專利名稱：一種利用納米氧化鋁處理鋁質(zhì)耐火材料原料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用納米氧化鋁處理鋁質(zhì)耐火材料原料的方法， 屬于高鋁質(zhì)耐火材料研究理的技術(shù)領(lǐng)域，適應(yīng)于高鋁質(zhì)耐火材料顆粒 原料處理應(yīng)用。
背景技術(shù)：
納米材料因顆粒粒度小，具有較大的比表面，從而使納米材料表 現(xiàn)出奇異的小尺寸效應(yīng)、比表面效應(yīng)和超凡的表面活性。近年來(lái)，雖 然人們通過實(shí)驗(yàn)手段(溶膠-凝膠法、真空冷凍干燥法等)制備了許 多耐火氧化物，但在實(shí)際應(yīng)用中納米顆粒顯著的活性，表現(xiàn)出的團(tuán)聚 問題，成為納米粉在耐火材料應(yīng)用中的瓶頸，制約了納米材料在耐火 材料中的應(yīng)用。
采用濕化學(xué)的方法，制備出納米氧化鋁的前驅(qū)體溶膠，對(duì)耐火材 料原料顆粒進(jìn)行低溫處理，實(shí)現(xiàn)納米粉對(duì)耐火材料顆粒的均勻包覆， 這樣便巧妙地、科學(xué)性地解決了納米粉的團(tuán)聚難題，也使納米材料在 耐火材料使用中具有很好的應(yīng)用價(jià)值。納米氧化鋁的合成方法很多， 國(guó)內(nèi)外有關(guān)氧化鋁的方面的研究報(bào)道也很多，但由于納米材料顆粒的 高活性，在納米粉使用過程中產(chǎn)生的團(tuán)聚問題，成為直接將納米材料 應(yīng)用于耐火材料中的瓶頸問題。雖然也有將納米氧化物添加到耐火材 料中的研究，但實(shí)際在耐火材料應(yīng)用的很少有所報(bào)道，而采用本發(fā)明所提出的新思路——納米氧化物包覆耐火材料的濕化學(xué)低溫法，利用 納米前驅(qū)體浸漬耐火材料原料進(jìn)行低溫預(yù)處理的方法，至今國(guó)內(nèi)外還 未見報(bào)道。
國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)[l]進(jìn)行了納米粉體對(duì)剛玉磚結(jié)構(gòu)和性能的影響研究， 通過表面活性劑對(duì)納米顆粒改性的方法，使納米顆粒帶有；電位，力 圖解決納米的團(tuán)聚問題，取得了很好的效果，但實(shí)際上也是將納米粉
直接加入到剛玉磚的制備工藝中；文獻(xiàn)[2]是將前驅(qū)體直接引入不定 形耐火材料中，實(shí)現(xiàn)了分散的效果，沒有涉及納米低溫形成的工藝， 因?yàn)樵谑褂弥星膀?qū)體的熱解產(chǎn)生的氣體對(duì)致密度不利；文獻(xiàn)[3]論述 了納米材料的制備方法，利用納米粉在耐火材料領(lǐng)域的研究概況和研 究結(jié)果，提出了納米技術(shù)在今后一段時(shí)間的研究重點(diǎn)和努力方向是-在納米復(fù)合耐火材料中或納米技術(shù)處理耐火材料中，應(yīng)進(jìn)一步探討基 質(zhì)中的納米微粒如何均勻地分布在基體材料晶粒內(nèi)部的方法和實(shí)際 可行性，為增強(qiáng)晶界強(qiáng)度，大幅度提高耐火材料的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)的, 可靠性提供理論上的依據(jù)；文獻(xiàn)[4]采用機(jī)械攪拌與前驅(qū)體鋁溶膠與 剛玉顆粒混合均勻，而這種前驅(qū)體粘度大，效果不如其它前驅(qū)體，工 藝上也與本發(fā)明不同，本發(fā)明利用浸漬法，使前驅(qū)體浸潤(rùn)顆粒，不需 要攪拌過程，但該論文也沒有采用低溫預(yù)處理工藝；文獻(xiàn)[5]在前驅(qū) 體浸漬和干燥工藝與本發(fā)明一致，但沒有提及納米低溫形成的工藝和 耐火材料顆粒包覆問題，且沒有應(yīng)用到鋁質(zhì)耐火材料中；文獻(xiàn)[6]將 納米粉體或前驅(qū)體引入耐火材料中，既可提到更緊密的填充作用和燒 結(jié)作用，沒有涉及納米低溫處理過程；文獻(xiàn)[7]利用原位合成加入納米氧化鋁改善輕質(zhì)氧化鋁磚燒結(jié)和強(qiáng)度。
