CN104829218A

CN104829218A - 一种双峰活性氧化铝微粉及其制备方法

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Publication number: CN104829218A
Application number: CN201510188011.1A
Authority: CN
Inventors: 宋雅楠; 赵义; 黄凯; 马铮; 沈明科; 方斌祥; 薛军柱
Original assignee: ZHEJIANG ZILI ALUMINA MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZHEJIANG ZILI ALUMINA MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-04-20
Filing date: 2015-04-20
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2035-04-20
Also published as: CN104829218B

Abstract

本发明公开了一种双峰活性氧化铝微粉的制备方法，包括以下步骤：(1)将工业氧化铝粉在不同的温度下进行煅烧，得到具有多种原晶尺寸的煅烧氧化铝粉；(2)选取两种具有不同原晶尺寸的煅烧氧化铝粉，进行球磨，得到所述的双峰活性氧化铝微粉。两种不同原晶尺寸的煅烧氧化铝粉的质量比为0.2～5：1。本发明提供的双峰活性氧化铝微粉，制备方法简单，能够得到双峰分布的活性氧化铝微粉，将所得的双峰活性氧化铝微粉用于耐火制品中，能够提高耐火制品的施工性能、致密性、抗渣性以及机械强度等性能。

Description

一种双峰活性氧化铝微粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料领域，具体涉及一种双峰活性氧化铝微粉及其制备方法。

背景技术

活性氧化铝微粉是一种极为重要的耐火原料，其Al₂O₃含量一般在98％以上。活性氧化铝微粉多以工业氧化铝为原料，采用隧道窑(回转窑)高温煅烧，经研磨分级而成，具有纯度高、α-Al₂O₃转化率高、真比重大、晶型稳定、粒度分布窄和分散性好等特点，广泛应用于陶瓷、电瓷、耐火材料、火花塞、催化剂载体、玻璃绝缘子用填料、高级绝缘部件、高纯耐火纤维、环氧树脂浇注填充料、研磨、抛光用磨料等。

活性煅烧氧化铝微粉作为耐火浇注料中基质料的重要组成部分，具有耐高温、促进烧结等其他耐火原料不可替代的作用。目前市场上使用的煅烧氧化铝微粉粒度分布上呈现的是单峰分布，对于改变浇注料流动性的作用不大，另外传统方法生产的活性煅烧氧化铝微粉中氧化钠的含量偏高，用于浇注料中会产生高温性能的不利影响。

近年来备受关注的双峰活性氧化铝微粉，其粒度是呈现双峰分布，此双峰粒度分布更有利于改善的浇注料流动性，提高浇注料的施工性能。同时，双峰活性氧化铝微粉的双峰粒度分布能更好的填充气孔，在浇注料中形成紧密堆积，使得浇注料更加致密化，提高机械强度。双峰活性氧化铝微粉可以大大改善耐火浇注料的使用性能，延长耐火浇注料的使用寿命。因此开发出性能优良且稳定的双峰活性氧化铝微粉产品，具有极大的意义。

申请公开号为CN103028482A的发明专利文献公开了一种氧化铝微粉的生产工艺，此专利涉及一种氧化铝粉的分选工艺，采用沉降法及溢流法提取出两种粒度的氧化铝粉，然后进行混合溢流处理，即得到一种磨料用氧化铝粉，具有粒度可以设计、在研磨过程中明显减少划伤的特点。但此方法工艺复杂、生产效率低、成本高。

申请公开号为CN104108923A的发明专利文献公开了一种活性煅烧氧化铝微粉及其加工工艺，以工业氧化铝、氢氧化铝为主料，助磨剂和复合矿化剂为辅料，将所有原料混合球磨后，成球，烘干，竖窑内低温慢烧，得到一种活性煅烧氧化铝微粉。此专利仅对煅烧工艺进行分析，但未对氧化铝粉粒度分布进行控制，此方法制备的氧化铝微粉不能最大程度地改善浇注料的性能。

