一種近球形α-氧化鋁微粉的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高溫耐火材料領(lǐng)域，具體涉及一種近球形α-氧化鋁微粉的制備方法及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]微粉的使用推動(dòng)了耐火材料的發(fā)展，尤其是α-氧化鋁微粉和二氧化硅微粉在澆注料中的使用，使?jié)沧⒊尚腕w的含水量下降，致密度提高。二氧化硅微粉的顆粒呈球形，球形顆粒具有較小的比表面積，較大的堆積密度，而且球形顆粒各向同性好、應(yīng)力應(yīng)變均勻，球形顆粒摩擦系數(shù)小，加入耐火材料基質(zhì)中時(shí)，流動(dòng)性及充填性好，能有效釋放水分，但是，二氧化硅微粉的熔點(diǎn)低，容易引入雜質(zhì)與基質(zhì)中的其它組分在高溫下反應(yīng)形成低熔點(diǎn)物相，降低材料的高溫使用性能。而α-氧化鋁微粉熔點(diǎn)高，高溫穩(wěn)定性好，若能具有球形的顆粒外形，則可以完全取代二氧化硅微粉，從而提高材料的高溫使用性能。
[0003]中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)枮?014102083066)公開(kāi)了一種活性煅燒氧化鋁微粉及其加工工藝，該工藝對(duì)常規(guī)氧化鋁微粉的加工工藝進(jìn)行了改進(jìn)，以工業(yè)氧化鋁粉、氫氧化鋁為主料，助磨劑和復(fù)合礦化劑為輔料，復(fù)合礦化劑為氯化銨和氟化鋁的混合物，球磨機(jī)細(xì)磨，然后在成球機(jī)內(nèi)成球，再進(jìn)行烘干通過(guò)豎窯燒結(jié)而成，既降低了產(chǎn)品的雜質(zhì)含量，又降低了產(chǎn)品的成本，同時(shí)提高了產(chǎn)品活性，然而其生產(chǎn)的氧化鋁微粉的顆粒形貌仍然是市場(chǎng)上的普遍存在的。目前，市場(chǎng)上的α-氧化鋁微粉產(chǎn)品的顆粒形貌主要是片狀、板狀、粒狀、柱狀和針狀等，這是由α-氧化鋁六方最緊密堆積的晶體結(jié)構(gòu)與生長(zhǎng)習(xí)性決定的，在不加外界干預(yù)的情況下α-氧化鋁不能自發(fā)形成球形顆粒，這樣就造成了目前該產(chǎn)品加入到材料基質(zhì)中后材料的充填性不好，當(dāng)加入量過(guò)多時(shí)，容易鎖住水分，增加了材料的加水量，使成型后的材料致密性差，由于結(jié)構(gòu)因素劣化了整體的高溫使用性能，而使材料的良好性能未能得到充分的發(fā)揮。
[0004]中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)枮?014100905009)公開(kāi)了一種橢球狀、近六邊形板片狀或鼓狀原級(jí)顆粒或其團(tuán)聚體組成的α-氧化鋁粉體的制備方法，該方法通過(guò)改變制備條件能夠有效控制α-氧化鋁粉體的顆粒形貌，但是其制備方法復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N近球形α-氧化鋁微粉的制備方法，能夠生產(chǎn)出成本低、具有近球形單一形貌的α-氧化鋁微粉。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)的技術(shù)方案為:
[0007]—種近球形α-氧化鋁微粉的制備方法，將含鋁原料和添加劑混合均勻，煅燒至少10h，經(jīng)研磨即可獲得產(chǎn)品，所述添加劑為硼酸和氧化鎂的混合物，所述硼酸和氧化鎂的混合物中硼酸和氧化鎂的質(zhì)量比為1:0.1-10。
[0008]物質(zhì)傳質(zhì)方式對(duì)α-氧化鋁的顯微結(jié)構(gòu)有重要的影響，在以固相傳質(zhì)為主要物質(zhì)輸送方式的晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，形成的主要是蠕蟲(chóng)狀結(jié)晶，在以氣相傳質(zhì)為主要物質(zhì)輸送的晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，由氣相輸送的物質(zhì)會(huì)優(yōu)選沉積在晶體能量較高的位置，如晶體角、棱的位置，物質(zhì)不斷沉積到這些位置，從而促進(jìn)晶體的生長(zhǎng);本發(fā)明的主要技術(shù)核心為添加劑種類的選擇，加入不同的添加劑獲得混合傳質(zhì)過(guò)程，控制晶體的生長(zhǎng)。