國(guó)外文獻(xiàn)[8-12]是印度S. Mukh叩adhyay等人利用溶膠-凝膠法 制備的尖晶石納米粉，向尖晶石澆注料加入量為8.0wt.9&，認(rèn)為納米 顆粒在基質(zhì)中起著粘結(jié)劑的作用，該澆注料用作中間鋼包包襯表現(xiàn)出 很好的熱震穩(wěn)定性和抗渣性。沒有提到前驅(qū)體低溫包覆耐火材料顆粒 處理工藝；文獻(xiàn)[13]說明了現(xiàn)代耐火材料在基質(zhì)中含有許多活性納米 顆粒，例如氧化鋁和氧化鎂形成尖晶石，氧化鋁和氧化硅形成莫來(lái)石， 這些都是利用原位反應(yīng)的方法改善材料的性能。文獻(xiàn)[14]在碳纖維上 通過溶膠-凝膠法制備了氧化鋁、氧化鋯和氧化硅耐火納米涂層，再 在其上利用化學(xué)輸運(yùn)的方法制備Z;rC/Zr02復(fù)合涂層，其中納米涂層 起著復(fù)合涂層與碳纖維的結(jié)合作用；文獻(xiàn)[15]與上篇為同一作者，因 此制備工藝有些相同，只是材料體系不同而已，利用溶膠-凝膠法制 備SiC基碳纖維復(fù)合材料的納米氧化鋁、氧化鋯和氧化鈦界面層；文 獻(xiàn)[14-15]是利用納米結(jié)合技術(shù)作為高溫陶瓷基復(fù)合材料中涂層與纖 維界面層的應(yīng)用
發(fā)明內(nèi)容
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本發(fā)明就是為克服以上不足，提供的一種利用濕化學(xué)方法對(duì)耐火 材料原料中剛玉等骨料顆粒預(yù)處理，可實(shí)現(xiàn)納米顆粒在耐火原料中的 均勻分布，解決納米的團(tuán)聚瓶頸，使前驅(qū)體浸潤(rùn)顆粒，不需要攪拌過 程，采用低溫預(yù)處理工藝納米粉的團(tuán)聚，使納米材料在耐火材料使用 中，具有很好的應(yīng)用價(jià)值的一種利用納米氧化鋁處理鋁質(zhì)耐火材料原 料的方法。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，所述的一種利用納米氧化鋁處理鋁質(zhì)耐火 材料原料的方法是，將鋁質(zhì)耐火材料的剛玉顆粒放置于耐酸蝕的容器
內(nèi)，倒入含鋁前驅(qū)體的溶膠中，浸漬5至10分鐘后，經(jīng)篩網(wǎng)過濾后， 將顆粒料放置于匣缽中經(jīng)80(TC保溫4小時(shí)熱處理，就可得到剛玉顆
.粒附著的納米氧化鋁原料。其中，含鋁前驅(qū)體溶膠是利用硝酸鋁與檸 檬酸配制而成。前驅(qū)體檸檬酸鋁溶膠摩爾濃度的確定依據(jù)和制備方法 分別為1)剛玉顆粒表面的吸水率直接影響納米氧化鋁物質(zhì)量的多 少，剛玉顆粒吸附的前驅(qū)體經(jīng)處理后得到的納米氧化鋁物質(zhì)量設(shè)想與 納米氧化鋁的物質(zhì)量相當(dāng)，所以，檸檬酸鋁的摩爾濃度根據(jù)剛玉的吸 水率確定；2)檸檬酸鋁溶膠的制備方法是，硝酸鋁與檸檬酸按摩爾 比l: 1~3混合，由溶劑配制成所設(shè)想的濃度溶液。依據(jù)納米氧化鋁 粉表面原子配位不足，有較強(qiáng)燒結(jié)活性，有利于降低定形和不定形鋁 質(zhì)耐火材料的燒結(jié)溫度。但由于使用上氧化鋁納米粉表現(xiàn)強(qiáng)的團(tuán)聚 性，該特性成為氧化鋁納米粉在不定形耐火材料和定型耐火材料應(yīng)用 中的限制因素，解決該問題成為納米粉在耐火材料中的關(guān)鍵。本發(fā)明 采用氧化鋁納米粉前驅(qū)體溶液的配制，前驅(qū)體溶液可實(shí)現(xiàn)分子態(tài)的均 勻混合。(1)高鋁質(zhì)耐火材料需在高溫下燒結(jié)，因?yàn)槭褂玫脑项w粒
'燒結(jié)剛玉和電熔剛玉純度高，化學(xué)活性差，由此造成燒結(jié)困難；
(2)利用納米氧化鋁包覆于燒結(jié)剛玉或電熔剛玉顆粒的表面，納 米氧化鋁在高溫下起著納米膠的作用，可顯著降低燒結(jié)溫度。若直接 將納米氧化鋁加入到原料中，由于納米顆粒的團(tuán)聚作用很難均勻分布 于剛玉顆粒的表面，利用納米氧化鋁前驅(qū)體浸漬的方法可以解決納米氧化鋁的團(tuán)聚問題；
(3)直接將氧化鋁前驅(qū)體加入到鋁質(zhì)耐火材料原料中使用，在制 品燒結(jié)過程中由于前驅(qū)體的熱解反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，在制品中產(chǎn)生氣 孔，反而不利于制品致密度和強(qiáng)度的提高。因此，本發(fā)明利用納米氧 化鋁前驅(qū)體浸漬耐火材料剛玉骨料顆粒，然后進(jìn)行低溫處理，從而在 耐火材料顆粒表面包覆一層納米氧化鋁顆粒，再利用一般工藝制備耐 火制品。 6發(fā)明效果
