專利名稱：鎂鋁尖晶石粉體的環(huán)境友好低溫固相合成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、電子工業(yè)和光學設備領域以及催化劑載體領域的 一種鎂鋁尖晶石粉體的環(huán)境友好超低溫固相合成方法。
背景技術：
鎂鋁尖晶石(MgAl204)是高熔點(為210(TC)耐火氧化物，具有優(yōu)越的力 學性能、優(yōu)異的抗化學侵蝕性、高的電導率及光學各向同性，因而在高溫結(jié)構(gòu)陶 瓷、電子工業(yè)和光學設備等領域有著廣泛的應用。鎂鋁尖晶石耐火制品主要用于 大型水泥窯燒成帶、大型玻璃窯蓄熱帶、爐外精煉爐和大型盛鋼桶內(nèi)襯等部位。 富鋁尖晶石用于高爐出鐵溝，富鎂尖晶石用于苛刻澆注條件下的滑板。同時尖晶 石與Zr02等具有很好的化學相容性，可制備鎂鋁尖晶石基高溫陶瓷復合材料。 新型磁性尖晶石是應用在冶金、電工、射線技術和化學工業(yè)上的一種重要的高溫 電絕緣耐火材料和結(jié)構(gòu)材料。此外，納米尖晶石粉末可作為催化劑載體材料、合 成透光材料等。尖晶石粉體材料有廣泛的用途，常用的制備方法主要有三種
1、 高溫固相法
以氧化鎂和氧化鋁為原料制備尖晶石粉術是一種工藝較成熟、簡便易行的方 法。該法是以工業(yè)氧化鋁和輕燒氧化鎂為原料，按1:1配料，在馬弗爐內(nèi)緞燒， 在110(TC左右保溫適當時間，即可得活性細尖晶石粉。采用該工藝制得的粉末 品格缺陷多，表而能大，但當溫度高于125(TC時，鎂鋁尖晶石粉術會發(fā)生燒結(jié)。 由于MgO和A1203粉末是通過機械球磨混合很難達到分子或原子尺度的均勻 性，在高溫固相接觸反應中，分子間接觸勢必受到影響，從而導致生成物摻雜， 純度和粒度均受影響。此外，高溫固相法且焙燒溫度高，能耗大；若采用堿式碳 酸鎂為主原料時，溫室氣體C02排放量大。 _
2、 液相法
包括焙燒脫水法和共沉淀法。焙燒脫水法主要以鎂和鋁的硫酸鹽或硝酸鹽晶體為原料配成溶液然后通過焙燒逐步脫去溶劑水、結(jié)晶水和硫等，最后得到 MgAl204超細粉末。該法可使含鎂前驅(qū)物混合較均勻，.在較大程度上克服了高 溫固相法的不足。共沉淀法是在溶液狀態(tài)下，將組分混合，加入沉淀劑，可得各 成分混合均勻的2Mg(OH)Al(OH)3和少量Al(OH)3、 AIOOH沉淀物，經(jīng)熱分解， 85(TC左右前驅(qū)物幾乎完全生成MgAl204尖晶石相，所制備的粉體均勻性好，制 備溫度較低，但溶液化學過程污染嚴重。 3、溶膠一凝膠法
這是一種應用較多的超細粉末制備方法。在采用該法制備MgAl204超細粉 末過程中，首先必須制備鋁鎂醇鹽，然后醇鹽經(jīng)過水解、縮聚得到凝膠，再把凝 膠十燥和適當熱處理，即可得MgAl204超細粉末。釆用溶膠一凝膠法的不足之 處是，溶膠凝膠過程原料昂貴，環(huán)境污染較嚴重，且凝膠微粒易發(fā)生凝聚。
綜上所述，現(xiàn)有的鎂鋁尖晶石高溫固相合成法焙燒溫度過高，能耗大，粉體 質(zhì)量不佳；濕法工藝化學過程環(huán)境污染嚴重，原料價格高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有鎂鋁尖晶石制備方法所存在的上述不足，本發(fā)明提供一種焙燒 溫度低、工藝流程短、原材料價格低、設備簡單、耗能小、環(huán)境友好的鎂鋁尖晶 石粉體固相合成方法。
