專利名稱：一種制備鐵鋁尖晶石的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種耐火材料的制備方法，具體的說是一種制備鐵鋁尖晶石的方法。
背景技術(shù)：
我國2010年水泥產(chǎn)量為18. 8億噸，同比增長14. 3%。由于Cr2O3能提高鎂質(zhì)耐火材料的抗侵蝕性能和抗熱震性能，并使導(dǎo)熱率降低，掛窯皮性能較好，因此，我國水泥回轉(zhuǎn)窯燒成帶仍主要使用含4-12%的Cr2O3的鎂鉻磚。但在此工況條件下，三價鉻(Cr3+)易轉(zhuǎn)變成為六價鉻(Cr6+)。六價鉻是一種危害人類健康的化學(xué)物質(zhì)，它可溶于水，也可以以氣相形式存在，故六價鉻可以通過煙氣進入大氣中，也會溶入水，污染水源。目前，一些發(fā)達(dá)國家已對六價鉻制定了嚴(yán)格的限制標(biāo)準(zhǔn)。我國目前正在加緊研究新型綠色耐火材料，含鉻磚終將被淘汰。鐵鋁尖晶石(FeAl2O4)是近年來出現(xiàn)的一種新型耐火材料，是自然界中少有的礦物，莫氏硬度7. 5，屬中硬礦物。將鐵鋁尖晶石按一定比例加入到氧化鎂中，可生產(chǎn)出水泥回轉(zhuǎn)窯用新一代高性能耐火材料，它具有良好的高溫柔韌性，較低的熱膨脹率和熱導(dǎo)率，同時，還具有非常好的抗水泥熟料等的侵蝕性，對環(huán)境幾乎沒有污染。燒結(jié)法合成鐵鋁尖晶石需要控制適當(dāng)?shù)臍夥?，以保證氧化亞鐵(FeO)處在其穩(wěn)定存在溫度與氧分壓條件下。以往通過對不同氧分壓下Fe2O3-Al2O3相圖以及1500°C 時FeO-Fe2O3-Al2O3三元系統(tǒng)等溫截面圖的分析，說明氧分壓越低越有利于鐵鋁尖晶石的合成，而且Fe3O4與FeAl2O4的固溶度隨著氧分壓降低以及鐵鋁尖晶石含量增加迅速降低。熱力學(xué)計算表明在氧分壓為0.5 Pa高純氮氣氣氛條件下，F(xiàn)eO在1473 2160°C 范圍內(nèi)能夠穩(wěn)定存在，在此溫度范圍燒結(jié)可以合成鐵鋁尖晶石。實驗證明以Fe2O3粉和 Al2O3粉為原料，配料時需要引入一定量還原碳粉以消耗Fe2O3分解產(chǎn)生的氧氣，當(dāng)燒結(jié)溫度高于1500°C時，所有的鐵源都轉(zhuǎn)化為鐵鋁尖晶石相。由于燒結(jié)溫度較高，目前僅限于實驗室合成(馬淑龍，李勇，孫加林等.氮氣氣氛下鐵鋁尖晶石的合成[J].硅酸鹽學(xué)報， 2011，39(3) :424-429, 457.)。以鐵鱗、Fe2O3粉及Al2O3粉為原料，分別采用燒結(jié)法、電熔法，進行鐵鋁尖晶石的合成。利用X射線衍射(XRD)檢測了合成試樣的物相組成，采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察和分析了合成試樣的物相的形貌和分布。研究結(jié)果表明采用在配料中加入石墨和埋炭的方法均能營造弱還原性氣氛，合成出鐵鋁尖晶石，但是鐵鋁尖晶石的含量僅為20%左右，采用合適的原料并利用電熔法能夠合成鐵鋁尖晶石，含量在97%以上(張君博，張剛，肖國慶等·鐵鋁尖晶石的制備[J].硅酸鹽通報，2007，26 (5) :1003-1006.)。研究了以特級礬土和鐵鱗為原料，采用燒結(jié)法合成鐵鋁尖晶石時，還原氣氛和燒結(jié)溫度的影響。結(jié)果表明通過在合成料中添加還原劑(石墨)的方法營造的還原氣氛，適合鐵鋁尖晶石的燒結(jié)合成1550°C下燒結(jié)合成出的鐵鋁尖晶石合成料達(dá)到致密化，鐵鋁尖晶石的含量達(dá)到80-90% (劉會林，李勇，曹洪發(fā)等.鐵鋁尖晶石料的燒結(jié)合成[J].耐火材料，2003，37(6) :333-335.)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)鐵鋁尖晶石燒結(jié)溫度高、鐵鋁尖晶石含量低和結(jié)構(gòu)不致密的問題，本發(fā)明提供了一種制備鐵鋁尖晶石的方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為一種制備鐵鋁尖晶石的方法，包含以下步驟
1)將鋁鹽和鐵鹽溶于水或者醇中制成混合溶液，且混合溶液中鋁離子和鐵離子的摩爾比為2:1,備用；
2)向步驟I中制得的混合溶液中邊攪拌邊滴加堿溶液進行中和，直至混合溶液的pH值為7,中和過程中生成沉淀；
