FeAl₂O₄-Al₂O₃复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法

专利名称：FeAl₂O₄-Al₂O₃复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法
技术领域：
本发明属于耐火材料技术领域。尤其涉及一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。
背景技术：
传统的水泥窑烧成带碱性材料镁铬砖具有优良的抗高温和抗侵蚀性能，然而在碱的作用下，稳定的三价铬转化为氧化能力很强的六价铬，对人体危害很大，使镁铬砖的应用得到限制，随着人们环保意识的增强，研制水泥窑用低铬或无铬碱性砖势在必行。对于无铬碱性砖来说，若能在炉衬热面形成稳定的窑皮，便能显著提高炉衬寿命。铁铝尖晶石(FeO · Al2O3)在自然界中存在极少，一般采用电熔法合成铁铝尖晶石，如以 Al2O3 禾口 Fe 为原料(Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2003, 264 264-274)，但反应过程难以控制，且反应不够充分。机械化学合成铁铝尖晶石法是用行星磨将Al和!^e3O4研磨一定时间，然后在1200°C条件下于氢气气氛中反应合成(Materials Chemistry and Physics，2002，76 104-109)，但采用二步处理方法，工艺复杂，且铝热反应容易发生，导致最终产物不易控制。以特级矶土、铁鳞和石墨为原料，采用反应烧结法合成了铁铝尖晶石(刘会明等.耐火材料，2003，37 (6) :333-335)，然而合成温度高于1550°C 且纯度低，如最终物相还残余有10%左右的Fe52O3和Al2O3，导致生产成本增加，品位下降。 近年有相关研究表明在氮气气氛下，TiO2的引入能降低铁铝尖晶石的合成温度，1450°C 煅烧后铁源几乎完全转化为铁铝尖晶石，然而TW2引入量高于m时则会在产品中生成 Fe2TiO5-Al2TiO5,固溶相生成，导致产品体积密度下降，甚至在高温下Ti4+比狗3+更容易被还原，从而抑制铁铝尖晶石的形成(孙加林等.耐火材料，2010，44 (6) :409-412, 418)。一种合成铁铝尖晶石的制备方法(CN200510019267.6)专利技术，按Al离子与狗离子的摩尔比为2 1将含铝化合物和含铁化合物混合，外加广6wt%的结合剂，在 110(Γ1700 条件下于埋碳气氛中保温5飞00分钟制。此发明反应温度较高、能耗大、生成产品杂质较多和污染环境。一种合成铁铝尖晶石的制备方法(CN200710053793. 3)专利技术，将含铝化合物和含铁化合物按Al与!^e离子的摩尔比为2 1进行混合，外加上述混合物广20wt%的TW2细粉和广6wt%的结合剂，在氮气气氛下以110(Tl70(rC，保温5 600分钟制成。由于此发明反应温度较高、能耗大，生成产品杂质较多。

发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，任务是提供一种合成温度低、工艺简单、能耗低和环境友好的!^eAl2O4-Al2O3复合粉体在还原性气氛下的制备方法，用该方法制备的 FeAl2O4-Al2O3复合粉体纯度高、粒度细和有利于后续烧结。为完成上述任务，本发明所采用的技术方案是先将8. 5 21. 5wt%的A1203、 8. 5 21. 5wt%的i^eCl2、3. (Tl2wt%的还原剂和50 79. 5wt%的复合盐干燥，混合均勻；再将混合料置于刚玉质容器内，在80(Tl40(rC条件下于还原性气氛中锻烧2飞小时，冷却，恒温水浴溶解盐类；然后进行过滤，洗涤，在8(T12(TC条件下保温2(T2^!，制得!^Al2O4-Al2O3复合粉体。在上述技术方案中=Al2O3为分析纯Al2O3、化学纯Al2O3、工业Al2O3中的一种以上， 粒度为广10 μ m ；FeCl2*分析纯!^Cl2、化学纯狗(12、工业!^Cl2中的一种以上；还原剂为分析纯Fe粉、化学纯Fe粉、工业Fe粉、分析纯Al粉、化学纯Al粉、工业Al粉中的一种以上， 粒度均彡300 μ m ；复合盐为NaCl、KCl、Na2S04中的两种或三种；还原性气氛为埋炭气氛、CO 气氛中的一种或两种气氛；混合时间为5 180min。由于采用上述技术方案，本发明利用熔盐法制备!^Al2O4-Al2O3复合粉体，由于低熔点盐作为反应介质，合成过程中有液相出现，反应物在其中有一定的溶解度，大大加快了离子的扩散速率，使反应物在液相中实现原子尺度混合，其反应由固固反应转化为固液反应。