專利名稱：一種合成鐵鋁尖晶石及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種合成鐵鋁尖晶石及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的水泥窯燒成帶7堿性材料鎂鉻磚具有優(yōu)良的抗高溫和抗侵蝕性能，然而在堿的作用下，穩(wěn)定的三價(jià)鉻轉(zhuǎn)化為氧化能力很強(qiáng)的六價(jià)鉻，對(duì)人體危害很大，使鎂鉻磚的應(yīng)用得到限制，隨著人們的環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，研制水泥窯用低鉻或無鉻的堿性磚勢在必行。對(duì)于無鉻堿性磚來說，若能在爐襯熱面形成穩(wěn)定的窯皮，便能顯著提高爐襯的壽命。法國雷法集團(tuán)(RHI或Refratechnik)研究發(fā)現(xiàn)，將鐵鋁尖晶石引入到無鉻堿性磚中(RHI Bull，2003，125-28)，能夠顯著提高窯皮的附著性，該制品具有較高的耐火度，良好的抗堿、硫、氯和熟料等侵蝕能力和熱震穩(wěn)定性。
鐵鋁尖晶石(FeO.Al2O3)在自然界中存在極少，一般采用電熔法合成鐵鋁尖晶石，如以Al2O3和Fe為原料(Journal of Magnetism and Magnetic Materials，2003，264264-274)，但反應(yīng)過程難以控制，且反應(yīng)不夠充分。機(jī)械化學(xué)合成鐵鋁尖晶石法是用行星磨將Al和Fe3O4研磨一定時(shí)間，然后在1200℃下氬氣氣氛中反應(yīng)合成(Materials Chemistry and Physics，2002，76104-109)，但采用二步處理方法，工藝復(fù)雜，且鋁熱反應(yīng)容易發(fā)生，導(dǎo)致最終產(chǎn)物不易控制。以特級(jí)礬土、鐵鱗和石墨為原料，采用反應(yīng)燒結(jié)法合成了鐵鋁尖晶石(劉會(huì)明等.耐火材料，2003，37(6)333-335)，然而合成溫度高于1550℃且純度低，如最終物相還殘余有10％左右的Fe2O3和Al2O3，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，品位下降。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種合成溫度低、工藝簡單、成本適中的合成鐵鋁尖晶石及其制備方法，用該方法制備的合成鐵鋁尖晶石純度高且燒結(jié)致密。
為完成上述任務(wù)，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是按Al離子與Fe離子的摩爾比為2∶1將含鋁化合物和含鐵化合物混合，外加1～6wt％的結(jié)合劑，混合5～180分鐘，成型，在90～120℃條件下干燥20～30小時(shí)，在埋碳?xì)夥障律郎氐?100～1700℃，保溫5～600分鐘，自然冷卻。
其中含鋁化合物為Al2O3、Al(OH)3、Al2O3.H2O、鋁礬土中的一種或兩種或兩種以上的組合物，粒度小于180目；含鐵化合物為FeO、Fe2O3、Fe3O4、鐵鱗中的一種或兩種或兩種以上的組合物，粒度小于180目；結(jié)合劑為淀粉、粘土、樹脂、硅溶膠、鋁溶膠、聚乙烯醇、甘油、甲基纖維素中的一種或兩種或兩種以上的組合物。所述的成型為機(jī)壓或等靜壓，成型壓力為25～400Mpa。升溫速度為0.5～10℃/分。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有工藝簡單、反應(yīng)溫度低、原料價(jià)格便宜的特點(diǎn)。在各燒成溫度下所有鋁和鐵都轉(zhuǎn)化為FeAl2O4，燒后顯氣孔率小于5％。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1按Al離子和Fe離子的摩爾比為2∶1的比例，將粒度為180目的Al(OH)3、Al2O3.H2O的含鋁化合物與粒度為180目的Fe2O3、FeO的含鐵化合物混合。其中Al(OH)3在含鋁化合物中含量為35～45wt％，F(xiàn)e2O3在含鐵化合物中含量為65～75wt％。其工藝條件是將上述原料在行星磨干混，然后外加2～4wt％的甲基纖維素，混合30～180分鐘，在40～200Mpa壓力下機(jī)壓成型，于烘箱中在110℃干燥24小時(shí)，以1～5℃/分的升溫速度，在埋碳?xì)夥障律郎氐?200～1500℃，保溫30～240分鐘，自然冷卻后取出。
經(jīng)X射線衍射測試制品中的物相為FeAl2O4。檢測其性能為體積密度3.70cm3，顯氣孔率4％。
