一種亞微米鐵鋁尖晶石及其制備方法和用途
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種亞微米鐵鋁尖晶石，其特征是顆粒直徑在1.0微米以下，其用途是添加于燒結(jié)法合成鐵鋁尖晶石耐火原料的配料之內(nèi)，作為晶種，降低燒結(jié)溫度。本發(fā)明提出了一種制備亞微米鐵鋁尖晶石的方法：先分別配制硫酸亞鐵溶液與硫酸鋁溶液，依次將硫酸亞鐵溶液與硫酸鋁溶液加入反應(yīng)器內(nèi)混合，向混合溶液內(nèi)加入硫化銨溶液，生成混合沉淀后過濾；濾餅經(jīng)過真空干燥和焙燒，得到亞微米鐵鋁尖晶石；濾液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮結(jié)晶，得到硫酸銨。
【專利說明】一種亞微米鐵鋁尖晶石及其制備方法和用途

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種合成亞微米鐵鋁尖晶石、其制備方法以及用途，屬于耐火材料技 術(shù)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 鐵鋁尖晶石屬于正尖晶石，其中的鐵元素以亞鐵離子(化合價(jià)為正二價(jià)）的形態(tài)存 在于氧離子堆積成的四面體空隙位置，從化學(xué)上命名為亞鐵鋁尖晶石，但在耐火材料領(lǐng)域 習(xí)慣上將其簡稱為鐵鋁尖晶石。
[0003] 鐵鋁尖晶石添加到氧化鎂基耐火材料中，能夠顯著提高鎂質(zhì)材料在水泥回轉(zhuǎn)窯中 的掛窯皮性能。因此，添加鐵鋁尖晶石的鎂磚(簡稱鎂鐵鋁尖晶石磚）已經(jīng)成為替代鎂鉻磚 的無鉻化材料。
[0004] 鐵鋁尖晶石在自然界中存在極少，只能采用人工合成。如申請?zhí)枮?200510019267.6的"一種合成鐵鋁尖晶石及其制備方法"，采用氧化鋁、氫氧化鋁、一水鋁 石、礬土等鋁氧化物與含鐵化合物按照鋁離子：鐵離子為2:1的比例混合，采用埋碳工藝合 成。申請?zhí)枮?00710053793. 3的專利文件"一種合成鐵鋁尖晶石的方法"，采用氧化鋁、氫 氧化鋁、礬土等鋁氧化化物與含鐵化合物按照鋁離子：鐵離子為2 : 1的比例混合，為改善 材料的燒結(jié)性能，在配比中同時(shí)引入二氧化鈦?zhàn)鳛闊Y(jié)助劑。
[0005] 申請?zhí)枮?01010104559. 0的專利文件"合成富鋁亞鐵鋁尖晶石的方法"，將含鐵 化合物和含鋁化合物進(jìn)行配合、壓制成塊狀、干燥后在氮?dú)鈿夥障聼芍频描F鋁尖晶石。
[0006] 上述文獻(xiàn)代表的原有技術(shù)制備的尖晶石都是顆粒直徑在數(shù)微米以上的。這句話的 依據(jù)是：文獻(xiàn)一（陳俊紅，等：鐵鋁尖晶石的合成及鎂鐵鋁尖晶石磚的性能與應(yīng)用.耐火材 料，2011年第6期：457-461頁）和文獻(xiàn)二（申請?zhí)枮?01410018045. 1的專利文件）用燒結(jié) 法制備的鐵鋁尖晶石，其顯微圖片表明大多數(shù)尖晶石顆粒的直徑在5-30微米之間。尚未檢 索到制備亞微米鐵鋁尖晶石的研究報(bào)道。
[0007] 原有的燒結(jié)法制備鐵鋁尖晶石所用的燒結(jié)溫度較高，因此消耗能源較多；t匕 如申請?zhí)枮?01010104503. 5的專利文件所用的燒結(jié)溫度為1300-1700°c，申請?zhí)枮?201210013925. 0的專利文件所用的燒結(jié)溫度為1200-1500°C。本發(fā)明的目的是先制備亞 微米鐵鋁尖晶石，將其作為晶種添加于燒結(jié)法制備鐵鋁尖晶石的配料內(nèi)，在晶種誘導(dǎo)作用 下只需要較低的燒結(jié)溫度就可以合成出常規(guī)晶粒尺度的鐵鋁尖晶石耐火原料，降低能源消 耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 許多人研究了先形成氫氧化物或碳酸鹽沉淀再煅燒制得納米尖晶石的方法。比如 申請?zhí)枮?00310117744. 3的專利文件提出，以鎂和鋁離子的硝酸鹽水溶液為原料，以碳酸 氫銨為沉淀劑，沉淀過濾、干燥，在1000?1400°C之間煅燒，可獲得平均粒徑為20納米鎂 鋁尖晶石粉體。我們在試驗(yàn)中以碳酸氫銨作為沉淀劑加入含硫酸亞鐵與硫酸鋁的混合溶液 內(nèi)，反應(yīng)生成綠色沉淀，在過濾之后將沉淀構(gòu)成的濾餅轉(zhuǎn)移入真空爐的操作期間，發(fā)現(xiàn)濾餅 逐漸由綠色變?yōu)榧t色，這表明二價(jià)鐵被空氣中的氧氣氧化成了三價(jià)鐵；以氨水作為沉淀劑， 發(fā)現(xiàn)濾餅從綠色變?yōu)榧t色的速度更快，即二價(jià)鐵被氧化得更快；以硫化銨作為沉淀劑，發(fā)現(xiàn) 濾餅的綠色在8小時(shí)以上沒有變?yōu)榧t色，這表明硫化亞鐵中的二價(jià)鐵在空氣中的穩(wěn)定程度 高，8小時(shí)左右的穩(wěn)定時(shí)間足以完成沉淀操作工序與過濾操作工序，過濾形成的濾餅置入真 空爐內(nèi)，立即抽真空升溫烘干繼而焙燒，二價(jià)鐵在真空環(huán)境下不被氧化，制備得亞微米鐵鋁 尖晶石。
[0009] 所制備的亞微米鐵鋁尖晶石在車間的空氣中放置30天未發(fā)生外觀變化，經(jīng)過測 定樣品存放30天后的X-射線衍射譜圖，發(fā)現(xiàn)與剛制備出之時(shí)測得的譜圖相同，表明亞微米 尖晶石中的二價(jià)鐵在空氣能夠穩(wěn)定30天以上，在此期間將其作為晶種用，進(jìn)一步通過燒結(jié) 法制備成為鐵鋁尖晶石耐火原料，其中二價(jià)鐵的穩(wěn)定性就更高了。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解。在附圖中： 圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例1-實(shí)施例3所制備亞微米鐵鋁尖晶石的XRD圖譜；圖2示出了根 據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1所制備亞微米鐵鋁尖晶石的掃描電子顯微照片。

