专利名称：一种利用纳米氧化铝处理铝质耐火材料原料的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用纳米氧化铝处理铝质耐火材料原料的方法， 属于高铝质耐火材料研究理的技术领域，适应于高铝质耐火材料颗粒 原料处理应用。
背景技术：
纳米材料因颗粒粒度小，具有较大的比表面，从而使纳米材料表 现出奇异的小尺寸效应、比表面效应和超凡的表面活性。近年来，虽 然人们通过实验手段(溶胶-凝胶法、真空冷冻干燥法等)制备了许 多耐火氧化物，但在实际应用中纳米颗粒显著的活性，表现出的团聚 问题，成为纳米粉在耐火材料应用中的瓶颈，制约了纳米材料在耐火 材料中的应用。
采用湿化学的方法，制备出纳米氧化铝的前驱体溶胶，对耐火材 料原料颗粒进行低温处理，实现纳米粉对耐火材料颗粒的均匀包覆， 这样便巧妙地、科学性地解决了纳米粉的团聚难题，也使纳米材料在 耐火材料使用中具有很好的应用价值。纳米氧化铝的合成方法很多， 国内外有关氧化铝的方面的研究报道也很多，但由于纳米材料颗粒的 高活性，在纳米粉使用过程中产生的团聚问题，成为直接将纳米材料 应用于耐火材料中的瓶颈问题。虽然也有将纳米氧化物添加到耐火材 料中的研究，但实际在耐火材料应用的很少有所报道，而采用本发明所提出的新思路——纳米氧化物包覆耐火材料的湿化学低温法，利用 纳米前驱体浸渍耐火材料原料进行低温预处理的方法，至今国内外还 未见报道。
国内文献[l]进行了纳米粉体对刚玉砖结构和性能的影响研究， 通过表面活性剂对纳米颗粒改性的方法，使纳米颗粒带有；电位，力 图解决纳米的团聚问题，取得了很好的效果，但实际上也是将纳米粉
直接加入到刚玉砖的制备工艺中；文献[2]是将前驱体直接引入不定 形耐火材料中，实现了分散的效果，没有涉及纳米低温形成的工艺， 因为在使用中前驱体的热解产生的气体对致密度不利；文献[3]论述 了纳米材料的制备方法，利用纳米粉在耐火材料领域的研究概况和研 究结果，提出了纳米技术在今后一段时间的研究重点和努力方向是-在纳米复合耐火材料中或纳米技术处理耐火材料中，应进一步探讨基 质中的纳米微粒如何均匀地分布在基体材料晶粒内部的方法和实际 可行性，为增强晶界强度，大幅度提高耐火材料的力学性能和结构的, 可靠性提供理论上的依据；文献[4]采用机械搅拌与前驱体铝溶胶与 刚玉颗粒混合均匀，而这种前驱体粘度大，效果不如其它前驱体，工 艺上也与本发明不同，本发明利用浸渍法，使前驱体浸润颗粒，不需 要搅拌过程，但该论文也没有采用低温预处理工艺；文献[5]在前驱 体浸渍和干燥工艺与本发明一致，但没有提及纳米低温形成的工艺和 耐火材料颗粒包覆问题，且没有应用到铝质耐火材料中；文献[6]将 纳米粉体或前驱体引入耐火材料中，既可提到更紧密的填充作用和烧 结作用，没有涉及纳米低温处理过程；文献[7]利用原位合成加入纳米氧化铝改善轻质氧化铝砖烧结和强度。