在沒(méi)有添加劑的情況下煅燒后的α-氧化鋁，一次晶體較含鋁原料母晶大得多。由于α-氧化鋁的蒸氣壓較低，在高溫煅燒過(guò)程中，固相傳質(zhì)對(duì)α-氧化鋁的一次晶體生長(zhǎng)起到了決定性作用，兩個(gè)或多個(gè)顆粒之間相互融合，形成頸縮，從而形成了空間網(wǎng)狀結(jié)晶。本發(fā)明中硼酸通過(guò)抑制α-氧化鋁的形核，同時(shí)脫除氧化鋁中的氧化鈉，從而促進(jìn)α-氧化鋁向蠕蟲(chóng)狀晶體生長(zhǎng)，顆粒外形圓滑，生長(zhǎng)過(guò)程以固相傳質(zhì)為主，少量的氣相傳質(zhì);在高溫下氧化鎂與氧化鋁反應(yīng)生成鎂鋁尖晶石，氧化鎂和鎂鋁尖晶石的揮發(fā)性較高，從而吸附于α-氧化鋁的一次晶體表面，抑制α-氧化鋁的一次晶體生長(zhǎng);通過(guò)硼酸和氧化鎂的相互作用，使整個(gè)晶體生長(zhǎng)過(guò)程以固相傳質(zhì)為主，氣相傳質(zhì)為輔，氣相中的氧化鋁濃度適中，從而控制了α-氧化鋁的一次晶體生長(zhǎng)，并且形成為近球狀顆粒。
[0009]而添加氯化銨和氟化銨的混合物或其他添加劑，在高溫下，這些物質(zhì)分解形成氣相，使反應(yīng)過(guò)程中的氧化鋁濃度較高，一次晶體生長(zhǎng)速率相對(duì)較快，使α-氧化鋁的晶體生長(zhǎng)由固相傳質(zhì)為主變成以氣相傳質(zhì)為主，生成的一次晶體較大，且制備出的晶體為六方片狀或六方柱狀。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，容易操作，更適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0010]優(yōu)選的，所述含鋁原料為氧化鋁。能夠降低生產(chǎn)成本。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述氧化鋁為工業(yè)氧化鋁、含水氧化鋁或兩者的混合。工業(yè)氧化鋁為γ -氧化鋁，含水氧化鋁為三水氧化鋁，工業(yè)氧化鋁和含水氧化鋁生產(chǎn)成本更低。
[0012]優(yōu)選的，所述添加劑的重量為含鋁原料與添加劑總重量的0.1?1.1 %。該配比下產(chǎn)生的α-氧化鋁微粉的形貌更好。
[0013]優(yōu)選的，將含鋁原料與添加劑混合均勻的設(shè)備為球磨機(jī)。能夠使含鋁原料與添加劑混合更均勻。
[0014]優(yōu)選的，所述煅燒的最高溫度為1200?1600°C。該溫度下，混合傳質(zhì)作用的效果最好。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)選的，最高溫度保持時(shí)間為12?22h。進(jìn)一步保證最佳的混合傳質(zhì)作用的效果。
[0016]優(yōu)選的，所述研磨時(shí)間為10?20h。保證將二次顆粒充分研磨成粒徑細(xì)小的一次顆粒。
[0017]優(yōu)選的，所述研磨的設(shè)備為球磨機(jī)。能夠更好的將煅燒后形成的二次顆粒分散開(kāi)形成粒徑細(xì)小的一次顆粒。
[0018]—種利用上述方法在制備高溫耐火材料中的應(yīng)用。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0020]1.本發(fā)明采用的原料和添加劑都是市場(chǎng)上常用的工業(yè)產(chǎn)品原料，工業(yè)氧化鋁、含水氧化鋁、硼酸、氧化鎂，原料成本低；
[0021]2.制備工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，包括原料配比稱量混合、煅燒及產(chǎn)物的研磨，工序少，設(shè)備為工業(yè)常用的高溫設(shè)備、混合研磨設(shè)備，設(shè)備條件容易滿足，適合工業(yè)化批量生產(chǎn)；
[0022]3.本發(fā)明制得的α-氧化鋁微粉顆粒形貌是單一的近球形，不摻雜其它板片狀形貌的顆粒，粒徑均勻，在本發(fā)明的工藝條件范圍內(nèi)可得到粒徑小于ΙΟμπι的微粉；
[0023]4.本發(fā)明制得的微粉的物相為α-氧化鋁，