一种亚微米铁铝尖晶石及其制备方法和用途
【专利摘要】本发明涉及一种亚微米铁铝尖晶石，其特征是颗粒直径在1.0微米以下，其用途是添加于烧结法合成铁铝尖晶石耐火原料的配料之内，作为晶种，降低烧结温度。本发明提出了一种制备亚微米铁铝尖晶石的方法：先分别配制硫酸亚铁溶液与硫酸铝溶液，依次将硫酸亚铁溶液与硫酸铝溶液加入反应器内混合，向混合溶液内加入硫化铵溶液，生成混合沉淀后过滤；滤饼经过真空干燥和焙烧，得到亚微米铁铝尖晶石；滤液经过蒸发浓缩结晶，得到硫酸铵。
【专利说明】一种亚微米铁铝尖晶石及其制备方法和用途
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种合成亚微米铁铝尖晶石、其制备方法以及用途，属于耐火材料技 术领域。
【背景技术】
[0002] 铁铝尖晶石属于正尖晶石，其中的铁元素以亚铁离子(化合价为正二价）的形态存 在于氧离子堆积成的四面体空隙位置，从化学上命名为亚铁铝尖晶石，但在耐火材料领域 习惯上将其简称为铁铝尖晶石。
[0003] 铁铝尖晶石添加到氧化镁基耐火材料中，能够显著提高镁质材料在水泥回转窑中 的挂窑皮性能。因此，添加铁铝尖晶石的镁砖(简称镁铁铝尖晶石砖）已经成为替代镁铬砖 的无铬化材料。
[0004] 铁铝尖晶石在自然界中存在极少，只能采用人工合成。如申请号为 200510019267.6的"一种合成铁铝尖晶石及其制备方法"，采用氧化铝、氢氧化铝、一水铝 石、矾土等铝氧化物与含铁化合物按照铝离子：铁离子为2:1的比例混合，采用埋碳工艺合 成。申请号为200710053793. 3的专利文件"一种合成铁铝尖晶石的方法"，采用氧化铝、氢 氧化铝、矾土等铝氧化化物与含铁化合物按照铝离子：铁离子为2 : 1的比例混合，为改善 材料的烧结性能，在配比中同时引入二氧化钛作为烧结助剂。
[0005] 申请号为201010104559. 0的专利文件"合成富铝亚铁铝尖晶石的方法"，将含铁 化合物和含铝化合物进行配合、压制成块状、干燥后在氮气气氛下烧成制得铁铝尖晶石。
[0006] 上述文献代表的原有技术制备的尖晶石都是颗粒直径在数微米以上的。这句话的 依据是：文献一（陈俊红，等：铁铝尖晶石的合成及镁铁铝尖晶石砖的性能与应用.耐火材 料，2011年第6期：457-461页）和文献二（申请号为201410018045. 1的专利文件）用烧结 法制备的铁铝尖晶石，其显微图片表明大多数尖晶石颗粒的直径在5-30微米之间。尚未检 索到制备亚微米铁铝尖晶石的研究报道。
[0007] 原有的烧结法制备铁铝尖晶石所用的烧结温度较高，因此消耗能源较多；t匕 如申请号为201010104503. 5的专利文件所用的烧结温度为1300-1700°c，申请号为 201210013925. 0的专利文件所用的烧结温度为1200-1500°C。本发明的目的是先制备亚 微米铁铝尖晶石，将其作为晶种添加于烧结法制备铁铝尖晶石的配料内，在晶种诱导作用 下只需要较低的烧结温度就可以合成出常规晶粒尺度的铁铝尖晶石耐火原料，降低能源消 耗。
【发明内容】
[0008] 许多人研究了先形成氢氧化物或碳酸盐沉淀再煅烧制得纳米尖晶石的方法。比如 申请号为200310117744. 3的专利文件提出，以镁和铝离子的硝酸盐水溶液为原料，以碳酸 氢铵为沉淀剂，沉淀过滤、干燥，在1000?1400°C之间煅烧，可获得平均粒径为20纳米镁 铝尖晶石粉体。我们在试验中以碳酸氢铵作为沉淀剂加入含硫酸亚铁与硫酸铝的混合溶液 内，反应生成绿色沉淀，在过滤之后将沉淀构成的滤饼转移入真空炉的操作期间，发现滤饼 逐渐由绿色变为红色，这表明二价铁被空气中的氧气氧化成了三价铁；以氨水作为沉淀剂， 发现滤饼从绿色变为红色的速度更快，即二价铁被氧化得更快；以硫化铵作为沉淀剂，发现 滤饼的绿色在8小时以上没有变为红色，这表明硫化亚铁中的二价铁在空气中的稳定程度 高，8小时左右的稳定时间足以完成沉淀操作工序与过滤操作工序，过滤形成的滤饼置入真 空炉内，立即抽真空升温烘干继而焙烧，二价铁在真空环境下不被氧化，制备得亚微米铁铝 尖晶石。
