CN1762895A - 一种合成铁铝尖晶石及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铁铝尖晶石及其制备方法。所采用的技术方案是:按Al离子与Fe离子的摩尔比为2∶1将含铝化合物和含铁化合物混合,外加1~6wt%的结合剂,混合5~180分钟。成型,在90~120℃条件下干燥20~30小时。在埋碳气氛下以0.5~10℃/分的速度升温,升温到1100~1700℃,保温5~600分钟,自然冷却。本发明具有工艺简单、反应温度低、原料价格便宜的特点。在各烧成温度下所有铝和铁都转化为FeAl2O4,烧后显气孔率小于5%。
Description
一、技术领域
本发明属耐火材料技术领域。尤其涉及一种合成铁铝尖晶石及其制备方法。
二、背景技术
传统的水泥窑烧成带7碱性材料镁铬砖具有优良的抗高温和抗侵蚀性能,然而在碱的作用下,稳定的三价铬转化为氧化能力很强的六价铬,对人体危害很大,使镁铬砖的应用得到限制,随着人们的环保意识的增强,研制水泥窑用低铬或无铬的碱性砖势在必行。对于无铬碱性砖来说,若能在炉衬热面形成稳定的窑皮,便能显著提高炉衬的寿命。法国雷法集团(RHI或Refratechnik)研究发现,将铁铝尖晶石引入到无铬碱性砖中(RHI Bull,2003,1:25-28),能够显著提高窑皮的附着性,该制品具有较高的耐火度,良好的抗碱、硫、氯和熟料等侵蚀能力和热震稳定性。
铁铝尖晶石(FeO.Al2O3)在自然界中存在极少,一般采用电熔法合成铁铝尖晶石,如以Al2O3和Fe为原料(Journal of Magnetism and Magnetic Materials,2003,264:264-274),但反应过程难以控制,且反应不够充分。机械化学合成铁铝尖晶石法是用行星磨将Al和Fe3O4研磨一定时间,然后在1200℃下氩气气氛中反应合成(Materials Chemistry and Physics,2002,76:104-109),但采用二步处理方法,工艺复杂,且铝热反应容易发生,导致最终产物不易控制。以特级矾土、铁鳞和石墨为原料,采用反应烧结法合成了铁铝尖晶石(刘会明等.耐火材料,2003,37(6):333-335),然而合成温度高于1550℃且纯度低,如最终物相还残余有10%左右的Fe2O3和Al2O3,导致生产成本增加,品位下降。
三、发明内容
本发明的任务是提供一种合成温度低、工艺简单、成本适中的合成铁铝尖晶石及其制备方法,用该方法制备的合成铁铝尖晶石纯度高且烧结致密。
为完成上述任务,本发明所采用的技术方案是:按Al离子与Fe离子的摩尔比为2∶1将含铝化合物和含铁化合物混合,外加1~6wt%的结合剂,混合5~180分钟,成型,在90~120℃条件下干燥20~30小时,在埋碳气氛下升温到1100~1700℃,保温5~600分钟,自然冷却。
其中:含铝化合物为Al2O3、Al(OH)3、Al2O3.H2O、铝矾土中的一种或两种或两种以上的组合物,粒度小于180目;含铁化合物为FeO、Fe2O3、Fe3O4、铁鳞中的一种或两种或两种以上的组合物,粒度小于180目;结合剂为淀粉、粘土、树脂、硅溶胶、铝溶胶、聚乙烯醇、甘油、甲基纤维素中的一种或两种或两种以上的组合物。所述的成型为机压或等静压,成型压力为25~400Mpa。升温速度为0.5~10℃/分。
由于采用上述技术方案,本发明具有工艺简单、反应温度低、原料价格便宜的特点。在各烧成温度下所有铝和铁都转化为FeAl2O4,烧后显气孔率小于5%。
四、具体实施方式
实施例1:
按Al离子和Fe离子的摩尔比为2∶1的比例,将粒度为180目的Al(OH)3、Al2O3.H2O的含铝化合物与粒度为180目的Fe2O3、FeO的含铁化合物混合。其中:Al(OH)3在含铝化合物中含量为35~45wt%,Fe2O3在含铁化合物中含量为65~75wt%。其工艺条件是:将上述原料在行星磨干混,然后外加2~4wt%的甲基纤维素,混合30~180分钟,在40~200Mpa压力下机压成型,于烘箱中在110℃干燥24小时,以1~5℃/分的升温速度,在埋碳气氛下升温到1200~1500℃,保温30~240分钟,自然冷却后取出。