申请公开号为CN103351012A的发明专利文献公开了一种氧化铝粉体的制备方法，其制备过程以无水氯化铝和氨水为原料，首先将无水氯化铝进行升华凝华提纯，然后将其配成溶液，在搅拌下与氨水中和，得到氢氧化铝粉体，经干燥、高温煅烧，得到高纯氧化铝粉体。但此类氧化铝粉虽然具有高纯特点，但未对其粒度进行调整优化，不利于提高浇注料的流动性能、致密度及机械强度，且生产成本较高。

申请公开号为CN102849762A的发明专利文献公开了一种纳米级氧化铝粉的制备方法，采用铝粉与溶剂正己醇反应，先制得醇铝化合物，然后经过水解、蒸馏、分离、焙烧工艺，制备纳米级氧化铝粉产品。此专利所生产产品杂质含量少、孔容大、比表面大、孔径分布合理，是作为工业催化剂载体。申请公开号为CN1374251的发明专利文献公开了一种超纯纳米级氧化铝粉体的制备方法，用纯铝与低碳醇反应生成铝醇盐，再经过减压络合精馏提纯得到高纯度铝醇盐，将醇盐溶于高纯非极性溶剂中，用超纯水蒸汽水解生成氢氧化铝，再经老化、洗涤过滤，最后高温热处理得到超纯纳米级氧化铝粉体。用该发明方法制备的超纯纳米氧化铝粉体可应用于荧光材料，催化剂载体，人工晶体，电子元件，磨料等领域。但这两个专利所公开的技术方案生产成本高，且氧化铝粉粒度集中，多用于催化剂载体等高端陶瓷产品，不适用于作为浇注料的基质使用。

现有技术中的氧化铝微粉，多为单峰分布，粒度集中，生产成本较高，不利于提高浇注料性能，为此，针对传统活性氧化铝微粉存在的不足，需要开发双峰(活性)氧化铝微粉。

发明内容

本发明提供了一种双峰活性氧化铝微粉及其制备方法，制备工艺简单，能够得到双峰分布的活性氧化铝微粉，将所得的双峰活性氧化铝微粉用于耐火制品中，能够提高耐火制品的施工性能、致密性、抗渣性以及机械强度等性能。

一种双峰活性氧化铝微粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)将工业氧化铝粉在不同的温度下进行煅烧，得到具有多种原晶尺寸的煅烧氧化铝粉；

(2)选取两种具有不同原晶尺寸的煅烧氧化铝粉，进行球磨，得到所述的双峰活性氧化铝微粉。

所述工业氧化铝粉中，各成分的质量分数为：Al₂O₃≥99.0％，Fe₂O₃≤0.04％，SiO₂≤0.04％，R₂O≤0.12％，灼减≤0.80％，水分≤0.50％。

所述工业氧化铝粉中质量分数95％以上的粉料粒径为-325目。即所述工业氧化铝粉能够通过325目(44μm)筛子部分的质量占工业氧化铝粉总质量的95％以上。

由于工业氧化铝中含有γ-Al₂O₃和中间化合物比较多，烧结时约有14.5％的体积收缩，因此，工业氧化铝不能直接用于制作耐火制品，而需要根据性能以及耐火制品的用途进行预处理，本发明中采用煅烧和粉碎。

煅烧氧化铝粉的原晶尺寸将影响双峰活性氧化铝微粉的粒径分布，对双峰活性氧化铝微粉的性能有很大影响，优选地，所述煅烧氧化铝粉的原晶尺寸为0.1μm～30μm。进一步优选，所述煅烧氧化铝粉的原晶尺寸为0.5μm～20μm。再优选，所述煅烧氧化铝粉的原晶尺寸为0.5μm～10μm。最优选，所述煅烧氧化铝粉的原晶尺寸为0.5μm～5μm。

工业氧化铝粉采用现有技术中的隧道窑、回转窑或竖窑进行煅烧，为了得到粒度均一稳定的煅烧氧化铝粉，需要对工业氧化铝的煅烧工艺进行优化，通常而言，影响工业氧化铝煅烧工艺的因素包括：煅烧温度、煅烧时间、煅烧时的升温速率以及降温速率。

