原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥及其制備方法與流程

本發明屬于鋁酸鹽水泥技術領域。具體涉及一種原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥及其制備方法。

背景技術：
隨著不定形耐火材料的發展，鋁酸鹽水泥結合的耐火澆注料的應用不斷擴大。但鋁酸鹽水泥中的CaO易與高鋁澆注料或剛玉澆注料中的Al2O3和SiO2反應生成鈣長石(CaO·Al2O3·2SiO2)和鋁黃長石(2CaO·Al2O3·SiO2)等低熔物，降低了耐火材料的耐火度、高溫強度以及抗渣性等高溫使用性能。鎂鋁尖晶石是一種高熔點（2135℃）耐火氧化物，具有強度高、線膨脹系數低（7.6×10-6℃-1，20~1000℃）和導熱性好等特點。同時鎂鋁尖晶石可以固溶渣中大量的二價或三價金屬離子氧化物，改變渣的化學組成，提高渣的黏度，大大降低渣的侵蝕與滲透，從而提高耐火材料的抗侵蝕性能和抗熱震性。近年來國內外已經有關于制備含鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥的研究報道。如采用白云石和煅燒氧化鋁為原料(A.H.DeAza，P.Pena,M.A.Rodriguez，etal.Newspinel-containingrefractorycements，JournaloftheEuropeanCeramicSociety，2003，23:737-744)制備了含微米級鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥。另如采用埃及白云石和活性氧化鋁為原料(NagyM.A.Khalil，S.A.S.El-Hemaly，LameyG.Girgis.AluminouscementscontainingmagnesiumaluminatespinelfromEgyptiandolomite，CeramicsInternational，2001，27:865-873)也制備了含微米級鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥。又如“一種含鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥的制備方法”（CN101891408A）專利技術，采用氧化鋁和輕燒白云石為原料，制備了含鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥，但該技術操作不僅過程復雜和燒結溫度高（1550~1600℃），且所得水泥中鎂鋁尖晶石晶粒粒徑較大，對澆注料高溫性能的提升有限。再如“一種含鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥及其制備方法”（CN103073206A）專利技術，該技術所制備的水泥中鎂鋁尖晶石晶粒粒徑較大。段鋒等采用天然白云石和工業氧化鋁粉為原料制備了含鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥（段鋒，肖國慶，荊桂花等.含鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥的制備與應用.耐火材料，2007，41（1）：41~43，53），其煅燒溫度為1600℃，該方法燒結溫度過高，鎂鋁尖晶石晶粒粒徑較大，且成本較高。也有采用石灰石、重燒氧化鎂和鋁礬土熟料為原料（周文彩，李金洪，姜曉謙等.含鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥制備及力學性能研究.耐火材料，2010，44（3）：217~220），其燒結溫度為1400℃，所得水泥中鎂鋁尖晶石晶粒粒徑為2~5μm，該方法制備的水泥操作復雜，燒結溫度較高，獲得的鎂鋁尖晶石晶粒粒徑也較大。綜上所述，現有的含鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥的工藝復雜，合成溫度較高，且鋁酸鹽水泥中鎂鋁尖晶石晶粒粒徑為微米級。

