CN104591566B - 原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥及其制备方法。其技术方案是：先将5~40wt%的氢氧化镁、15~50wt%的工业氧化铝和30~60wt%的重质碳酸钙混合，球磨0.5~5h，压制成块体；再将装有块体的坩埚置于高温炉中，以2~20℃/min的升温速率升温至1000~1500℃，保温0.1~6小时，随炉冷却至室温；然后将出炉后的烧结体破碎，研磨，即得原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥。其中：氢氧化镁的Mg(OH)2含量≥98wt%，粒径≤150μm；工业氧化铝的Al2O3含量≥95wt%，粒径≤45μm；重质碳酸钙的CaCO3含量≥96wt%，粒径≤45μm。本发明具有工艺简单和合成温度低的特点，所制备的制品中镁铝尖晶石晶粒粒径为纳米级，均匀分布在铝酸盐水泥中。

Description

原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥及其制备方法
技术领域
本发明属于铝酸盐水泥技术领域。具体涉及一种原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥及其制备方法。
背景技术
随着不定形耐火材料的发展，铝酸盐水泥结合的耐火浇注料的应用不断扩大。但铝酸盐水泥中的CaO易与高铝浇注料或刚玉浇注料中的Al2O3和SiO2反应生成钙长石(CaO·Al2O3·2 SiO2 )和铝黄长石( 2CaO·Al2O3·SiO2 )等低熔物，降低了耐火材料的耐火度、高温强度以及抗渣性等高温使用性能。镁铝尖晶石是一种高熔点（2135℃）耐火氧化物，具有强度高、线膨胀系数低（7.6×10-6℃-1，20~1000℃）和导热性好等特点。同时镁铝尖晶石可以固溶渣中大量的二价或三价金属离子氧化物，改变渣的化学组成，提高渣的黏度，大大降低渣的侵蚀与渗透，从而提高耐火材料的抗侵蚀性能和抗热震性。
近年来国内外已经有关于制备含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的研究报道。如采用白云石和煅烧氧化铝为原料(A.H. De Aza，P. Pena, M.A. Rodriguez，et al. New spinel-containing refractory cements，Journal of the European Ceramic Society，2003，23:737-744) 制备了含微米级镁铝尖晶石的铝酸盐水泥。另如采用埃及白云石和活性氧化铝为原料(Nagy M.A. Khalil，S.A.S. El-Hemaly，Lamey G. Girgis. Aluminous cementscontaining magnesium aluminate spinel from Egyptian dolomite，CeramicsInternational，2001，27:865-873)也制备了含微米级镁铝尖晶石的铝酸盐水泥。又如“一种含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的制备方法”（CN101891408A）专利技术，采用氧化铝和轻烧白云石为原料，制备了含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥，但该技术操作不仅过程复杂和烧结温度高（1550~1600℃），且所得水泥中镁铝尖晶石晶粒粒径较大，对浇注料高温性能的提升有限。再如“一种含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥及其制备方法”（CN103073206A）专利技术，该技术所制备的水泥中镁铝尖晶石晶粒粒径较大。段锋等采用天然白云石和工业氧化铝粉为原料制备了含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥（段锋，肖国庆，荆桂花等. 含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的制备与应用. 耐火材料，2007，41（1）：41~43，53），其煅烧温度为1600℃，该方法烧结温度过高，镁铝尖晶石晶粒粒径较大，且成本较高。也有采用石灰石、重烧氧化镁和铝矾土熟料为原料（周文彩，李金洪，姜晓谦等. 含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥制备及力学性能研究.耐火材料，2010，44（3）：217~220），其烧结温度为1400℃，所得水泥中镁铝尖晶石晶粒粒径为2~5μm，该方法制备的水泥操作复杂，烧结温度较高，获得的镁铝尖晶石晶粒粒径也较大。
综上所述，现有的含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的工艺复杂，合成温度较高，且铝酸盐水泥中镁铝尖晶石晶粒粒径为微米级。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单和合成温度低的原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的制备方法；采用该方法制备的铝酸盐水泥中镁铝尖晶石晶粒粒径为纳米级，能均匀分布在铝酸盐水泥中。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先将5~40wt%的氢氧化镁、15~50wt%的工业氧化铝和30~60wt%的重质碳酸钙混合，球磨0.5~5h，压制成块体；再将装有块体的坩埚置于高温炉中，以2~20℃/min的升温速率升温至1000~1500℃，保温0.1~6小时，随炉冷却至室温；然后将出炉后的烧结体破碎，研磨，即得原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥。
所述氢氧化镁的Mg(OH)2含量≥98wt%，粒径≤150μm。
所述工业氧化铝的Al2O3含量≥95wt%，粒径≤45μm。
所述重质碳酸钙的CaCO3含量≥96wt%，粒径≤45μm。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明利用高温固相反应法原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥，生成过程中采用空气气氛。该制备方法按照给定的氢氧化镁、工业氧化铝与重质碳酸钙的质量比配料，经混料、成型、烧结和破碎等工艺，即可制得原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥。该制备工艺简单，合成温度低。现有技术生产的含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥晶粒粒径较大，且杂质较多，而本发明制备的制品中的镁铝尖晶石晶粒粒径为纳米级，均匀分布在铝酸盐水泥中。