實(shí)施例2按Al離子和Fe離子的摩爾比為2∶1的比例，將粒度為325目的剛玉細(xì)粉、Al(OH)3、Al2O3.H2O的含鋁化合物與粒度為180目的Fe2O3、FeO的含鐵化合物混合。其中剛玉細(xì)粉在含鋁化合物中含量為37～45wt％、Al(OH)3在含鋁化合物中含量為25～30wt％、Al2O3.H2O在含鋁混合物中含量為26～35wt％；Fe2O3在含鐵混合物中含量為65～75wt％。其工藝條件為將上述原料在行星磨干混，然后外加3～5wt％的甘油，混合30～120分鐘，在200～400Mpa壓力下等靜壓成型，于烘箱中在110℃干燥24小時(shí)，然后在埋碳?xì)夥障乱?～5℃/分的升溫速度燒成，燒成溫度為1300～1600℃，保溫30～120分鐘，自然冷卻后取出。
經(jīng)X射線衍射測試制品中的物相為FeAl2O4。檢測其性能為體積密度3.80cm3，顯氣孔率2％。
實(shí)施例3按Al離子和Fe離子的摩爾比為2∶1的比例，將粒度為180目的剛玉細(xì)粉、氧化鋁含量為80wt％的特級(jí)礬土、Al(OH)3、Al2O3.H2O的含鋁化合物與325目的Fe2O3、FeO、Fe3O4的含鐵化合物混合。其中剛玉在含鋁化合物中含量為22～26wt％、Al(OH)3在含鋁化合物中含量為15～20wt％、Al2O3.H2O在含鋁化合物中含量為25～30wt％、特級(jí)礬土在含鋁化合物中含量為25～35wt％；Fe2O3在含鐵化合物中含量為45～55wt％、Fe3O4在含鐵化合物中含量為30～40wt％、FeO在含鐵化合物中含量為10～20wt％。其工藝條件為將上述原料在行星磨干混，然后外加3～5wt％的鋁溶膠，混合120～180分鐘，在100～200Mpa壓力下機(jī)壓成型，于烘箱中在110℃干燥24小時(shí)，然后在埋碳?xì)夥障乱?～8℃/分的升溫速度燒成。燒成溫度為1600～1700℃，保溫60～120分鐘，自然冷卻后取出。
經(jīng)X射線衍射測試制品中的物相主要為FeAl2O4。檢測其性能為體積密度3.65cm3，顯氣孔率5％。
權(quán)利要求
1.一種合成鐵鋁尖晶石的制備方法，其特征在于按Al離子與Fe離子的摩爾比為2∶1將含鋁化合物和含鐵化合物混合，外加1～6wt％的結(jié)合劑，混合5～180分鐘，成型，在90～120℃條件下干燥20～30小時(shí)，在埋碳?xì)夥障律郎氐?100～1700℃，保溫5～600分鐘，自然冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成鐵鋁尖晶石的制備方法，其特征在于所述的含鋁化合物為Al2O3、Al(OH)3、Al2O3.H2O、鋁礬土中的一種或兩種或兩種以上的組合物，粒度小于180目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成鐵鋁尖晶石的制備方法，其特征在于所述的含鐵化合物為FeO、Fe2O3、Fe3O4、鐵鱗中的一種或兩種或兩種以上的組合物，粒度小于180目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成鐵鋁尖晶石的制備方法，其特征在于所述的結(jié)合劑為淀粉、粘土、樹脂、硅溶膠、鋁溶膠、聚乙烯醇、甘油、甲基纖維素中的一種或兩種或兩種以上的組合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成鐵鋁尖晶石的制備方法，其特征在于所述的成型為機(jī)壓或等靜壓，成型壓力為25～400Mpa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成鐵鋁尖晶石的制備方法，其特征在于所述的升溫速度為0.5～10℃/分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6項(xiàng)所述的合成鐵鋁尖晶石的制備方法所制備的合成鐵鋁尖晶石。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵鋁尖晶石及其制備方法。所采用的技術(shù)方案是按Al離子與Fe離子的摩爾比為2∶1將含鋁化合物和含鐵化合物混合，外加1～6wt％的結(jié)合劑，混合5～180分鐘。成型，在90～120℃條件下干燥20～30小時(shí)。在埋碳?xì)夥障乱?.5～10℃/分的速度升溫，升溫到1100～1700℃，保溫5～600分鐘，自然冷卻。本發(fā)明具有工藝簡單、反應(yīng)溫度低、原料價(jià)格便宜的特點(diǎn)。在各燒成溫度下所有鋁和鐵都轉(zhuǎn)化為FeAl
文檔編號(hào)C04B35/66GK1762895SQ20051001926
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2005年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月10日
發(fā)明者金勝利, 李亞偉, 李遠(yuǎn)兵, 李楠, 敖進(jìn)清 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)