CN101913884A

CN101913884A - 利用柠檬酸盐溶胶处理铝质耐火材料颗粒的方法

Info

Publication number: CN101913884A
Application number: CN 201010230983
Authority: CN
Inventors: 张显; 郝富锁
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2010-12-15

Abstract

本发明公开了一种利用柠檬酸盐溶胶处理铝质耐火材料颗粒的方法，主要解决现有工艺中纳米粉在使用中的团聚问题。其处理步骤是：以柠檬酸铝为铝源，以柠檬酸镁为镁源，按Al∶Mg为2的摩尔比例，配制0.5-2M摩尔浓度的柠檬酸盐前驱体铝镁溶胶；将铝质耐火材料的骨料颗粒放置于耐酸蚀的容器内，倒入浓度为0.5M-2M镁铝前驱体的溶胶，浸渍5至10分钟；经筛网过滤后，将颗粒料放置于匣钵中经600℃-1200℃保温1-6小时热处理，在铝质耐火材料颗粒上反应合成得到纳米镁铝尖晶石粉，得到附着有纳米镁铝尖晶石粉的铝质耐火材料颗粒原料。本发明具有纳米颗粒在耐火材料中均匀分布的优点，可用于对耐火原料的处理，改善耐火材料的烧结工艺。

Description

利用柠檬酸盐溶胶处理铝质耐火材料颗粒的方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及铝质耐火材料的处理，特别一种利用柠檬酸盐溶胶处理铝质耐火材料颗粒的方法，适应于对高铝质耐火材料颗粒原料的处理。

背景技术

纳米材料因颗粒粒度小，具有较大的比表面，从而使纳米材料表现出奇异的小尺寸效应、比表面效应和超凡的表面活性。近年来，虽然人们通过实验手段，如溶胶-凝胶法、真空冷冻干燥法等制备了许多耐火氧化物，但在实际应用中纳米颗粒显著的活性，表现出的团聚问题，成为纳米粉在耐火材料应用中的瓶颈，制约了纳米材料在耐火材料中的应用，纳米镁铝尖晶石的合成方法很多，国内外有关镁铝尖晶石的方面的研究报道也不少，但由于纳米材料颗粒的高活性，在纳米粉使用过程中产生的团聚问题，成为直接将纳米材料应用于耐火材料中的瓶颈问题。虽然也有将纳米氧化物添加到耐火材料中的研究，但实际在耐火材料应用的很少有所报道。与其研究相关的研究有以下几种：

北京科技大学研究生贾晓林的硕士论文“α-Al₂O₃纳米粉复合刚玉砖的制备、结构及性能研究”，提出通过表面活性剂对纳米颗粒改性的方法，使纳米颗粒带有ζ电位，力图解决纳米的团聚问题，取得了很好的效果，但缺点是将纳米粉直接加入到刚玉砖的制备工艺中，在工艺上也很难达到混合均匀，且纳米固体材料的成本也较大。

李晓伟在《2005年全国不定形耐火材料会议论文集》的论文“纳米技术在不定形耐火材料中的应用”，提出将前驱体直接引入不定形耐火材料中，实现了分散的效果，但缺点是没有涉及纳米低温形成的工艺，在使用中前驱体的热解产生的气体会使材料中出现气孔，降低材料的使用性能。

张海霞在《耐火材料》的论文“纳米Al₂O₃对刚玉质耐火材料结构和性能的影响”中，虽然提出用机械搅拌与前驱体铝溶胶与刚玉颗粒混合均匀，但这种前驱体粘度大，效果不如其它前驱体，而且最大的缺点是需要搅拌过程，也没有采用低温预处理工艺，同样前驱体的热解产生的气体使制品致密度降低。

汪厚植等人的专利ZL200510018955.0，提出了一种提高镁质耐火材料性能的方法和用该方法生产的产品，但没有提及纳米低温形成的工艺和耐火材料颗粒包覆问题，使用的材料体系是镁质耐火材料，没有涉及纳米材料在铝质耐火材料中的应用。

印度S.Mukhopadhyay等人在“Materials and Manufacturing Processes”中的论文“Role of nanocrystalline spinel additive on the properties of lowcement castable refractories”中提出利用溶胶-凝胶法制备的尖晶石纳米粉，向尖晶石浇注料加入量为8.0wt.％，认为纳米颗粒在基质中起着粘结剂的作用，该浇注料用作中间钢包包衬表现出很好的热震稳定性和抗渣性，也没有提到前驱体低温包覆耐火材料颗粒以及低温处理工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供的一种利用柠檬酸盐溶胶处理铝质耐火材料颗粒的方法，以避免纳米粉的团聚，实现纳米粉对耐火材料颗粒的均匀包覆。

为实现上述目的，本发明包括如下步骤：

(1)配制0.5-2M摩尔浓度的柠檬酸盐前驱体铝镁溶胶，将铝质耐火材料颗粒放入该驱体溶胶中浸渍5～10分钟，经筛网过滤后取出；

(2)将浸渍过滤后的颗粒料放置在匣钵里，置于600℃～1200℃的低温炉中，保温1～6小时，使其铝镁前驱体分解，在铝质耐火材料颗粒表面得到均匀附着的纳米镁铝尖晶粉。

所述的柠檬酸盐前驱体铝镁溶胶，是以柠檬酸铝为铝源，以柠檬酸镁为镁源，按镁铝尖晶石MgAl₂O₄中Al∶Mg＝2的摩尔数量比，配制摩尔浓度为0.5～2M的镁铝前驱体溶胶。

