专利名称：一种制备铁铝尖晶石的方法
技术领域：
本发明属于一种耐火材料的制备方法，具体的说是一种制备铁铝尖晶石的方法。
背景技术：
我国2010年水泥产量为18. 8亿吨，同比增长14. 3%。由于Cr2O3能提高镁质耐火材料的抗侵蚀性能和抗热震性能，并使导热率降低，挂窑皮性能较好，因此，我国水泥回转窑烧成带仍主要使用含4-12%的Cr2O3的镁铬砖。但在此工况条件下，三价铬(Cr3+)易转变成为六价铬(Cr6+)。六价铬是一种危害人类健康的化学物质，它可溶于水，也可以以气相形式存在，故六价铬可以通过烟气进入大气中，也会溶入水，污染水源。目前，一些发达国家已对六价铬制定了严格的限制标准。我国目前正在加紧研究新型绿色耐火材料，含铬砖终将被淘汰。铁铝尖晶石(FeAl2O4)是近年来出现的一种新型耐火材料，是自然界中少有的矿物，莫氏硬度7. 5，属中硬矿物。将铁铝尖晶石按一定比例加入到氧化镁中，可生产出水泥回转窑用新一代高性能耐火材料，它具有良好的高温柔韧性，较低的热膨胀率和热导率，同时，还具有非常好的抗水泥熟料等的侵蚀性，对环境几乎没有污染。烧结法合成铁铝尖晶石需要控制适当的气氛，以保证氧化亚铁(FeO)处在其稳定存在温度与氧分压条件下。以往通过对不同氧分压下Fe2O3-Al2O3相图以及1500°C 时FeO-Fe2O3-Al2O3三元系统等温截面图的分析，说明氧分压越低越有利于铁铝尖晶石的合成，而且Fe3O4与FeAl2O4的固溶度随着氧分压降低以及铁铝尖晶石含量增加迅速降低。热力学计算表明在氧分压为0.5 Pa高纯氮气气氛条件下，FeO在1473 2160°C 范围内能够稳定存在，在此温度范围烧结可以合成铁铝尖晶石。实验证明以Fe2O3粉和 Al2O3粉为原料，配料时需要引入一定量还原碳粉以消耗Fe2O3分解产生的氧气，当烧结温度高于1500°C时，所有的铁源都转化为铁铝尖晶石相。由于烧结温度较高，目前仅限于实验室合成(马淑龙，李勇，孙加林等.氮气气氛下铁铝尖晶石的合成[J].硅酸盐学报， 2011，39(3) :424-429, 457.)。以铁鳞、Fe2O3粉及Al2O3粉为原料，分别采用烧结法、电熔法，进行铁铝尖晶石的合成。利用X射线衍射(XRD)检测了合成试样的物相组成，采用扫描电子显微镜(SEM)观察和分析了合成试样的物相的形貌和分布。研究结果表明采用在配料中加入石墨和埋炭的方法均能营造弱还原性气氛，合成出铁铝尖晶石，但是铁铝尖晶石的含量仅为20%左右，采用合适的原料并利用电熔法能够合成铁铝尖晶石，含量在97%以上(张君博，张刚，肖国庆等·铁铝尖晶石的制备[J].硅酸盐通报，2007，26 (5) :1003-1006.)。研究了以特级矾土和铁鳞为原料，采用烧结法合成铁铝尖晶石时，还原气氛和烧结温度的影响。结果表明通过在合成料中添加还原剂(石墨)的方法营造的还原气氛，适合铁铝尖晶石的烧结合成1550°C下烧结合成出的铁铝尖晶石合成料达到致密化，铁铝尖晶石的含量达到80-90% (刘会林，李勇，曹洪发等.铁铝尖晶石料的烧结合成[J].耐火材料，2003，37(6) :333-335.)。
发明内容
为解决现有技术生产铁铝尖晶石烧结温度高、铁铝尖晶石含量低和结构不致密的问题，本发明提供了一种制备铁铝尖晶石的方法。本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为一种制备铁铝尖晶石的方法，包含以下步骤
1)将铝盐和铁盐溶于水或者醇中制成混合溶液，且混合溶液中铝离子和铁离子的摩尔比为2:1,备用；
2)向步骤I中制得的混合溶液中边搅拌边滴加碱溶液进行中和，直至混合溶液的pH值为7,中和过程中生成沉淀；
3)将步骤2中的沉淀过滤出来，蒸馏水洗涤后加入有机醇进行分散，然后烘干，备用；
4)将步骤3中烘干后的沉淀在300°C-SOO0C的条件下煅烧l_3h后，再加入沉淀总重量 I. 0-5. 0%的粘接剂和O. 5-2. 5%的石墨粉，充分混合均匀后，压制成坯块，备用；