具体来说，煅烧时的温度越高，保温时间越长，升温速率以及降温速率越慢，则获得的煅烧氧化铝的原晶尺寸越大。

优选地，步骤(1)中煅烧时的升温速率为1～30℃/min，煅烧温度为1100℃～1700℃，降温速率为1～30℃/min。保温时间为1～24h。在此条件下，获得的煅烧氧化铝的原晶尺寸范围为0.1～30μm。

进一步优选，步骤(1)中煅烧时的升温速率为1～20℃/min，煅烧温度为1100℃～1600℃，降温速率为1～20℃/min。保温时间为1～16h。在此条件下，获得的煅烧氧化铝的原晶尺寸范围为0.5～20μm。

再优选，步骤(1)中煅烧时的升温速率为1～15℃/min，煅烧温度为1100℃～1600℃，降温速率为1～15℃/min。保温时间为1～10h。在此条件下，获得的煅烧氧化铝的原晶尺寸范围为0.5～10μm。

再优选，步骤(1)中煅烧时的升温速率为1～10℃/min，煅烧温度为1100℃～1500℃，降温速率为1～10℃/min。保温时间为1～8h。在此条件下，获得的煅烧氧化铝的原晶尺寸范围为0.5～5μm。

不同原晶尺寸的煅烧氧化铝粉的获得，是在不同的煅烧温度处保温一段时间后取得，例如，以升温速率8℃/min的速度升温至1200℃，在1200℃保温5h后，再以降温速率8℃/min的速度降至室温，获得原晶尺寸为1±0.2μm的煅烧氧化铝粉。

为了获取更大原晶尺寸的煅烧氧化铝粉或者降低煅烧温度从而减少能耗，在工业氧化铝粉中加入矿化剂后，在不同的温度下进行煅烧，所述矿化剂与工业氧化铝粉的质量比为0.1～5：100。所述矿化剂为硼酸、氯化铵、氟化铵、氟化铝中的至少一种。

矿化剂的种类以及加入量的选择会影响到煅烧氧化铝晶体的尺寸以及形貌，引入矿化剂能够促进工业氧化铝中的γ-Al₂O₃向α-Al₂O₃转化，去除Na₂O，降低煅烧氧化铝粉的煅烧温度或增大煅烧氧化铝粉的原晶尺寸。

可以依据需要，任意选取两种具有不同原晶尺寸的煅烧氧化铝粉进行球磨，获得双峰活性氧化铝微粉。如果要获得多峰活性氧化铝微粉，可以根据需要任意选取多种具有不同原晶尺寸的煅烧氧化铝粉进行球磨获得。

为了获得使用性能良好的双峰活性氧化铝微粉，两种不同原晶尺寸的煅烧氧化铝粉的质量比差异不能过大，优选地，两种不同原晶尺寸的煅烧氧化铝粉的质量比为0.2～5：1。

进一步优选，两种不同原晶尺寸的煅烧氧化铝粉的质量比为0.3～3：1。再优选，两种不同原晶尺寸的煅烧氧化铝粉的质量比为0.5～2：1。

两种不同原晶尺寸的煅烧氧化铝粉的质量比直接影响双峰活性氧化铝微粉的粒度级配，通过选择合适的质量比，能够获得优化的粒度级配，提高浇注料的施工性能以及致密度，填充气孔，促进浇注料的高温烧结。

作为优选，球磨的球料比为2.5～5：1。

球磨的球料比以及球磨时间能够影响双峰活性氧化铝的粒度分布，球磨时，尽可能地保证将煅烧氧化铝粉球磨至原晶尺寸大小，并将两种不同原晶尺寸的煅烧氧化铝粉充分混合均匀。

本发明还提供了一种双峰活性氧化铝微粉，采用所述的双峰活性氧化铝微粉的制备方法制备得到。

本发明提供的双峰活性氧化铝微粉及其制备方法，通过选择具有合适原晶尺寸的煅烧氧化铝微粉，制备出具有所需粒度分布的双峰活性氧化铝微粉，实现双峰活性氧化铝微粉的粒度级配可控。将制备的双峰活性氧化铝微粉用于耐火浇注料中，可以改善耐火浇注料的流动性，提高致密度及机械强度等指标，大大改善耐火浇注料的使用性能，提高耐火浇注料的使用寿命。