技術實現要素：
本發明旨在克服現有技術缺陷，目的是提供一種工藝簡單和合成溫度低的原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥的制備方法；采用該方法制備的鋁酸鹽水泥中鎂鋁尖晶石晶粒粒徑為納米級，能均勻分布在鋁酸鹽水泥中。為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：先將5~40wt%的氫氧化鎂、15~50wt%的工業氧化鋁和30~60wt%的重質碳酸鈣混合，球磨0.5~5h，壓制成塊體；再將裝有塊體的坩堝置于高溫爐中，以2~20℃/min的升溫速率升溫至1000~1500℃，保溫0.1~6小時，隨爐冷卻至室溫；然后將出爐后的燒結體破碎，研磨，即得原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥。所述氫氧化鎂的Mg(OH)2含量≥98wt%，粒徑≤150μm。所述工業氧化鋁的Al2O3含量≥95wt%，粒徑≤45μm。所述重質碳酸鈣的CaCO3含量≥96wt%，粒徑≤45μm。由于采用上述技術方案，本發明與現有技術相比具有如下積極效果：本發明利用高溫固相反應法原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥，生成過程中采用空氣氣氛。該制備方法按照給定的氫氧化鎂、工業氧化鋁與重質碳酸鈣的質量比配料，經混料、成型、燒結和破碎等工藝，即可制得原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥。該制備工藝簡單，合成溫度低。現有技術生產的含鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥晶粒粒徑較大，且雜質較多，而本發明制備的制品中的鎂鋁尖晶石晶粒粒徑為納米級，均勻分布在鋁酸鹽水泥中。因此，本發明具有工藝簡單和合成溫度低的特點，用該方法制備的制品中鎂鋁尖晶石晶粒粒徑為納米級，均勻分布在鋁酸鹽水泥中。附圖說明圖1是本發明制備的一種原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥的X射線衍射圖譜；圖2是圖1所示的原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥的SEM形貌圖；圖3是本發明制備的另一種原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥的SEM形貌圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。為避免重復，先將本具體實施方式所涉及的原料統一描述如下，實施例中不再贅述：所述氫氧化鎂的Mg(OH)2含量≥98wt%，粒徑≤150μm；所述工業氧化鋁的Al2O3含量≥95wt%，粒徑≤45μm；所述重質碳酸鈣的CaCO3含量≥96wt%，粒徑≤45μm。實施例1一種原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥及其制備方法。先將5~25wt%的氫氧化鎂、35~50wt%的工業氧化鋁和30~45wt%的重質碳酸鈣混合，球磨0.5~3h，壓制成塊體；再將裝有塊體的坩堝置于高溫爐中，以2~6℃/min的升溫速率升溫至1000~1200℃，保溫4~6小時，隨爐冷卻至室溫；然后將出爐后的燒結體破碎，研磨，即得原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥。實施例2一種原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥及其制備方法。先將10~30wt%的氫氧化鎂、25~40wt%的工業氧化鋁和35~50wt%的重質碳酸鈣混合，球磨0.5~3h，壓制成塊體；再將裝有塊體的坩堝置于高溫爐中，以6~10℃/min的升溫速率升溫至1200~1300℃，保溫3~5小時，隨爐冷卻至室溫；然后將出爐后的燒結體破碎，研磨，即得原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥。實施例3一種原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥及其制備方法。先將15~35wt%的氫氧化鎂、20~35wt%的工業氧化鋁和40~55wt%的重質碳酸鈣混合，球磨2.5~5h，壓制成塊體；再將裝有塊體的坩堝置于高溫爐中，以10~15℃/min的升溫速率升溫至1300~1400℃，保溫1~3小時，隨爐冷卻至室溫；然后將出爐后的燒結體破碎，研磨，即得原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥。實施例4一種原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥及其制備方法。先將20~40wt%的氫氧化鎂、15~30wt%的工業氧化鋁和45~60wt%的重質碳酸鈣混合，球磨2.5~5h，壓制成塊體；再將裝有塊體的坩堝置于高溫爐中，以15~20℃/min的升溫速率升溫至1400~1500℃，保溫0.1~1小時，隨爐冷卻至室溫；然后將出爐后的燒結體破碎，研磨，即得原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥。本發明與現有技術相比具有如下積極效果：本發明利用高溫固相反應法原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥，生成過程中采用空氣氣氛。該制備方法按照給定的氫氧化鎂、工業氧化鋁與重質碳酸鈣的質量比配料，經混料、成型、燒結和破碎等工藝，即可制得原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥。該制備工藝簡單，合成溫度低。現有技術生產的含鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥晶粒粒徑較大，且雜質較多，而本具體實施方式制備的原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥如說明書附圖所示：圖1是實施例3制備的一種原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥的X射線衍射圖譜；圖2是圖1所示的原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥的SEM形貌圖；圖3是實施例4制備的一種原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥的SEM形貌圖。從圖1可以看出，主要產物物相為MgAl2O4（簡寫為MA）和CaAl2O4（簡寫為CA），說明本具體實施方式合成的產物是原位生成納米鎂鋁尖晶石的鋁酸鹽水泥。又從圖2和圖3可以看出，本具體實施方式制備的制品中鎂鋁尖晶石晶粒粒徑為納米級，均勻分布在鋁酸鹽水泥中。因此，本具體實施方式具有工藝簡單和合成溫度低的特點，用該方法制備的制品中鎂鋁尖晶石晶粒粒徑為納米級，均勻分布在鋁酸鹽水泥中。