本發(fā)明利用氧化鋁前驅(qū)體溶液對(duì)耐火材料原料中剛玉等骨料顆 粒預(yù)處理，該方法不但可實(shí)現(xiàn)納米顆粒在耐火原料中的均勻分布，解 決納米的團(tuán)聚瓶頸問題，也是一種解決高鋁及剛玉質(zhì)耐火材料燒結(jié)的 一種有效方法?？娠@著降低鋁質(zhì)耐火材料的燒成溫度，不但節(jié)約能源， 也有利于環(huán)境保護(hù)。
具體實(shí)施例方式
如在450克電熔剛玉顆粒表面得到lwt9&氧化鋁納米顆粒(納米 氧化鋁與電熔剛玉的質(zhì)量百分比)，具體實(shí)施方法如下
由于骨料顆粒電熔剛玉最多的吸水率為3%，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)450克電 熔剛玉粗顆粒最多摻水量量為20克，因此，若力圖使顆粒表面通過 浸漬法附著lwt96氧化鋁，就必須使20毫升的前驅(qū)體溶液中含有所需 要的納米氧化鋁物質(zhì)量。
450克電熔剛玉顆粒含lwty。納米氧化鋁，則對(duì)應(yīng)的納米氧化鋁 質(zhì)量為450xl%=4.5 (克)，鋁離子的摩爾濃度為<formula>formula see original document page 8</formula>，根據(jù)計(jì)算稱量適量的硝酸鋁和檸檬酸，加水 20 101.96
攪拌后制備1000ml2.21M的檸檬酸鋁水溶液，即得到鋁的前驅(qū)體溶 膠。
將剛玉顆粒在檸檬酸鋁前驅(qū)體中浸漬5分鐘后，經(jīng)篩網(wǎng)過濾后， 放置于匣缽中，經(jīng)80(TC保溫4小時(shí)，得到剛玉顆粒附著1%的納米 氧化鋁原料。
最后，按鋁質(zhì)耐火材料的物料配方和顆粒級(jí)配與相應(yīng)工藝進(jìn)行 耐火材料的生產(chǎn)，由于納米氧化鋁的燒結(jié)活性作用，在較低溫度下可 實(shí)現(xiàn)耐火材料的燒結(jié)。
權(quán)利要求
1.一種利用納米氧化鋁處理鋁質(zhì)耐火材料原料的方法，其特征在于將鋁質(zhì)耐火材料的剛玉顆粒原料放置于耐酸蝕的容器內(nèi)，倒入含鋁檸檬酸鋁前驅(qū)體溶膠，浸漬5至10分鐘后，經(jīng)篩網(wǎng)過濾后，將顆粒料放置于匣缽中經(jīng)600℃-1100℃保溫1至6小時(shí)熱處理，就可得到剛玉顆粒附著的納米氧化鋁原料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用納米氧化鋁處理鋁質(zhì)耐火材料 原料的方法，其特征在于前驅(qū)體檸檬酸鋁溶膠摩爾濃度的確定依據(jù)和 制備方法分別為，剛玉顆粒表面的吸水率直接影響納米氧化鋁物質(zhì)量 的多少，剛玉顆粒吸附的前驅(qū)體經(jīng)處理后得到的納米氧化鋁物質(zhì)量設(shè) 想與納米氧化鋁的物質(zhì)量相當(dāng)，所以，檸檬酸鋁的摩爾濃度根據(jù)剛玉 的吸水率確定，擰檬酸鋁溶膠由硝酸鋁與檸檬酸按摩爾比1: 1~3混 合，由溶劑配制而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用納米氧化鋁處理鋁質(zhì)耐火材料原料的方法，其特征在于將鋁質(zhì)耐火材料的剛玉顆粒原料放置于耐酸蝕的容器內(nèi)，倒入含鋁檸檬酸鋁前驅(qū)體溶膠，浸漬5至10分鐘后，經(jīng)篩網(wǎng)過濾后，將顆粒料放置于匣缽中經(jīng)600℃-1100℃保溫1至6小時(shí)熱處理，就可得到剛玉顆粒附著的納米氧化鋁原料，含鋁前驅(qū)體溶膠是利用硝酸鋁與檸檬酸配制而成，具有可實(shí)現(xiàn)納米顆粒在耐火原料中的均勻分布，解決納米的團(tuán)聚瓶頸問題的優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)于高鋁及剛玉質(zhì)耐火材料燒結(jié)。
文檔編號(hào)C04B35/66GK101525246SQ200910133120
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者顯 張, 郝富鎖 申請(qǐng)人:郝富鎖