3)將步驟2中的沉淀過濾出來，蒸餾水洗滌后加入有機醇進行分散，然后烘干，備用；
4)將步驟3中烘干后的沉淀在300°C-SOO0C的條件下煅燒l_3h后，再加入沉淀總重量 I. 0-5. 0%的粘接劑和O. 5-2. 5%的石墨粉，充分混合均勻后，壓制成坯塊，備用；
5)將步驟4制得的坯塊在1100 1700°C的中性氣氛下燒結(jié)I 6小時，冷卻后即制得鐵招尖晶石材料。所述的鋁鹽為硝酸鋁、氯化鋁、硫酸鋁、異丙醇鋁中的一種或幾種組合；
所述的鐵鹽為硝酸鐵、硝酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、氯化鐵、氯化亞鐵中的一種或幾種組合；
所述的堿溶液為氨水、氫氧化鉀、氫氧化鈉中的一種或幾種組合；
所述的有機醇為無水乙醇、正丁醇、乙二醇中的一種或幾種組合；
所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯乙二醇、甲基纖維素、羧甲基纖維素、乙基纖維素、羧丙基纖維素、石蠟中的一種或幾種混合；
所述的中性氣氛為真空、氬氣保護或氮氣保護；
所述的石墨粉，其粒度小于400目。本發(fā)明中，鋁鹽和鐵鹽在溶液中中和生成的氫氧化鋁沉淀和氫氧化鐵沉淀之間混合非常均勻，這樣制備形成的鐵鋁尖晶石結(jié)構(gòu)致密、穩(wěn)定，缺陷少。本發(fā)明中，分散操作時，有機醇的加入量以將沉淀充分分散為準(zhǔn)；分散的目的是 防止沉淀團聚，并使沉淀充分分散成小顆粒，可以形成納米級的顆粒。沉淀在煅燒后的產(chǎn)物為氧化鋁和氧化鐵。加入石墨粉的作用是在高溫條件下將氧化鐵和四氧化三鐵還原為氧化亞鐵。有益效果本發(fā)明通過堿溶液和鋁鹽、鐵鹽在溶液中反應(yīng)生成混合均勻的氫氧化鋁沉淀和氫氧化鐵沉淀，沉淀在用有機醇分散，使得原料充分的散開，反應(yīng)更充分均勻，形成的鐵鋁尖晶石內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密；在燒結(jié)時加入了還原性的石墨粉，更有利于鐵鋁尖晶石的生成，使得反應(yīng)時間縮短，且含量增大。


圖I為本發(fā)明制得的鐵鋁尖晶石的X射線衍射圖譜。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步的闡述。實施例I
一種制備鐵鋁尖晶石的方法，步驟如下
1)將硝酸鋁和硝酸鐵按摩爾比2:1進行配料并溶于乙醇中制成濃度為lmol/L的混合溶液，備用；
2)向步驟I中制得的混合溶液中邊攪拌邊滴加氨水進行中和，直至混合溶液的pH值為 7，中和過程中生成沉淀；
3)將步驟2中的沉淀過濾出來，蒸餾水洗滌后加入乙二醇進行分散，然后烘干，備用；
4)將步驟3中烘干后的沉淀在300°C_800°C的條件下煅燒l_3h后，再加入沉淀總重量 5%的羧丙基纖維素和I. 6%的石墨粉，充分混合均勻后，用冷等靜壓壓制成坯塊，備用；
5)將步驟4制得的坯塊在1400°C的真空條件下燒結(jié)4小時，自然冷卻后即制得鐵鋁尖晶石材料。實施例2
一種制備鐵鋁尖晶石的方法，步驟如下
1)將氯化鋁和氯化鐵按摩爾比2:1進行配料并溶于蒸餾水中制成濃度為lmol/L的混合溶液，備用；
2)向步驟I中制得的混合溶液中邊攪拌邊滴加氫氧化鈉溶液進行中和，直至混合溶液的PH值為7，中和過程中生成沉淀；
3)將步驟2中的沉淀過濾出來，蒸餾水洗滌后加入無水乙醇進行分散，然后烘干，備
用；
4)將步驟3中烘干后的沉淀在300°C_800°C的條件下煅燒l_3h后，再加入沉淀總重量 3%的聚乙烯醇縮丁醛和1%的石墨粉，充分混合均勻后，用冷等靜壓壓制成坯塊，備用；
5)將步驟4制得的坯塊在1550°C、氬氣保護條件下燒結(jié)3小時，自然冷卻后即制得鐵招尖晶石材料。實施例3
一種制備鐵鋁尖晶石的方法，步驟如下
1)將硫酸鋁和硫酸亞鐵按鋁離子和鐵離子摩爾比2:1進行配料并溶于蒸餾水中制成濃度為lmol/L的混合溶液；
2)向步驟I中制得的混合溶液中邊攪拌邊滴加氫氧化鉀溶液進行中和，直至混合溶液的PH值為7，中和過程中生成沉淀；
3)將步驟2中的沉淀過濾出來，蒸餾水洗滌后加入乙二醇進行分散，然后烘干，備用；
4)將步驟3中烘干后的沉淀在300°C_800°C的條件下煅燒l_3h后，再加入沉淀總重量 1%的聚乙烯乙二醇和2. 5%的石墨粉，充分混合均勻后，用冷等靜壓壓制成坯塊，備用；
5)將步驟4制得的坯塊在1700°C、氮氣的保護條件下燒結(jié)I小時，自然冷卻后即制得鐵招尖晶石材料。實施例4
一種制備鐵鋁尖晶石的方法，步驟如下