该法相对于常规固相法而言，具有如下优点整个工艺流程只经过混合、烧成、溶解、过滤和洗涤五步，均属于常规操作，故工艺流程简单；在80(Ti40(rc的范围内即可合成 FeAl2O4-Al2O3复合粉体，合成温度较低；每次煅烧保温时间仅为2飞小时，保温时间较短； 合成的!^Al2O4-Al2O3复合粉体物相纯度高达99%，晶体形貌好且化学成分均勻；另外，复合盐易分离，不仅对环境无污染，还可重复使用，因此环境友好；在生产过程中的烧成环节采取了较低温度，并且保温时间较短，节约能量耗费。因此，本发明具有工艺简单、合成温度低、环境友好和能耗低的特点。


图1为本发明所制备的一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体的X射线衍射图谱； 图2为图1所述!^Al2O4-Al2O3复合粉体的扫描电子显微镜照片；
图3为图2所述!^Al2O4-Al2O3复合粉体的扫描电子显微镜照片中标记位置的能谱。
具体实施例方式以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定，本发明可以按发明内容所述的任一方式实施。本具体实施方式
中分析纯A1A、化学纯Al2O3和工业Al2O3中的粒度为广ΙΟμπι ； 分析纯狗粉、化学纯狗粉、工业狗粉、分析纯Al粉、化学纯Al粉和工业Al粉中的粒度均 ^ 300 μ m ；混合时间为5 180min。为避免重复，以下各实施例中不再赘述。实施例1
一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。先将8. 5^12. 5wt%的 Al203、8. 5 12. 5 1%的!^(12、3. 0 6wt%的还原剂和70 79. 5wt%的复合盐干燥，混合均勻；再将混合料置于刚玉质容器内，在80(Tl00(rC条件下于还原性气氛中锻烧2飞小时，冷却，恒温水浴溶解盐类；然后进行过滤，洗涤，在8(T12(TC条件下保温2(T2^!，制得!^Al2O4-Al2O3 复合粉体。本实施例中=Al2O3为分析纯Al2O3，FeCl2为分析纯!^eCl2，还原剂为分析纯！^粉， 复合盐为NaCl和Na2SO4的混合物，还原性气氛为埋炭气氛。实施例2
一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。
4
本实施例中=Al2O3为化学纯Al2O3，FeCl2为化学纯!^Cl2，还原剂为化学纯!^e粉， 复合盐为KCl和Na2SO4的混合物。其余同实施例1。实施例3
一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。本实施例中=Al2O3为工业Al2O3，FeCl2为工业!^Cl2,还原剂为工业！^粉，复合盐为KCl和NaCl的混合物。其余同实施例1。实施例4
一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。本实施例中=Al2O3为化学纯Al2O3和工业Al2O3, FeCl2为化学纯FeCl2和工业 !^eCl2，还原剂为分析纯Al粉，复合盐为KCl、Na2S04* NaCl的混合物。其余同实施例1。实施例5
一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。本实施例中A1203为化学纯Al2O3和分析纯Al2O3，FeCl2为化学纯FeCl2和分析纯 !^eCl2，还原剂为化学纯Al粉，复合盐为Na2SO4和NaCl的混合物。其余同实施例1。实施例6
一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。本实施例中=Al2O3为工业A1203、化学纯Al2O3和分析纯Al2O3,FeCl2为工业i^eCl2、 化学纯FeCl2和分析纯!^Cl2,还原剂为工业Al粉，复合盐为Na2SO4和KCl的混合物。其余同实施例1。实施例7
一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。先将12. 5^16. 5wt% 的Α1203、12· 5 16. 5wt % ^ FeCl2,4. 6 9wt%的还原剂和60 70wt%的复合盐干燥，混合均勻；再将混合料置于刚玉质容器内，在100(Tl20(rC条件下于还原性气氛中锻烧2飞小时，冷却，恒温水浴溶解盐类；然后进行过滤，洗涤，在8(T12(TC条件下保温20 2他，制得 FeAl2O4-Al2O3 复合粉体。本实施例中=Al2O3为分析纯Al2O3，FeCl2为分析纯!^eCl2，还原剂为分析纯！^粉和化学纯！^粉，复合盐为NaCl和KCl混合物，还原性气氛为CO气氛。实施例8