[0009] 所制备的亚微米铁铝尖晶石在车间的空气中放置30天未发生外观变化，经过测 定样品存放30天后的X-射线衍射谱图，发现与刚制备出之时测得的谱图相同，表明亚微米 尖晶石中的二价铁在空气能够稳定30天以上，在此期间将其作为晶种用，进一步通过烧结 法制备成为铁铝尖晶石耐火原料，其中二价铁的稳定性就更高了。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解。在附图中： 图1示出了本发明实施例1-实施例3所制备亚微米铁铝尖晶石的XRD图谱；图2示出了根 据本发明实施例1所制备亚微米铁铝尖晶石的扫描电子显微照片。
【具体实施方式】
[0011] 先分别配制硫酸亚铁溶液与硫酸铝溶液，依次将硫酸亚铁溶液与硫酸铝溶液加入 反应器内混合，向混合溶液内加入硫化铵溶液，生成含硫化亚铁及氢氧化铝的混合沉淀，过 滤；滤饼经过真空干燥和焙烧，得到亚微米铁铝尖晶石；滤液经过蒸发浓缩结晶，得到硫酸 铵。三种反应物的最佳摩尔比为：Fe:A1:S = 1: (2. 03-2. 20) : (4. 15-4 50); 三种反应物溶液质量百分比浓度分别为：硫酸亚铁溶液8wt%-38wt%，硫酸铝溶液 10wt%-45wt%，硫化铵溶液5wt%-20wt% ;将沉淀反应末期和干燥焙烧期间反应放出的含硫 化氢的气体引入氨水内，制成硫化铵溶液：
【权利要求】
1. 一种亚微米铁铝尖晶石，其特征是颗粒直径在I. O微米以下，其用途是添加于烧结 法合成铁铝尖晶石耐火原料的配料之内，作为晶种，降低烧结温度。
2. -种制备亚微米铁铝尖晶石的方法，其特征是先分别配制硫酸亚铁溶液与硫酸铝溶 液，依次将硫酸亚铁溶液与硫酸铝溶液加入反应器内混合，向混合溶液内加入硫化铵溶液， 生成混合沉淀后过滤；滤饼经过真空干燥和焙烧，得到亚微米铁铝尖晶石；滤液经过蒸发 浓缩结晶，得到硫酸铵。
3. 如权利要求2所述的一种制备亚微米铁铝尖晶石的方法，其特征是硫酸亚铁、磷酸 铝及硫化铵三种反应物的最佳摩尔比为：Fe:A1:S = 1: (2. 03-2. 20) : (4. 15-4. 50)。
4. 如权利要求2所述的一种制备亚微米铁铝尖晶石的方法，其特征是三种反应物溶液 质量百分比浓度分别为：硫酸亚铁溶液8wt%-38wt%，硫酸铝溶液10wt%-45wt%，硫化铵溶液 5wt%-20wt%〇
5. 如权利要求2所述的一种制备亚微米铁铝尖晶石的方法，其特征是所述真空干燥 和焙烧方法为：滤饼放入真空炉内，抽真空至真空度为〇. 086-0. 99MPa，用1-3小时升温至 150°C左右，再用2-4小时升至900-1000°C并恒温2-6小时，保持真空条件的同时自然降温 至160°C左右，取出焙烧过的试样。
6. 如权利要求2所述的一种制备亚微米铁铝尖晶石的方法，其特征是将沉淀反应末期 和干燥焙烧期间反应放出的含硫化氢的气体引入氨水内，制成硫化铵溶液。
【文档编号】C04B35/44GK104311074SQ201410528868
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】刘俊成, 丁锐, 白佳海, 李成峰, 杜庆洋, 封立杰 申请人:山东理工大学