I)將異丙醇鋁和硝酸亞鐵按鋁離子和鐵離子摩爾比2:1進行配料并溶于蒸餾水中制成濃度為lmol/L的混合溶液；2)向步驟I中制得的混合溶液中邊攪拌邊滴加氨水進行中和，直至混合溶液的pH值為 7，中和過程中生成沉淀；
3)將步驟2中的沉淀過濾出來，蒸餾水洗滌后加入正丁醇進行分散，然后烘干，備用；
4)將步驟3中烘干后的沉淀在300°C_800°C的條件下煅燒l_3h后，再加入沉淀總重量
3.5%的乙基纖維素和I. 1%的石墨粉，充分混合均勻后，用冷等靜壓壓制成坯塊，備用；
5)將步驟4制得的坯塊在1100°C、氬氣的保護條件下燒結(jié)6小時，自然冷卻后即制得鐵招尖晶石材料。以上實施例中，所用石墨粉在使用前均過篩，選取400目以下的石墨粉參與合成。粘接劑除了上述四種外，還可以使用聚乙烯醇、甲基纖維素、羧丙基纖維素和石蠟，或者是以上幾種的任意混合。
權(quán)利要求
1.一種制備鐵鋁尖晶石的方法，其特征在于，包含以下步驟1)將鋁鹽和鐵鹽溶于水或者乙醇中制成混合溶液，且混合溶液中鋁離子和鐵離子的摩爾比為2:1；2)向步驟I中制得的混合溶液中邊攪拌邊滴加堿溶液進行中和，直至混合溶液的pH值為7,中和過程中生成沉淀；3)將步驟2中的沉淀過濾出來，蒸餾水洗滌后加入有機醇進行分散，然后烘干，備用；4)將步驟3中烘干后的沉淀在300°C_800°C的條件下煅燒l_3h后，再加入沉淀總重量 I. 0-5. 0%的粘接劑和O. 5-2. 5%的石墨粉，充分混合均勻后，壓制成坯塊，備用；5)將步驟4制得的坯塊在1100 1700°C的中性氣氛下燒結(jié)I 6小時，冷卻后即制得鐵招尖晶石材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備鐵鋁尖晶石的方法，其特征為所述的鋁鹽為硝酸鋁、氯化鋁、硫酸鋁、異丙醇鋁中的一種或幾種組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備鐵鋁尖晶石的方法，其特征為所述的鐵鹽為硝酸鐵、硝酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、氯化鐵、氯化亞鐵中的一種或幾種組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備鐵鋁尖晶石的方法，其特征為所述的堿溶液為氨水、氫氧化鉀、氫氧化鈉中的一種或幾種組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備鐵鋁尖晶石的方法，其特征為所述的有機醇為無水乙醇、正丁醇、乙二醇中的一種或幾種組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備鐵鋁尖晶石的方法，其特征為所述的粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯乙二醇、甲基纖維素、羧甲基纖維素、乙基纖維素、羧丙基纖維素、石蠟中的一種或幾種混合。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備鐵鋁尖晶石的方法，其特征為所述的中性氣氛為真空、IS氣保護或氮氣保護。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備鐵鋁尖晶石的方法，其特征為所述的石墨粉，其粒度小于400目。
全文摘要
一種制備鐵鋁尖晶石的方法，按鐵離子和鋁離子的摩爾比為1:2的比例將鐵鹽和鋁鹽溶于水或者醇中制成混合溶液，然后在其中滴加堿溶液中和直至pH值為7，然后將沉淀洗滌、分散后煅燒，再加入粘接劑和石墨粉壓制成坯塊，坯塊在中性氣氛下燒結(jié)，冷卻后即制得材料。本發(fā)明通過堿溶液和鋁鹽、鐵鹽在溶液中反應(yīng)生成混合均勻的氫氧化鋁沉淀和氫氧化鐵沉淀，沉淀在用有機醇分散，使得原料充分的散開，反應(yīng)更充分均勻，形成的鐵鋁尖晶石內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密；在燒結(jié)時加入了還原性的石墨粉，更有利于鐵鋁尖晶石的生成，使得反應(yīng)時間縮短，且含量增大。
文檔編號C04B35/44GK102603315SQ20121005110
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者周玉成, 張國賞, 徐流杰, 李繼文, 馬向東, 魏世忠 申請人:河南科技大學(xué)