【具體實(shí)施方式】
[0011] 先分別配制硫酸亞鐵溶液與硫酸鋁溶液，依次將硫酸亞鐵溶液與硫酸鋁溶液加入 反應(yīng)器內(nèi)混合，向混合溶液內(nèi)加入硫化銨溶液，生成含硫化亞鐵及氫氧化鋁的混合沉淀，過 濾；濾餅經(jīng)過真空干燥和焙燒，得到亞微米鐵鋁尖晶石；濾液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮結(jié)晶，得到硫酸 銨。三種反應(yīng)物的最佳摩爾比為：Fe:A1:S = 1: (2. 03-2. 20) : (4. 15-4 50); 三種反應(yīng)物溶液質(zhì)量百分比濃度分別為：硫酸亞鐵溶液8wt%-38wt%，硫酸鋁溶液 10wt%-45wt%，硫化銨溶液5wt%-20wt% ;將沉淀反應(yīng)末期和干燥焙燒期間反應(yīng)放出的含硫 化氫的氣體引入氨水內(nèi)，制成硫化銨溶液：

【權(quán)利要求】
1. 一種亞微米鐵鋁尖晶石，其特征是顆粒直徑在I. O微米以下，其用途是添加于燒結(jié) 法合成鐵鋁尖晶石耐火原料的配料之內(nèi)，作為晶種，降低燒結(jié)溫度。
2. -種制備亞微米鐵鋁尖晶石的方法，其特征是先分別配制硫酸亞鐵溶液與硫酸鋁溶 液，依次將硫酸亞鐵溶液與硫酸鋁溶液加入反應(yīng)器內(nèi)混合，向混合溶液內(nèi)加入硫化銨溶液， 生成混合沉淀后過濾；濾餅經(jīng)過真空干燥和焙燒，得到亞微米鐵鋁尖晶石；濾液經(jīng)過蒸發(fā) 濃縮結(jié)晶，得到硫酸銨。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種制備亞微米鐵鋁尖晶石的方法，其特征是硫酸亞鐵、磷酸 鋁及硫化銨三種反應(yīng)物的最佳摩爾比為：Fe:A1:S = 1: (2. 03-2. 20) : (4. 15-4. 50)。
4. 如權(quán)利要求2所述的一種制備亞微米鐵鋁尖晶石的方法，其特征是三種反應(yīng)物溶液 質(zhì)量百分比濃度分別為：硫酸亞鐵溶液8wt%-38wt%，硫酸鋁溶液10wt%-45wt%，硫化銨溶液 5wt%-20wt%〇
5. 如權(quán)利要求2所述的一種制備亞微米鐵鋁尖晶石的方法，其特征是所述真空干燥 和焙燒方法為：濾餅放入真空爐內(nèi)，抽真空至真空度為〇. 086-0. 99MPa，用1-3小時(shí)升溫至 150°C左右，再用2-4小時(shí)升至900-1000°C并恒溫2-6小時(shí)，保持真空條件的同時(shí)自然降溫 至160°C左右，取出焙燒過的試樣。
6. 如權(quán)利要求2所述的一種制備亞微米鐵鋁尖晶石的方法，其特征是將沉淀反應(yīng)末期 和干燥焙燒期間反應(yīng)放出的含硫化氫的氣體引入氨水內(nèi)，制成硫化銨溶液。
【文檔編號】C04B35/44GK104311074SQ201410528868
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】劉俊成, 丁銳, 白佳海, 李成峰, 杜慶洋, 封立杰 申請人:山東理工大學(xué)