本發(fā)明屬于鎂鋁尖晶石材料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。

背景技術(shù)：

鎂鋁尖晶石陶瓷具有熔點高、力學(xué)性能優(yōu)良、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，且在紫外、可見光和紅外光波段均具有良好的透過率，在高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、耐火材料、透明陶瓷、半導(dǎo)體和催化領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。而制備高純、超細(xì)、化學(xué)均勻性好和低溫?zé)Y(jié)性優(yōu)良的鎂鋁尖晶石粉體是制備高性能鎂鋁尖晶石陶瓷材料的關(guān)鍵。

目前，制備鎂鋁尖晶石粉體通常采用高溫固相反應(yīng)法和液相法，液相法主要包括溶膠-凝膠法、化學(xué)共沉淀法等。其中溶膠-凝膠法是利用鎂鋁的醇鹽水解制得前驅(qū)體溶膠，然后經(jīng)過干燥、煅燒制得鎂鋁尖晶石粉體（劉煒，毋登輝.醇鹽水解法制備高純鎂鋁尖晶石粉體[J]．山東陶瓷，2009，(1): 33-35.）?；瘜W(xué)共沉淀法是使用MgCl₂、AlCl₃等可溶性無機鎂鹽，加入堿性沉淀劑生成氫氧化物沉淀，然后經(jīng)過干燥、煅燒處理制備鎂鋁尖晶石粉體（李陽，李偉堅，莊迎，等．超細(xì)鎂鋁尖晶石粉體制備及表征[J]．過程工程學(xué)報，2009，(S1):177-180）。液相法制得的粉體粒度細(xì)、粒度分布窄和化學(xué)穩(wěn)定性好，燒結(jié)活性高，但工藝較復(fù)雜，原料成本較高，不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

高溫固相反應(yīng)法是以高純度的MgO或Mg(OH)₂、Al₂O₃或Al(OH)₃或勃姆石等為原料，經(jīng)高溫煅燒合成鎂鋁尖晶石。如“一種高純納米級鎂鋁尖晶石的合成方法”（CN102936022A），以輕燒MgO和勃姆石為原料，經(jīng)過混料、壓坯、干燥后，經(jīng)高溫煅燒合成鎂鋁尖晶石，該方法雖工藝簡單，但燒成溫度高（煅燒溫度低于1500℃時，鎂鋁尖晶石生成量不超過90%），能耗大，制得的粉體粒度也較大，且在機械研磨過程中會產(chǎn)生污染，使制得的粉體純度相對較低。

有研究表明添加ZnO、Fe₂O₃、TiO₂、BaO、稀土氧化物（Y₂O₃、CeO₂等）、B₂O₃等氧化物的引入，可以促進鎂鋁尖晶石的反應(yīng)和燒結(jié)，但引入的雜質(zhì)成分會降低鎂鋁尖晶石的純度。添加AlCl₃、MgCl₂、MgF₂、AlF₃、NH₄F等鹵化物類添加劑，可以促進鎂鋁尖晶石的生成，還能在一定程度上降低鎂鋁尖晶石的生成溫度。但關(guān)于鎂鋁尖晶石中Na₂O含量的研究未見相關(guān)報道，而實際上原料中帶入的Na₂O，會與Al₂O₃反應(yīng)，生成β-Al₂O₃，從而影響鎂鋁尖晶石的純度；另一方面Na₂O也會降低鎂鋁尖晶石材料的介電性能、耐高溫性能和耐酸性能等，從而限制了鎂鋁尖晶石的應(yīng)用范圍。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種工藝簡單、合成溫度低和易于工業(yè)化生產(chǎn)的低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法，用該方法制備的鎂鋁尖晶石粉體物相組成和化學(xué)成分可控、Na₂O含量低、易磨、活性高和粒度及其分布均勻可控。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：將含鎂物料與含鋁物料按Al₂O₃︰MgO的物質(zhì)的量比為(1~4)︰1配料，外加添加劑和水，混合均勻，干燥，在1000~1400℃條件下煅燒0.5~5h，研磨，制得低鈉鎂鋁尖晶石微粉。

上述技術(shù)方案中：所述添加劑的加入量是，添加劑中的鹵化物為含鎂物料與含鋁物料之和的0.2~3wt%；所述水的加入量為含鎂物料與含鋁物料之和的0~5倍。

所述含鎂物料為菱鎂礦、氫氧化鎂、氧化鎂、堿式碳酸鎂中的一種以上。

所述含鋁物料為工業(yè)氧化鋁、氫氧化鋁、勃姆石中的一種以上。

所述添加劑為氯化鎂、氯化鋁、氯化銨、氟化銨、氟化鋁、氟化鎂和鹽酸中的一種以上。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：