国外文献[8-12]是印度S. Mukh叩adhyay等人利用溶胶-凝胶法 制备的尖晶石纳米粉，向尖晶石浇注料加入量为8.0wt.9&，认为纳米 颗粒在基质中起着粘结剂的作用，该浇注料用作中间钢包包衬表现出 很好的热震稳定性和抗渣性。没有提到前驱体低温包覆耐火材料颗粒 处理工艺；文献[13]说明了现代耐火材料在基质中含有许多活性纳米 颗粒，例如氧化铝和氧化镁形成尖晶石，氧化铝和氧化硅形成莫来石， 这些都是利用原位反应的方法改善材料的性能。文献[14]在碳纤维上 通过溶胶-凝胶法制备了氧化铝、氧化锆和氧化硅耐火纳米涂层，再 在其上利用化学输运的方法制备Z;rC/Zr02复合涂层，其中纳米涂层 起着复合涂层与碳纤维的结合作用；文献[15]与上篇为同一作者，因 此制备工艺有些相同，只是材料体系不同而已，利用溶胶-凝胶法制 备SiC基碳纤维复合材料的纳米氧化铝、氧化锆和氧化钛界面层；文 献[14-15]是利用纳米结合技术作为高温陶瓷基复合材料中涂层与纤 维界面层的应用
发明内容
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本发明就是为克服以上不足，提供的一种利用湿化学方法对耐火 材料原料中刚玉等骨料颗粒预处理，可实现纳米颗粒在耐火原料中的 均匀分布，解决纳米的团聚瓶颈，使前驱体浸润颗粒，不需要搅拌过 程，采用低温预处理工艺纳米粉的团聚，使纳米材料在耐火材料使用 中，具有很好的应用价值的一种利用纳米氧化铝处理铝质耐火材料原 料的方法。本发明是这样实现的，所述的一种利用纳米氧化铝处理铝质耐火 材料原料的方法是，将铝质耐火材料的刚玉颗粒放置于耐酸蚀的容器
内，倒入含铝前驱体的溶胶中，浸渍5至10分钟后，经筛网过滤后， 将颗粒料放置于匣钵中经80(TC保温4小时热处理，就可得到刚玉颗
.粒附着的纳米氧化铝原料。其中，含铝前驱体溶胶是利用硝酸铝与柠 檬酸配制而成。前驱体柠檬酸铝溶胶摩尔浓度的确定依据和制备方法 分别为1)刚玉颗粒表面的吸水率直接影响纳米氧化铝物质量的多 少，刚玉颗粒吸附的前驱体经处理后得到的纳米氧化铝物质量设想与 纳米氧化铝的物质量相当，所以，柠檬酸铝的摩尔浓度根据刚玉的吸 水率确定；2)柠檬酸铝溶胶的制备方法是，硝酸铝与柠檬酸按摩尔 比l: 1~3混合，由溶剂配制成所设想的浓度溶液。依据纳米氧化铝 粉表面原子配位不足，有较强烧结活性，有利于降低定形和不定形铝 质耐火材料的烧结温度。但由于使用上氧化铝纳米粉表现强的团聚 性，该特性成为氧化铝纳米粉在不定形耐火材料和定型耐火材料应用 中的限制因素，解决该问题成为纳米粉在耐火材料中的关键。本发明 采用氧化铝纳米粉前驱体溶液的配制，前驱体溶液可实现分子态的均 匀混合。(1)高铝质耐火材料需在高温下烧结，因为使用的原料颗粒
'烧结刚玉和电熔刚玉纯度高，化学活性差，由此造成烧结困难；
(2)利用纳米氧化铝包覆于烧结刚玉或电熔刚玉颗粒的表面，纳 米氧化铝在高温下起着纳米胶的作用，可显著降低烧结温度。若直接 将纳米氧化铝加入到原料中，由于纳米颗粒的团聚作用很难均匀分布 于刚玉颗粒的表面，利用纳米氧化铝前驱体浸渍的方法可以解决纳米氧化铝的团聚问题；
(3)直接将氧化铝前驱体加入到铝质耐火材料原料中使用，在制 品烧结过程中由于前驱体的热解反应产生的气体，在制品中产生气 孔，反而不利于制品致密度和强度的提高。因此，本发明利用纳米氧 化铝前驱体浸渍耐火材料刚玉骨料颗粒，然后进行低温处理，从而在 耐火材料颗粒表面包覆一层纳米氧化铝颗粒，再利用一般工艺制备耐 火制品。 6发明效果
