脱水、烘干和破碎，得到的研磨料，在研磨料中添加6wt％的水进行混料，混料均匀后将混料压制成型；成型坯于100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中于1530℃反应烧结，保温3小时后，冷却至室温，得到镁铝尖晶石材料，镁铝尖晶石含量为98.2wt％以上，抗折强度为95.5Mpa，体积密度为3.06g/cm3，气孔率为18.4％。
实施例6
本例原料配方的重量配比：废活性氧化铝为57wt％，碱式碳酸镁为43wt％。按配方将两种原料称重，置于球磨机中湿法研磨24小时，研磨的浆料经过滤脱水、烘干和破碎，得到的研磨料，在研磨料中添加6wt％的水进行混料，混料均匀后将混料压制成型；成型坯于100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中于1590℃反应烧结，保温2小时后，冷却至室温，得到镁铝尖晶石材料，镁铝尖晶石含量为99.3wt％以上，抗折强度为106Mpa，体积密度为3.08g/cm3，气孔率为17.5％。

Claims (8)

1.一种利用废活性氧化铝制备的镁铝尖晶石材料，其特征在于：所述镁铝尖晶石材料的原料由废活性氧化铝和碱式碳酸镁组成。
2.根据权利要求1所述的利用废活性氧化铝制备的镁铝尖晶石材料，其特征在于：所述的废活性氧化铝为双氧水生产过程已使用过并失效废弃的活性氧化铝。
3.根据权利要求2所述的利用废活性氧化铝制备的镁铝尖晶石材料，其特征在于：所述原料配方中废活性氧化铝为50-58wt％，碱式碳酸镁为42-50wt％。
4.根据权利要求3所述的利用废活性氧化铝制备的镁铝尖晶石材料，其特征在于：所述原料配方中的Al2O3与MgO质量比为2.20-3.00∶1。
5.一种如权利要求1、2、3或4所述的利用废活性氧化铝制备的镁铝尖晶石材料的制备方法，其特征在于：以废活性氧化铝和碱式碳酸镁为原料，将原料混合，压制成型，经高温反应，制备成镁铝尖晶石材料。
6.根据权利要求5所述的利用废活性氧化铝制备的镁铝尖晶石材料的制备方法，其特征在于：所述制备的步骤为：按所述原料配方将废活性氧化铝和碱式碳酸镁置于球磨机中研磨24小时，研磨的浆料经过过滤脱水、烘干和破碎，得到的研磨料，在研磨料中添加6～7wt％的水进行混料，混料均匀后将混料压制成型；成型坯100℃烘干24小时，干坯置于窑炉中反应烧结，冷却至室温，得到镁铝尖晶石材料。
7.根据权利要求6所述的利用废活性氧化铝制备的镁铝尖晶石材料的制备方法，其特征在于：所述的镁铝尖晶石材料的烧结温度范围为1410-1590℃，保温时间为2-5小时。
8.根据权利要求6所述的利用废活性氧化铝制备的镁铝尖晶石材料的制备方法，其特征在于：所述方法制备的镁铝尖晶石材料中纯镁铝尖晶石含量为90wt％以上，抗折强度为60-110Mpa，体积密度为2.50-3.10g/cm3，气孔率为17-28％。
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