具体实施方式

实施例1～8

(2)选取两种具有不同原晶尺寸的煅烧氧化铝粉，进行球磨，得到双峰活性氧化铝微粉，两种不同原晶尺寸的煅烧氧化铝粉的原晶尺寸、质量比以及球料比如表1所示。

表1

对比例1

将实施例1中两种原晶尺寸的煅烧氧化铝分别进行球磨，球磨的球料比以及球磨时间与实施例1相同，得到各自对应的活性氧化铝微粉。

对比例2

将实施例5中两种原晶尺寸的煅烧氧化铝分别进行球磨，球磨的球料比以及球磨时间与实施例5相同，得到各自对应的活性氧化铝微粉。

对比例3

将原晶尺寸为2μm的煅烧氧化铝进行球磨，球料比以及球磨时间同实施例4，得到活性氧化铝微粉。

性能表征

双峰活性氧化铝微粉的比表面积BET、以及粒径D₅₀和D₉₀如表2所示。

表2

实施例序号	1	2	3	4	5	6	7	8
									BET/m²·g^-1	7.5	7.3	6.2	5.7	4.8	4.1	3.5	3.3
D₅₀/μm	0.5	0.7	1.0	1.2	1.5	1.7	1.9	2.0
									D₉₀/μm	1.9	2.0	2.8	3.1	3.6	4.5	4.6	4.9

在浇注料中分别加入实施例1～8所得到的双峰活性氧化铝微粉以及对比例1～3所得到的活性氧化铝微粉，对浇注料进行性能表征，结果如表4所示。浇注料的组成如表3所示。

表3

表3中，ZX1为缓凝型分散性氧化铝，ZD1为促凝型分散性氧化铝。

其中，对比例1中两种活性氧化铝微粉的加入比例同实施例1中两种煅烧氧化铝的质量比，对比例2中两种活性氧化铝微粉的加入比例同实施例5中两种煅烧氧化铝的质量比。

对比例1～3中，活性氧化铝微粉的总加入量与表3中双峰活性氧化铝微粉的加入量相同。

表4

由表2可以看出，采用本发明提供的双峰活性氧化铝微粉的粒度分布呈现双峰，由于采用低钠氧化铝原料制备，得到的产品中Na2O含量极低，双峰的粒度分布有利于改善耐火浇注料的流动性，如表4所示，提高耐火浇注料的施工性能，更好地填充气孔，在耐火浇注料中形成紧密堆积，使耐火浇注料更加致密化，提高耐火浇注料的机械强度(如表4中脱模抗折强度以及处理后抗折强度均有提升)，改善耐火浇注料的使用性能，延长耐火浇注料的使用寿命。

Claims

1.一种双峰活性氧化铝微粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的双峰活性氧化铝微粉的制备方法，其特征在于，两种不同原晶尺寸的煅烧氧化铝粉的质量比为0.2～5：1。

3.如权利要求1所述的双峰活性氧化铝微粉的制备方法，其特征在于，球磨的球料比为2.5～5：1。

4.如权利要求1所述的双峰活性氧化铝微粉的制备方法，其特征在于，所述煅烧氧化铝粉的原晶尺寸为0.1μm～30μm。

5.如权利要求1所述的双峰活性氧化铝微粉的制备方法，其特征在于，步骤(1)中煅烧时的升温速率为1～30℃/min，煅烧温度为1100℃～1700℃，降温速率为1～30℃/min。

6.如权利要求1所述的双峰活性氧化铝微粉的制备方法，其特征在于，在工业氧化铝粉中加入矿化剂后，在不同的温度下进行煅烧，所述矿化剂与工业氧化铝粉的质量比为0.1～5：100。

7.如权利要求6所述的双峰活性氧化铝微粉的制备方法，其特征在于，所述矿化剂为硼酸、氯化铵、氟化铵、氟化铝中的至少一种。

8.一种双峰活性氧化铝微粉，其特征在于，采用如权利要求1～7任一所述的制备方法制备得到。