经X射线衍射测试制品中的物相为FeAl2O4。检测其性能为体积密度3.70cm3,显气孔率4%。
实施例2:
按Al离子和Fe离子的摩尔比为2∶1的比例,将粒度为325目的刚玉细粉、Al(OH)3、Al2O3.H2O的含铝化合物与粒度为180目的Fe2O3、FeO的含铁化合物混合。其中:刚玉细粉在含铝化合物中含量为37~45wt%、Al(OH)3在含铝化合物中含量为25~30wt%、Al2O3.H2O在含铝混合物中含量为26~35wt%;Fe2O3在含铁混合物中含量为65~75wt%。其工艺条件为:将上述原料在行星磨干混,然后外加3~5wt%的甘油,混合30~120分钟,在200~400Mpa压力下等静压成型,于烘箱中在110℃干燥24小时,然后在埋碳气氛下以1~5℃/分的升温速度烧成,烧成温度为1300~1600℃,保温30~120分钟,自然冷却后取出。
经X射线衍射测试制品中的物相为FeAl2O4。检测其性能为体积密度3.80cm3,显气孔率2%。
实施例3:
按Al离子和Fe离子的摩尔比为2∶1的比例,将粒度为180目的刚玉细粉、氧化铝含量为80wt%的特级矾土、Al(OH)3、Al2O3.H2O的含铝化合物与325目的Fe2O3、FeO、Fe3O4的含铁化合物混合。其中:刚玉在含铝化合物中含量为22~26wt%、Al(OH)3在含铝化合物中含量为15~20wt%、Al2O3.H2O在含铝化合物中含量为25~30wt%、特级矾土在含铝化合物中含量为25~35wt%;Fe2O3在含铁化合物中含量为45~55wt%、Fe3O4在含铁化合物中含量为30~40wt%、FeO在含铁化合物中含量为10~20wt%。其工艺条件为:将上述原料在行星磨干混,然后外加3~5wt%的铝溶胶,混合120~180分钟,在100~200Mpa压力下机压成型,于烘箱中在110℃干燥24小时,然后在埋碳气氛下以5~8℃/分的升温速度烧成。烧成温度为1600~1700℃,保温60~120分钟,自然冷却后取出。
经X射线衍射测试制品中的物相主要为FeAl2O4。检测其性能为体积密度3.65cm3,显气孔率5%。
Claims (7)
1、一种合成铁铝尖晶石的制备方法,其特征在于按Al离子与Fe离子的摩尔比为2∶1将含铝化合物和含铁化合物混合,外加1~6wt%的结合剂,混合5~180分钟,成型,在90~120℃条件下干燥20~30小时,在埋碳气氛下升温到1100~1700℃,保温5~600分钟,自然冷却。
2、根据权利要求1所述的合成铁铝尖晶石的制备方法,其特征在于所述的含铝化合物为Al2O3、Al(OH)3、Al2O3.H2O、铝矾土中的一种或两种或两种以上的组合物,粒度小于180目。
3、根据权利要求1所述的合成铁铝尖晶石的制备方法,其特征在于所述的含铁化合物为FeO、Fe2O3、Fe3O4、铁鳞中的一种或两种或两种以上的组合物,粒度小于180目。
4、根据权利要求1所述的合成铁铝尖晶石的制备方法,其特征在于所述的结合剂为淀粉、粘土、树脂、硅溶胶、铝溶胶、聚乙烯醇、甘油、甲基纤维素中的一种或两种或两种以上的组合物。
5、根据权利要求1所述的合成铁铝尖晶石的制备方法,其特征在于所述的成型为机压或等静压,成型压力为25~400Mpa。
6、根据权利要求1所述的合成铁铝尖晶石的制备方法,其特征在于所述的升温速度为0.5~10℃/分。
7、根据权利要求1~6项所述的合成铁铝尖晶石的制备方法所制备的合成铁铝尖晶石。
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