所述的铝质耐火材料，包括烧结镁铝尖晶石、电熔镁铝尖晶石、烧结刚玉和电熔刚玉。

本发明具有如下优点：

1.本发明由于采用镁铝尖晶石前驱体溶液对铝质耐火材料颗粒浸渍处理，可实现分子态的均匀混合，这种湿化学方法对铝质耐火材料原料的颗粒预处理，不仅能使纳米颗粒在耐火原料中均匀分布，解决纳米颗粒的团聚瓶颈，也是一种廉价实用的纳米粉在耐火材料中的应用；

2.本发明由于将浸渍过滤后的颗粒料在600℃～1200℃下的低温热处理，可避免铝质耐火材料在高温使用时其中的前驱体的热解反应产生的气体，在铝质耐火材料中产生气孔，使铝质耐火材料性能降低；

3.本发明由于能够在铝质耐火材料颗粒的表面得到均匀附着的纳米镁铝尖晶石粉，有利于促进铝质耐火材料的烧结。铝质耐火材料原料颗粒多为烧结镁铝尖晶石、电熔镁铝尖晶石、烧结刚玉和电熔刚玉，其化学活性差，烧结极为困难，因此通过本发明方法可使纳米镁铝尖晶石包覆于烧结镁铝尖晶石、电熔镁铝尖晶石、烧结刚玉和电熔刚玉颗粒的表面，使纳米镁铝尖晶石在高温下起着纳米胶的作用，以显著降低烧结温度。

实验表明：使用本方法可使铝质耐火材料的烧结温度降低100～200℃。

附图说明

图1本发明利用柠檬酸盐溶胶处理铝质耐火材料颗粒的流程图；

图2为用本发明处理后的铝质耐火材料颗粒剖面示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明给出如下三种实施例：

实施例1，包括如下步骤：

第一步，配置柠檬酸盐前驱体铝镁溶胶。

以柠檬酸铝为铝源，以柠檬酸镁为镁源，按镁铝尖晶石MgAl₂O₄中Al∶Mg为2的摩尔数比例，配制摩尔浓度为0.5M的铝镁前驱体溶胶。

第二步，将铝质耐火材料颗粒，例如烧结镁铝尖晶石颗粒放入柠檬酸盐前驱体铝镁溶胶中浸渍5分钟，再取出过筛，使浸渍液与颗粒料分离；

第三步，对浸渍后的烧结镁铝尖晶石颗粒进行低温处理，即将过筛后的颗粒料放置于匣钵中经600℃保温6小时，在烧结镁铝尖晶石颗粒上反应合成得到纳米镁铝尖晶石粉，就可得到附着有纳米镁铝尖晶石粉的烧结镁铝尖晶石颗粒原料。

实施例2，包括如下步骤：

第一步，配置柠檬酸盐前驱体铝镁溶胶。

以柠檬酸铝为铝源，以柠檬酸镁为镁源，按镁铝尖晶石MgAl₂O₄中Al∶Mg为2的摩尔数量比例，配制摩尔浓度为1M的铝镁前驱体溶胶。

第二步，将铝质耐火材料颗粒，例如电熔镁铝尖晶石颗粒放入柠檬酸盐前驱体铝镁溶胶中浸渍8分钟，再取出过筛，使浸渍液与颗粒料分离。

第三步，对浸渍后的电熔镁铝尖晶石颗粒进行低温处理，即将过筛后的颗粒料放置于匣钵中经800℃保温5小时，在电熔镁铝尖晶石颗粒上反应合成得到纳米镁铝尖晶石粉，就可得到附着有纳米镁铝尖晶石粉的电熔镁铝尖晶石颗粒原料。

实施例3，包括如下步骤：

第一步，配置柠檬酸盐前驱体铝镁溶胶。

以柠檬酸铝为铝源，以柠檬酸镁为镁源，按镁铝尖晶石MgAl₂O₄中Al∶Mg为2的摩尔数量比例，配制摩尔浓度为2M的铝镁前驱体溶胶。

第二步，将铝质耐火材料颗粒，例如烧结刚玉颗粒放入柠檬酸盐前驱体铝镁溶胶中浸渍10分钟，再取出过筛，使浸渍液与颗粒料分离。

第三步，对浸渍后的烧结刚玉颗粒进行低温处理，即将过筛后的颗粒料放置于匣钵中经1200℃保温1小时，在烧结刚玉颗粒上反应合成纳米镁铝尖晶石粉，得到附着有纳米镁铝尖晶石粉的烧结刚玉颗粒原料。

用本发明方法处理后的耐火材料如图2所示，其中，1为铝质耐火材料颗粒，2为反应合成的纳米镁铝尖晶石粉。实验表明将本发明用于高铝质耐火材料的制备工艺中，可显著降低烧结温度，如铝质刚玉耐火砖砖在1500℃得到了很好的烧结。

Claims

1.一种利用柠檬酸盐溶胶处理铝质耐火材料颗粒的方法，包括如下步骤：

(2)将浸渍过滤后的颗粒料放置在匣钵里，置于600℃～1200℃的低温炉中，保温1～6小时，使其铝镁前驱体分解，在铝质耐火材料颗粒表面得到均匀附着的纳米镁铝尖晶石粉。

2.根据权利要求1所述的处理铝质耐火材料颗粒的方法，其中所述的柠檬酸盐前驱体铝镁溶胶，是以柠檬酸铝为铝源，以柠檬酸镁为镁源，按镁铝尖晶石MgAl₂O₄中Al∶Mg＝2的摩尔数量比，配制摩尔浓度为0.5～2M的镁铝前驱体溶胶。

3.根据权利要求1所述的处理铝质耐火材料颗粒的方法，其中所述的铝质耐火材料，包括烧结镁铝尖晶石、电熔镁铝尖晶石、烧结刚玉和电熔刚玉。