5)将步骤4制得的坯块在1100 1700°C的中性气氛下烧结I 6小时，冷却后即制得铁招尖晶石材料。所述的铝盐为硝酸铝、氯化铝、硫酸铝、异丙醇铝中的一种或几种组合；
所述的铁盐为硝酸铁、硝酸亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁中的一种或几种组合；
所述的碱溶液为氨水、氢氧化钾、氢氧化钠中的一种或几种组合；
所述的有机醇为无水乙醇、正丁醇、乙二醇中的一种或几种组合；
所述的粘结剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯乙二醇、甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、羧丙基纤维素、石蜡中的一种或几种混合；
所述的中性气氛为真空、氩气保护或氮气保护；
所述的石墨粉，其粒度小于400目。本发明中，铝盐和铁盐在溶液中中和生成的氢氧化铝沉淀和氢氧化铁沉淀之间混合非常均匀，这样制备形成的铁铝尖晶石结构致密、稳定，缺陷少。本发明中，分散操作时，有机醇的加入量以将沉淀充分分散为准；分散的目的是 防止沉淀团聚，并使沉淀充分分散成小颗粒，可以形成纳米级的颗粒。沉淀在煅烧后的产物为氧化铝和氧化铁。加入石墨粉的作用是在高温条件下将氧化铁和四氧化三铁还原为氧化亚铁。有益效果本发明通过碱溶液和铝盐、铁盐在溶液中反应生成混合均匀的氢氧化铝沉淀和氢氧化铁沉淀，沉淀在用有机醇分散，使得原料充分的散开，反应更充分均匀，形成的铁铝尖晶石内部结构更加致密；在烧结时加入了还原性的石墨粉，更有利于铁铝尖晶石的生成，使得反应时间缩短，且含量增大。
图I为本发明制得的铁铝尖晶石的X射线衍射图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述。实施例I
一种制备铁铝尖晶石的方法，步骤如下
1)将硝酸铝和硝酸铁按摩尔比2:1进行配料并溶于乙醇中制成浓度为lmol/L的混合溶液，备用；
2)向步骤I中制得的混合溶液中边搅拌边滴加氨水进行中和，直至混合溶液的pH值为 7，中和过程中生成沉淀；
3)将步骤2中的沉淀过滤出来，蒸馏水洗涤后加入乙二醇进行分散，然后烘干，备用；
4)将步骤3中烘干后的沉淀在300°C_800°C的条件下煅烧l_3h后，再加入沉淀总重量 5%的羧丙基纤维素和I. 6%的石墨粉，充分混合均匀后，用冷等静压压制成坯块，备用；
5)将步骤4制得的坯块在1400°C的真空条件下烧结4小时，自然冷却后即制得铁铝尖晶石材料。实施例2
一种制备铁铝尖晶石的方法，步骤如下
1)将氯化铝和氯化铁按摩尔比2:1进行配料并溶于蒸馏水中制成浓度为lmol/L的混合溶液，备用；
2)向步骤I中制得的混合溶液中边搅拌边滴加氢氧化钠溶液进行中和，直至混合溶液的PH值为7，中和过程中生成沉淀；
3)将步骤2中的沉淀过滤出来，蒸馏水洗涤后加入无水乙醇进行分散，然后烘干，备
用；
4)将步骤3中烘干后的沉淀在300°C_800°C的条件下煅烧l_3h后，再加入沉淀总重量 3%的聚乙烯醇缩丁醛和1%的石墨粉，充分混合均匀后，用冷等静压压制成坯块，备用；
5)将步骤4制得的坯块在1550°C、氩气保护条件下烧结3小时，自然冷却后即制得铁招尖晶石材料。实施例3
一种制备铁铝尖晶石的方法，步骤如下
1)将硫酸铝和硫酸亚铁按铝离子和铁离子摩尔比2:1进行配料并溶于蒸馏水中制成浓度为lmol/L的混合溶液；
2)向步骤I中制得的混合溶液中边搅拌边滴加氢氧化钾溶液进行中和，直至混合溶液的PH值为7，中和过程中生成沉淀；
3)将步骤2中的沉淀过滤出来，蒸馏水洗涤后加入乙二醇进行分散，然后烘干，备用；
4)将步骤3中烘干后的沉淀在300°C_800°C的条件下煅烧l_3h后，再加入沉淀总重量 1%的聚乙烯乙二醇和2. 5%的石墨粉，充分混合均匀后，用冷等静压压制成坯块，备用；
5)将步骤4制得的坯块在1700°C、氮气的保护条件下烧结I小时，自然冷却后即制得铁招尖晶石材料。实施例4