1、本發(fā)明制得的低鈉鎂鋁尖晶石微粉的Na₂O含量均低于0.1wt%，通過工藝控制，Na₂O的含量可低至0.02wt%。

2、本發(fā)明制得的低鈉鎂鋁尖晶石微粉的生成量均超過理論生成量的95%，優(yōu)選的工藝條件能實現(xiàn)更高的生成量。

3、本發(fā)明制得的低鈉鎂鋁尖晶石微粉的固相反應(yīng)在1000~1400℃條件下進行，有利于生產(chǎn)過程中的節(jié)能降耗。由于反應(yīng)在較低溫度下進行，制得的鎂鋁尖晶石粉體的晶粒發(fā)育程度相對較低，具有更高的反應(yīng)活性；低溫合成的鎂鋁尖晶石粉體結(jié)構(gòu)相對疏松，更易研磨，可根據(jù)需要進一步機械研磨以獲得具有合適粒度分布的粉體，能進一步降低機械研磨過程的能耗和產(chǎn)品污染。

4、本發(fā)明通過對煅燒溫度、煅燒時間、添加劑及其用量進行調(diào)整，能制備具有不同粒度的鎂鋁尖晶石粉體，粒度及其分布均勻可控。

5、本發(fā)明使用的原料易得且價格低廉，具有較低的生產(chǎn)成本，采用該方法制備低鈉鎂鋁尖晶石微粉，工藝過程簡單、生產(chǎn)過程易于控制，生產(chǎn)成本較低，便于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。

因此，本發(fā)明具有工藝簡單、合成溫度低和易于工業(yè)化生產(chǎn)的特點，用該方法制備的鎂鋁尖晶石粉體物相組成和化學(xué)成分可控、Na₂O含量低、易磨、活性高和粒度及其分布均勻可控。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備的一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的XRD圖譜；

圖2為本發(fā)明制備的另一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的XRD圖譜；

圖3為圖1所示的低鈉鎂鋁尖晶石微粉的粒度分布圖；

圖4為圖2所述的低鈉鎂鋁尖晶石微粉的粒度分布圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。

實施例1

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。將含鎂物料與含鋁物料按Al₂O₃︰MgO的物質(zhì)的量比為(1~1.5)︰1配料，外加添加劑，混合均勻，干燥，在1200~1350℃條件下煅燒3.5~5h，研磨，制得低鈉鎂鋁尖晶石微粉。

所述添加劑的加入量是：所述添加劑中的鹵化物為含鎂物料與含鋁物料之和的0.8~1.5wt%。

所述含鎂物料為氧化鎂；

所述含鋁物料為工業(yè)氧化鋁；

所述添加劑為鹽酸。

實施例2

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例1：

所述含鎂物料為氫氧化鎂；

所述含鋁物料為氫氧化鋁；

所述添加劑為氯化鎂、氯化鋁、氯化銨、氟化銨、氟化鋁和氟化鎂的混合物。

實施例3

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例1：

所述含鎂物料為氧化鎂和堿式碳酸鎂的混合物；

所述含鋁物料為勃姆石；

所述添加劑為氯化鋁和鹽酸的混合物。

實施例4

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例1：

所述含鎂物料為氫氧化鎂和堿式碳酸鎂的混合物；

所述含鋁物料為工業(yè)氧化鋁和氫氧化鋁的混合物；

所述添加劑為氯化銨和鹽酸的混合物。

實施例5

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例1：

所述含鎂物料為菱鎂礦、氫氧化鎂和氧化鎂的混合物；

所述含鋁物料為氫氧化鋁和勃姆石的混合物；

所述添加劑為氯化鎂、氯化銨和鹽酸的混合物。

實施例6

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例1：

所述含鎂物料為菱鎂礦、氫氧化鎂和堿式碳酸鎂的混合物；

所述含鋁物料為工業(yè)氧化鋁和勃姆石的混合物；

所述添加劑為氯化鎂、氯化銨和氟化鋁的混合物。

實施例7

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例1：

所述含鎂物料為菱鎂礦、氫氧化鎂、氧化鎂和堿式碳酸鎂的混合物；

所述含鋁物料為工業(yè)氧化鋁、氫氧化鋁和勃姆石的混合物；

所述添加劑為氯化鎂、氯化銨、氟化鎂和鹽酸的混合物。

實施例8

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。將含鎂物料與含鋁物料按Al₂O₃︰MgO的物質(zhì)的量比為(1.2~2)︰1配料，外加添加劑和水，混合均勻，干燥，在1300~1400℃條件下煅燒0.5~1.5h，研磨，制得低鈉鎂鋁尖晶石微粉。

上述技術(shù)方案中：所述添加劑的加入量是，添加劑中的鹵化物為含鎂物料與含鋁物料之和的1.2~2.5wt%；所述水的加入量為含鎂物料與含鋁物料之和的0.01~1倍。