因此，本发明具有工艺简单和合成温度低的特点，用该方法制备的制品中镁铝尖晶石晶粒粒径为纳米级，均匀分布在铝酸盐水泥中。
附图说明
图1是本发明制备的一种原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的X射线衍射图谱；
图2是图1所示的原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的SEM形貌图；
图3是本发明制备的另一种原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的SEM形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述氢氧化镁的Mg(OH)2含量≥98wt%，粒径≤150μm；
所述工业氧化铝的Al2O3含量≥95wt%，粒径≤45μm；
所述重质碳酸钙的CaCO3含量≥96wt%，粒径≤45μm。
实施例1
一种原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥及其制备方法。先将5~25wt%的氢氧化镁、35~50wt%的工业氧化铝和30~45wt%的重质碳酸钙混合，球磨0.5~3h，压制成块体；再将装有块体的坩埚置于高温炉中，以2~6℃/min的升温速率升温至1000~1200℃，保温4~6小时，随炉冷却至室温；然后将出炉后的烧结体破碎，研磨，即得原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥。
实施例2
一种原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥及其制备方法。先将10~30wt%的氢氧化镁、25~40wt%的工业氧化铝和35~50wt%的重质碳酸钙混合，球磨0.5~3h，压制成块体；再将装有块体的坩埚置于高温炉中，以6~10℃/min的升温速率升温至1200~1300℃，保温3~5小时，随炉冷却至室温；然后将出炉后的烧结体破碎，研磨，即得原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥。
实施例3
一种原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥及其制备方法。先将15~35wt%的氢氧化镁、20~35wt%的工业氧化铝和40~55wt%的重质碳酸钙混合，球磨2.5~5h，压制成块体；再将装有块体的坩埚置于高温炉中，以10~15℃/min的升温速率升温至1300~1400℃，保温1~3小时，随炉冷却至室温；然后将出炉后的烧结体破碎，研磨，即得原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥。
实施例4
一种原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥及其制备方法。先将20~40wt%的氢氧化镁、15~30wt%的工业氧化铝和45~60wt%的重质碳酸钙混合，球磨2.5~5h，压制成块体；再将装有块体的坩埚置于高温炉中，以15~20℃/min的升温速率升温至1400~1500℃，保温0.1~1小时，随炉冷却至室温；然后将出炉后的烧结体破碎，研磨，即得原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥。
本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明利用高温固相反应法原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥，生成过程中采用空气气氛。该制备方法按照给定的氢氧化镁、工业氧化铝与重质碳酸钙的质量比配料，经混料、成型、烧结和破碎等工艺，即可制得原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥。该制备工艺简单，合成温度低。
现有技术生产的含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥晶粒粒径较大，且杂质较多，而本具体实施方式制备的原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥如说明书附图所示：图1是实施例3制备的一种原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的X射线衍射图谱；图2是图1所示的原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的SEM形貌图；图3是实施例4制备的一种原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的SEM形貌图。从图1可以看出，主要产物物相为MgAl2O4（简写为MA）和CaAl2O4（简写为CA），说明本具体实施方式合成的产物是原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥。又从图2和图3可以看出，本具体实施方式制备的制品中镁铝尖晶石晶粒粒径为纳米级，均匀分布在铝酸盐水泥中。
因此，本具体实施方式具有工艺简单和合成温度低的特点，用该方法制备的制品中镁铝尖晶石晶粒粒径为纳米级，均匀分布在铝酸盐水泥中。

Claims (2)

1.一种原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的制备方法，其特征在于所述的制备方法是：先将5～40wt％的氢氧化镁、15～50wt％的工业氧化铝和30～60wt％的重质碳酸钙混合，球磨0.5～5h，压制成块体；再将装有块体的坩埚置于高温炉中，以2～20℃/min的升温速率升温至1000～1500℃，保温0.1～6小时，随炉冷却至室温；然后将出炉后的烧结体破碎，研磨，即得原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥；
所述氢氧化镁的Mg(OH)2含量≥98wt％，粒径≤150μm；
所述工业氧化铝的Al2O3含量≥95wt％，粒径≤45μm；
所述重质碳酸钙的CaCO3含量≥96wt％，粒径≤45μm。
2.一种原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥，其特征在于所述原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥是根据权利要求1所述的原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的制备方法所制备的原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥。
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