本发明利用氧化铝前驱体溶液对耐火材料原料中刚玉等骨料颗 粒预处理，该方法不但可实现纳米颗粒在耐火原料中的均匀分布，解 决纳米的团聚瓶颈问题，也是一种解决高铝及刚玉质耐火材料烧结的 一种有效方法。可显著降低铝质耐火材料的烧成温度，不但节约能源， 也有利于环境保护。
具体实施例方式
如在450克电熔刚玉颗粒表面得到lwt9&氧化铝纳米颗粒(纳米 氧化铝与电熔刚玉的质量百分比)，具体实施方法如下
由于骨料颗粒电熔刚玉最多的吸水率为3%，经过实验450克电 熔刚玉粗颗粒最多掺水量量为20克，因此，若力图使颗粒表面通过 浸渍法附着lwt96氧化铝，就必须使20毫升的前驱体溶液中含有所需 要的纳米氧化铝物质量。
450克电熔刚玉颗粒含lwty。纳米氧化铝，则对应的纳米氧化铝 质量为450xl%=4.5 (克)，铝离子的摩尔浓度为<formula>formula see original document page 8</formula>，根据计算称量适量的硝酸铝和柠檬酸，加水 20 101.96
搅拌后制备1000ml2.21M的柠檬酸铝水溶液，即得到铝的前驱体溶 胶。
将刚玉颗粒在柠檬酸铝前驱体中浸渍5分钟后，经筛网过滤后， 放置于匣钵中，经80(TC保温4小时，得到刚玉颗粒附着1%的纳米 氧化铝原料。
最后，按铝质耐火材料的物料配方和颗粒级配与相应工艺进行 耐火材料的生产，由于纳米氧化铝的烧结活性作用，在较低温度下可 实现耐火材料的烧结。
权利要求
1.一种利用纳米氧化铝处理铝质耐火材料原料的方法，其特征在于将铝质耐火材料的刚玉颗粒原料放置于耐酸蚀的容器内，倒入含铝柠檬酸铝前驱体溶胶，浸渍5至10分钟后，经筛网过滤后，将颗粒料放置于匣钵中经600℃-1100℃保温1至6小时热处理，就可得到刚玉颗粒附着的纳米氧化铝原料。
2. 根据权利要求1所述的一种利用纳米氧化铝处理铝质耐火材料 原料的方法，其特征在于前驱体柠檬酸铝溶胶摩尔浓度的确定依据和 制备方法分别为，刚玉颗粒表面的吸水率直接影响纳米氧化铝物质量 的多少，刚玉颗粒吸附的前驱体经处理后得到的纳米氧化铝物质量设 想与纳米氧化铝的物质量相当，所以，柠檬酸铝的摩尔浓度根据刚玉 的吸水率确定，拧檬酸铝溶胶由硝酸铝与柠檬酸按摩尔比1: 1~3混 合，由溶剂配制而成。
全文摘要
本发明公开了一种利用纳米氧化铝处理铝质耐火材料原料的方法，其特征在于将铝质耐火材料的刚玉颗粒原料放置于耐酸蚀的容器内，倒入含铝柠檬酸铝前驱体溶胶，浸渍5至10分钟后，经筛网过滤后，将颗粒料放置于匣钵中经600℃-1100℃保温1至6小时热处理，就可得到刚玉颗粒附着的纳米氧化铝原料，含铝前驱体溶胶是利用硝酸铝与柠檬酸配制而成，具有可实现纳米颗粒在耐火原料中的均匀分布，解决纳米的团聚瓶颈问题的优点，适应于高铝及刚玉质耐火材料烧结。
文档编号C04B35/66GK101525246SQ200910133120
公开日2009年9月9日 申请日期2009年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者显 张, 郝富锁 申请人:郝富锁