所述含鎂物料為氫氧化鎂；

所述含鋁物料為工業(yè)氧化鋁和氫氧化鋁的混合物；

所述添加劑為氯化鋁。

實施例9

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例8：

所述含鎂物料為菱鎂礦；

所述含鋁物料為氫氧化鋁和勃姆石的混合物；

所述添加劑為氯化銨。

實施例10

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例8：

所述含鎂物料為氫氧化鎂和氧化鎂的混合物；

所述含鋁物料為工業(yè)氧化鋁和勃姆石的混合物；

所述添加劑為氟化鎂和鹽酸的混合物。

實施例11

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例8：

所述含鎂物料為菱鎂礦和堿式碳酸鎂的混合物；

所述含鋁物料為工業(yè)氧化鋁、氫氧化鋁和勃姆石的混合物；

所述添加劑為氯化鎂、氟化鋁和鹽酸的混合物。

實施例12

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例8：

所述含鎂物料為菱鎂礦、氫氧化鎂、和堿式碳酸鎂的混合物；

所述含鋁物料為工業(yè)氧化鋁；

所述添加劑為氯化鎂、氟化鋁、氟化鎂和鹽酸的混合物。

實施例13

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例8：

所述含鎂物料為菱鎂礦、氧化鎂和堿式碳酸鎂的混合物；

所述含鋁物料為氫氧化鋁；

所述添加劑為氯化鋁、氯化銨、氟化銨、氟化鋁、氟化鎂和鹽酸的混合物。

實施例14

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例8：

所述含鎂物料為氧化鎂；

所述含鋁物料為勃姆石；

所述添加劑為氯化鎂、氯化銨、氟化鋁、氟化鎂和鹽酸的混合物。

實施例15

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。將含鎂物料與含鋁物料按Al₂O₃︰MgO的物質(zhì)的量比為(1.8~3)︰1配料，外加添加劑和水，混合均勻，干燥，在1000~1150℃條件下煅燒1~3h，研磨，制得低鈉鎂鋁尖晶石微粉。

上述技術(shù)方案中：所述添加劑的加入量是，添加劑中的鹵化物為含鎂物料與含鋁物料之和的2~3wt%；所述水的加入量為含鎂物料與含鋁物料之和的0.8~3倍。

所述含鎂物料為堿式碳酸鎂；

所述含鋁物料為工業(yè)氧化鋁、氫氧化鋁和勃姆石的混合物；

所述添加劑為氟化銨。

實施例16

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例15：

所述含鎂物料為菱鎂礦和氧化鎂的混合物；

所述含鋁物料為工業(yè)氧化鋁；

所述添加劑為氟化鎂。

實施例17

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例15：

所述含鎂物料為菱鎂礦和氫氧化鎂的混合物；

所述含鋁物料為氫氧化鋁；

所述添加劑為氯化鎂和氟化銨的混合物。

實施例18

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例15：

所述含鎂物料為菱鎂礦、氧化鎂和堿式碳酸鎂的混合物；

所述含鋁物料為勃姆石；

所述添加劑為氯化銨、氟化鋁和鹽酸的混合物。

實施例19

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例15：

所述含鎂物料為氫氧化鎂、氧化鎂和堿式碳酸鎂的混合物；

所述含鋁物料為工業(yè)氧化鋁和氫氧化鋁的混合物；

所述添加劑為氯化鎂。

實施例20

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例15：

所述含鎂物料為菱鎂礦、氫氧化鎂、氧化鎂、堿式碳酸鎂的混合物；

所述含鋁物料為氫氧化鋁和勃姆石的混合物；

所述添加劑為氯化鋁、氟化銨、氟化鋁和氟化鎂的混合物。

實施例21

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例15：

所述含鎂物料為氫氧化鎂；

所述含鋁物料為工業(yè)氧化鋁和勃姆石的混合物；

所述添加劑為氯化鋁、氟化銨、氟化鋁、氟化鎂和鹽酸的混合物。

實施例22

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。將含鎂物料與含鋁物料按Al₂O₃︰MgO的物質(zhì)的量比為(2.5~4)︰1配料，外加添加劑和水，混合均勻，干燥，在1100~1250℃條件下煅燒2~4h，研磨，制得低鈉鎂鋁尖晶石微粉。

上述技術(shù)方案中：所述添加劑的加入量是，添加劑中的鹵化物為含鎂物料與含鋁物料之和的0.2~1wt%；所述水的加入量為含鎂物料與含鋁物料之和的2.5~5倍。