一種鎂鋁尖晶石粉體的環(huán)境友好低溫固相合成方法，其特征在于-
(1) 、采用純度大于95%的硝酸鎂粉體或其結(jié)晶水合物粉體與氧化鋁粉體或氧 化鋁的前驅(qū)體粉體為原料；
(2) 、通過常規(guī)的球磨混合后，在350 60(TC范圍內(nèi)低溫固相共燒，制得鎂鋁尖 晶石粉體。
上述的氧化鋁的前驅(qū)體為氧化鋁水合物或鋁的無機鹽結(jié)晶相或鋁的無機鹽 結(jié)晶相水合晶體。
上述的氧化鋁水合物包括氫氧化鋁、薄水鋁石、硬水鋁石、擬薄水鋁石在內(nèi) 的一水合氧化鋁，還包括三水鋁石、湃鋁石、諾水鋁石在內(nèi)的三水合氧化鋁。 上述的鋁的無機鹽結(jié)晶相包括硝酸鋁、硫酸鋁、碳酸鋁銨、次醋酸鋁。 在如此低的溫度固相合成鎂鋁尖晶石與本發(fā)明所用原料硝酸鎂的低溫分解行為直接相關。六水硝酸鎂從95'C開始就不斷地脫除結(jié)晶水，其晶體結(jié)構(gòu)缺損 程度增加；而在300 50(TC的溫度范圍內(nèi)，無水硝酸鎂發(fā)生多次低溫分解，形成 活性MgO微粒，并釋放出的02和NO或N02， AI203在此強氧化性氣氛中與活 性MgO微粒原位低溫(在350 60(TC)反應形成鎂鋁尖晶石微細粉體
Mg(NQ)2 ~> MgOf垂。2個+2NQ T~>MgO+ ， 02個+2NOt (l)
MgO + A1203 — MgAl204 (2)
硝酸鎂低溫分解所釋放出的NO或N02等氮氧化物氣體，可以通過堿液回 收，也可用于直接法生產(chǎn)硝酸的過程，從而避免了有害氣體的排放。
本發(fā)明所涉及方法與目前所用的鎂鋁尖晶石粉體固相合成法相比，制備溫度 降低500 70(TC，能耗大大降低，且避免了采用堿式碳酸鎂為原料時的溫室氣體 C02排放；與鎂鋁尖晶石液相合成以及溶膠-凝膠工藝相比，制備溫度數(shù)降低百 攝氏度，無液相過程不可避免的環(huán)境污染，且原料價格低，設施簡單，生產(chǎn)流程 短。本發(fā)明產(chǎn)品應用于高溫陶瓷復合材料、高溫電絕緣耐火材料和結(jié)構(gòu)材料、催 化劑載體材料以及合成透光材料等。


圖1為六水硝酸鎂的熱重(TG)與差熱分析(DTA)曲線，由該結(jié)果可知 六水硝酸鎂在95。C開始脫出結(jié)晶水；300 50(TC的溫度范圍內(nèi)，發(fā)生多次低溫分 解，形成活性MgO微粒，并釋放出的02和NO或N02氣體。
圖2為本發(fā)明所合成的鎂鋁尖晶石的X射線衍射譜線，衍射峰均屬于鎂鋁 尖晶石，無原料以及其它雜相；衍射峰峰型尖銳，表明所合成粉體結(jié)晶完全。
具體實施方式
實例1
將純度大于95%的硝酸鎂粉體與擬薄水鋁石粉體原料，按照鎂鋁摩爾比1:
1配料；采用氧化鋁球球磨混合，球磨時間為2小時；在10MPa的壓力下，壓制成塊；在馬弗爐中以1(TC/min的加熱速率，升溫至55(TC保溫2小吋，大氣無 壓燒結(jié)，制得結(jié)晶度完整的鎂鋁尖晶石粉體。 實例2
將純度大于95%的六水硝酸鎂粉體與薄水鋁石粉體原料,按照鎂鋁摩爾比1: 1配料；采用氧化鋁球球磨混合，球磨時間為2小時；在15MPa的壓力下，壓 制成塊；在馬弗爐中以1(TC/min的加熱速率，升溫至45(TC保溫4小時，大氣無 壓燒結(jié)，制得結(jié)晶度完整的鎂鋁尖晶石微粉。 實例3