一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。本实施例中=Al2O3为化学纯Al2O3，FeCl2为化学纯!^Cl2，还原剂为分析纯!^e粉和分析纯Al粉，复合盐为Na2SCV KCl和NaCl混合物。其余同实施例7。实施例9
一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。本实施例中=Al2O3为工业Al2O3，FeCl2为工业!^eCl2,还原剂为工业Al粉和分析纯 Al
粉，复合盐为Na2SO4和NaCl混合物。其余同实施例7。实施例10
一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。本实施例中=Al2O3为化学纯Al2O3和工业Al2O3, FeCl2为化学纯FeCl2和工业FeCl2,还原剂为分析纯!^e粉、工业!^e粉和分析纯狗粉，复合盐为Na2SO4和KCl混合物。其余同实施例7。实施例11
一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。本实施例A1203为分析纯Al2O3和化学纯Al2O3，FeCl2为分析纯FeCl2和化学纯 FeCl2,还原剂为化学纯Al粉、工业Al粉和分析纯Al粉，复合盐为KCl和NaCl混合物。其余同实施例7。实施例12
一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。本实施例中=Al2O3为化学纯A1203、分析纯Al2O3和工业Al2O3, FeCl2为化学纯 !^eCl2、分析纯!^Cl2和工业!^eCl2,还原剂为工业Al粉、分析纯Al粉和化学纯!^e粉，复合盐为Na2S04、KCl和NaCl混合物。其余同实施例7。实施例13
一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。先将15. 5^21. 5wt% 的Α1203、15· 5 21. 5wt %的FeCl2,8. 5 12wt %的还原剂和50 60wt%的复合盐干燥，混合均勻；再将混合料置于刚玉质容器内，在120(Tl40(rC条件下于还原性气氛中锻烧2飞小时，冷却，恒温水浴溶解盐类；然后进行过滤，洗涤，在8(T12(TC条件下保温20 2他，制得 FeAl2O4-Al2O3 复合粉体。本实施例中=Al2O3为分析纯Al2O3，FeCl2为分析纯!^eCl2,还原剂为工业！^粉、分析纯狗粉和化学纯Al粉，复合盐为NaCl和Na2SO4混合物，还原性气氛为埋炭气氛和CO气氛的混合气氛。实施例14
一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。本实施例中=Al2O3为化学纯Al2O3，FeCl2为化学纯!^eCl2,还原剂为工业！^粉、分析纯狗粉、化学纯狗粉和分析纯Al粉，复合盐为KCl和Na2SO4混合物，其余同实施例13。实施例15
一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。本实施例中=Al2O3为工业Al2O3，FeCl2为工业FeCl2,还原剂为工业！^粉、分析纯 Fe粉、化学纯Al粉和分析纯Al粉，复合盐为KCl和NaCl混合物，其余同实施例13。实施例16
一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。本实施例中=Al2O3为化学纯Al2O3和工业Al2O3, FeCl2为化学纯FeCl2和工业 FeCl2,还原剂为工业狗粉、分析纯狗粉、化学纯狗粉、化学纯Al粉和分析纯Al粉，复合盐为KC1、NaCl和Na2SO4混合物，其余同实施例13。实施例17
一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。本实施例中A1203为化学纯Al2O3和分析纯Al2O3，FeCl2为化学纯FeCl2和分析纯 FeCl2,还原剂为工业!^e粉、分析纯！^粉、化学纯狗粉、分析纯Al粉和工业Al粉，复合盐为NaCl和Na2SO4混合物，其余同实施例13。