所述含鎂物料為堿式碳酸鎂；

所述含鋁物料為勃姆石；

所述添加劑為氟化鋁。

實施例23

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例22：

所述含鎂物料為菱鎂礦和氫氧化鎂的混合物；

所述含鋁物料為工業(yè)氧化鋁和氫氧化鋁的混合物；

所述添加劑為氯化鋁和氟化鋁的混合物。

實施例24

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例22：

所述含鎂物料為菱鎂礦和氧化鎂的混合物；

所述含鋁物料為氫氧化鋁和勃姆石的混合物；

所述添加劑為氯化鎂、氯化銨、氟化銨、氟化鋁、氟化鎂和鹽酸的混合物。

實施例25

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例22：

所述含鎂物料為氫氧化鎂和堿式碳酸鎂的混合物；

所述含鋁物料為工業(yè)氧化鋁和勃姆石的混合物；

所述添加劑為氟化銨、氟化鋁和氟化鎂的混合物。

實施例26

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例22：

所述含鎂物料為菱鎂礦、氧化鎂和堿式碳酸鎂的混合物；

所述含鋁物料為工業(yè)氧化鋁、氫氧化鋁和勃姆石的混合物；

所述添加劑為氯化鎂、氯化鋁和氯化銨的混合物。

實施例27

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例22：

所述含鎂物料為氫氧化鎂、氧化鎂和堿式碳酸鎂的混合物；

所述含鋁物料為工業(yè)氧化鋁；

所述添加劑為氯化鎂、氯化鋁、氟化鋁和氟化鎂的混合物。

實施例28

一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的制備方法。除下述物料外，其余同實施例22：

所述含鎂物料為菱鎂礦、氫氧化鎂、氧化鎂和堿式碳酸鎂的混合物；

所述含鋁物料為氫氧化鋁；

所述添加劑為氯化鎂、氯化鋁、氯化銨、氟化銨、氟化鋁、氟化鎂和鹽酸的混合物。

本具體實施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：

1、本具體實施方式制得的低鈉鎂鋁尖晶石微粉的Na₂O含量均低于0.1wt%，通過工藝控制，Na₂O的含量可低至0.02wt%。如實施例25制得的低鈉鎂鋁尖晶石微粉的Na₂O的含量為0.015wt%。

2、本具體實施方式制得的低鈉鎂鋁尖晶石微粉的生成量均超過理論生成量的95%，優(yōu)選的工藝條件能實現(xiàn)更高的生成量。

3、本具體實施方式制備低鈉鎂鋁尖晶石微粉的固相反應(yīng)在1000~1400℃條件下進行，有利于生產(chǎn)過程中的節(jié)能降耗。由于反應(yīng)在較低溫度下進行，制得的鎂鋁尖晶石粉體的晶粒發(fā)育程度相對較低，具有更高的反應(yīng)活性；低溫合成的鎂鋁尖晶石粉體結(jié)構(gòu)相對疏松，更易研磨，可根據(jù)需要進一步機械研磨以獲得具有合適粒度分布的粉體，能進一步降低機械研磨過程的能耗和產(chǎn)品污染。圖1為實施例8制得的一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的XRD圖譜，從圖1可以看出，衍射峰均與鎂鋁尖晶石的特征衍射峰相吻合，在衍射圖譜上未能觀察到其它物質(zhì)的特征衍射峰，說明固相反應(yīng)完全，達(dá)到了鎂鋁尖晶石的理論生成量。圖2為實施例27制得的一種低鈉鎂鋁尖晶石微粉的XRD圖譜。從圖2僅觀察到尖晶石和剛玉的特征衍射峰，未能觀察到方鎂石的特征衍射峰，說明固相反應(yīng)完全，達(dá)到了鎂鋁尖晶石的理論生成量。從圖1和圖2中均可以發(fā)現(xiàn)，生成的鎂鋁尖晶石的特征衍射峰峰形較寬，根據(jù)謝樂公式計算得出平均晶粒尺寸分別為82nm、90nm，晶粒尺寸細(xì)小、粉體的反應(yīng)活性較高。

4、本具體實施方式通過對煅燒溫度、煅燒時間、添加劑及其用量進行調(diào)整，能制備具有不同粒度的鎂鋁尖晶石粉體，粒度及其分布均勻可控。圖3為圖1所示的低鈉鎂鋁尖晶石微粉的粒度分布，圖4為圖2所示的低鈉鎂鋁尖晶石微粉的粒度分布；從圖3和圖4可以看出：平均粒徑約為72μm，粉體原始粒徑較小、粒度分布較窄；經(jīng)過4h球磨的平均粒徑約為40μm，相比傳統(tǒng)高溫固相反應(yīng)，所合成的低鈉鎂鋁尖晶石微粉具有更好的易磨性。

5、本具體實施方式使用的原料易得且價格低廉，具有較低的生產(chǎn)成本，采用該方法制備低鈉鎂鋁尖晶石微粉，工藝過程簡單、生產(chǎn)過程易于控制，生產(chǎn)成本較低，便于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。