將純度大于95%的六水硝酸鎂粉體與工業(yè)純硫酸鋁粉體原料，按照鎂鋁摩爾 比1: 1配料；采用氧化鋁球球磨混合，球磨時間為2小時；在15MPa的壓力下， 壓制成塊；在馬弗爐中以1(TC/min的加熱速率，升溫至400。C保溫4小時，大氣 無壓燒結(jié)，制得結(jié)晶度較完整的鎂鋁尖晶石微粉。
上述列舉了本發(fā)明的三個實施方式，但本發(fā)明的上述實施方案都只能認為是 對本發(fā)明的說明而不能限制本發(fā)明，權利要求書指出了本發(fā)明的范圍。因此，在 不違反發(fā)明基本思想的情況下，只要采用了純度大于95%的硝酸鎂粉體或其結(jié)晶 水合物粉體為主原料，使用固相焙燒工藝，并利用硝酸鎂低溫分解所形成的活性 氧化鎂微粒和氧化性氣氛，在低于60(TC低溫制備鎂鋁尖晶石粉體，都應認為屬 于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1、一種鎂鋁尖晶石粉體的環(huán)境友好低溫固相合成方法，其特征在于(1)、采用純度大于95％的硝酸鎂粉體或其結(jié)晶水合物粉體與氧化鋁粉體或氧化鋁的前驅(qū)體粉體為原料，按照鎂鋁摩爾比1∶1配料；(2)、通過常規(guī)的球磨混合、壓塊后，在350～600℃范圍內(nèi)常壓低溫固相共燒，制得鎂鋁尖晶石粉體。
2、 根據(jù)權利要求l所述的鎂鋁尖晶石粉體的環(huán)境友好低溫固相合成方法，其特征在于所述的氧化鋁的前驅(qū)體為氧化鋁永合物或鋁的無機鹽結(jié)晶相或鋁的無機 鹽結(jié)晶相水合晶體。
3、 根據(jù)權利要求l所述的鎂鋁尖晶石粉體的環(huán)境友好低溫固相合成方法，其特征在于所述的氧化鋁水合物包括氫氧化鋁、薄水鋁石、硬水鋁石、擬薄水鋁石在 內(nèi)的一水合氧化鋁，還包括三水鋁石、湃鋁石、諾水鋁石在內(nèi)的三水合氧化鋁。
4、 根據(jù)權利要求l所述的鎂鋁尖晶石粉體的環(huán)境友好低溫固相合成方法，其特征 在于所述的鋁的無機鹽結(jié)晶相包括硝酸鋁、硫酸鋁、碳酸鋁銨、次醋酸鋁。
全文摘要
一種鎂鋁尖晶石粉體的環(huán)境友好低溫固相合成方法，屬復雜氧化物粉體的固相低溫合成方法。它采用純度大于95％的硝酸鎂粉體或者其結(jié)晶水合物粉體與氧化鋁粉體以及氧化鋁的各種前驅(qū)體粉體為原料，通過常規(guī)的球磨混合、低溫固相共燒工藝，利用硝酸鎂低溫分解所形成的高活性氧化鎂以及所釋放的氧氣，在350～600℃范圍內(nèi)就能制得鎂鋁尖晶石粉體。與現(xiàn)有固相合成法相比，焙燒溫度降低500～700℃，能耗大大降低，且可避免溫室氣體CO₂的排放；與液相合成和溶膠-凝膠工藝相比，焙燒溫度數(shù)降低百攝氏度，無液相過程不可避免的環(huán)境污染，原料價格低，設施簡單，生產(chǎn)流程短?？捎糜诟邷靥沾伞⒏邷仉娊^緣耐火材料、催化劑載體以及透光材料。
文檔編號C01F7/00GK101445261SQ20081024260
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月31日 優(yōu)先權日2008年12月31日
發(fā)明者姜子晗, 濤 汪, 雷 蔡, 杰 陶, 駱心怡, 操 高 申請人:南京航空航天大學