实施例18
一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。本实施例中=Al2O3为化学纯A1203、分析纯Al2O3和工业Al2O3, FeCl2为化学纯 !^eCl2、分析纯FeCl2和工业!^eCl2,还原剂为工业!^e粉、分析纯狗粉、化学纯狗粉、化学纯 Al粉、工业Al粉和分析纯Al粉，复合盐为KCl和Na2SO4混合物，其余同实施例13。本具体实施方式
利用熔盐法制备!^Al2O4-Al2O3复合粉体，由于低熔点盐作为反应介质，合成过程中有液相出现，反应物在其中有一定的溶解度，大大加快了离子的扩散速率，使反应物在液相中实现原子尺度混合，其反应由固固反应转化为固液反应。该法相对于常规固相法而言，具有如下优点整个工艺流程只经过混合、烧成、溶解、过滤和洗涤五步， 均属于常规操作，故工艺流程简单；在80(Tl40(rC的范围内即可合成^5Al2O4-Al2O3复合粉体，合成温度较低；每次煅烧保温时间仅为2飞小时，保温时间较短；本具体实施方式
合成的一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体如图1所示，X射线衍射图谱表明!^Al2O4-Al2O3物相纯度高达99% ；该种!^Al2O4-Al2O3复合粉体如图2的扫描电子显微镜照片和图3的扫描电子显微镜照片中标记位置的能谱所示，晶体形貌好且化学成分均勻；另外，复合盐易分离，不仅对环境无污，还可重复使用，因此环境友好；在生产过程中的烧成环节采取了较低温度，并且保温时间较短，节约能量耗费。因此，本具体实施方式
具有工艺简单、合成温度低、环境友好和能耗低的特点。
权利要求
1.一种!^Al2O4-Al2O3复合粉体在还原性气氛下的制备方法，其特征在于先将 8. 5 21. 5wt% 的 Α1203、8· 5 21. 5wt% 的 FeCl2,3. 0 12wt % 的还原剂和 50 79. 5wt% 的复合盐干燥，混合均勻；再将混合料置于刚玉质容器内，在80(Tl40(rC条件下于还原性气氛中锻烧2飞小时，冷却，恒温水浴溶解盐类；然后进行过滤，洗涤，在8(T12(TC条件下保温 20 26h，制得!^eAl2O4-Al2O3复合粉体。
2.根据权利要求1所述的!^Al2O4-Al2O3复合粉体在还原性气氛下的制备方法，其特征在于所述Al2O3为分析纯Al2O3、化学纯Al2O3、工业Al2O3中的一种以上，粒度为广10 μ m。
3.根据权利要求1所述的!^Al2O4-Al2O3复合粉体在还原性气氛下的制备方法，其特征在于所述FeCl2为分析纯!^eCl2、化学纯狗(12、工业FeCl2中的一种以上。
4.根据权利要求1所述的!^Al2O4-Al2O3复合粉体在还原性气氛下的制备方法，其特征在于所述还原剂为分析纯狗粉、化学纯狗粉、工业狗粉、分析纯Al粉、化学纯Al粉、工业 Al粉中的一种以上，粒度均< 300 μ m。
5.根据权利要求1所述的!^Al2O4-Al2O3复合粉体在还原性气氛下的制备方法，其特征在所述复合盐为NaCl、KCl、Na2SO4中的两种或三种。
6.根据权利要求1所述的!^Al2O4-Al2O3复合粉体在还原性气氛下的制备方法，其特征在于所述还原性气氛为埋炭气氛、CO气氛中的一种或两种气氛。
7.根据权利要求1所述的!^Al2O4-Al2O3复合粉体在还原性气氛下的制备方法，其特征在于所述混合时间为5 180min。
8.根据权利要求广7项中任一项所述的!^Al2O4-Al2O3复合粉体在还原性气氛下的制备方法所制备的!^Al2O4-Al2O3复合粉体。
全文摘要
本发明涉及一种FeAl2O4-Al2O3复合粉体及其在还原性气氛下的制备方法。本发明所采用的技术方案是先将8.5~21.5wt%的Al2O3、8.5~21.5wt%的FeCl2、3.0~12wt%的还原剂和50~79.5wt%的复合盐干燥，混合均匀；再将混合料置于刚玉质容器内，在800~1400℃条件下于还原性气氛中锻烧2~5小时，冷却，恒温水浴溶解盐类；然后进行过滤，洗涤，在80~120℃条件下保温20~26h，制得FeAl2O4-Al2O3复合粉体。本发明具有工艺简单、合成温度低、环境友好和能耗低的特点。
文档编号C04B35/64GK102557687SQ20121000152
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者张品为, 朱伯铨, 李享成 申请人:武汉科技大学