一种制备铁铝尖晶石的方法，步骤如下
I)将异丙醇铝和硝酸亚铁按铝离子和铁离子摩尔比2:1进行配料并溶于蒸馏水中制成浓度为lmol/L的混合溶液；2)向步骤I中制得的混合溶液中边搅拌边滴加氨水进行中和，直至混合溶液的pH值为 7，中和过程中生成沉淀；
3)将步骤2中的沉淀过滤出来，蒸馏水洗涤后加入正丁醇进行分散，然后烘干，备用；
4)将步骤3中烘干后的沉淀在300°C_800°C的条件下煅烧l_3h后，再加入沉淀总重量
3.5%的乙基纤维素和I. 1%的石墨粉，充分混合均匀后，用冷等静压压制成坯块，备用；
5)将步骤4制得的坯块在1100°C、氩气的保护条件下烧结6小时，自然冷却后即制得铁招尖晶石材料。以上实施例中，所用石墨粉在使用前均过筛，选取400目以下的石墨粉参与合成。粘接剂除了上述四种外，还可以使用聚乙烯醇、甲基纤维素、羧丙基纤维素和石蜡，或者是以上几种的任意混合。
权利要求
1.一种制备铁铝尖晶石的方法，其特征在于，包含以下步骤1)将铝盐和铁盐溶于水或者乙醇中制成混合溶液，且混合溶液中铝离子和铁离子的摩尔比为2:1；2)向步骤I中制得的混合溶液中边搅拌边滴加碱溶液进行中和，直至混合溶液的pH值为7,中和过程中生成沉淀；3)将步骤2中的沉淀过滤出来，蒸馏水洗涤后加入有机醇进行分散，然后烘干，备用；4)将步骤3中烘干后的沉淀在300°C_800°C的条件下煅烧l_3h后，再加入沉淀总重量 I. 0-5. 0%的粘接剂和O. 5-2. 5%的石墨粉，充分混合均匀后，压制成坯块，备用；5)将步骤4制得的坯块在1100 1700°C的中性气氛下烧结I 6小时，冷却后即制得铁招尖晶石材料。
2.根据权利要求I所述的一种制备铁铝尖晶石的方法，其特征为所述的铝盐为硝酸铝、氯化铝、硫酸铝、异丙醇铝中的一种或几种组合。
3.根据权利要求I所述的一种制备铁铝尖晶石的方法，其特征为所述的铁盐为硝酸铁、硝酸亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁中的一种或几种组合。
4.根据权利要求I所述的一种制备铁铝尖晶石的方法，其特征为所述的碱溶液为氨水、氢氧化钾、氢氧化钠中的一种或几种组合。
5.根据权利要求I所述的一种制备铁铝尖晶石的方法，其特征为所述的有机醇为无水乙醇、正丁醇、乙二醇中的一种或几种组合。
6.根据权利要求I所述的一种制备铁铝尖晶石的方法，其特征为所述的粘结剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯乙二醇、甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、羧丙基纤维素、石蜡中的一种或几种混合。
7.根据权利要求I所述的一种制备铁铝尖晶石的方法，其特征为所述的中性气氛为真空、IS气保护或氮气保护。
8.根据权利要求I所述的一种制备铁铝尖晶石的方法，其特征为所述的石墨粉，其粒度小于400目。
全文摘要
一种制备铁铝尖晶石的方法，按铁离子和铝离子的摩尔比为1:2的比例将铁盐和铝盐溶于水或者醇中制成混合溶液，然后在其中滴加碱溶液中和直至pH值为7，然后将沉淀洗涤、分散后煅烧，再加入粘接剂和石墨粉压制成坯块，坯块在中性气氛下烧结，冷却后即制得材料。本发明通过碱溶液和铝盐、铁盐在溶液中反应生成混合均匀的氢氧化铝沉淀和氢氧化铁沉淀，沉淀在用有机醇分散，使得原料充分的散开，反应更充分均匀，形成的铁铝尖晶石内部结构更加致密；在烧结时加入了还原性的石墨粉，更有利于铁铝尖晶石的生成，使得反应时间缩短，且含量增大。
文档编号C04B35/44GK102603315SQ20121005110
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月1日 优先权日2012年3月1日
发明者周玉成, 张国赏, 徐流杰, 李继文, 马向东, 魏世忠 申请人:河南科技大学