ρ-Al2O3的制备方法及在耐火材料中的应用
发布日期： 2019-08-21 10:52:16 阅读量（1958） 作者：ρ-Al2O3是近十年开发的新型结合剂。它是Al(OH)3在真空、快速脱水情况下形成的一种几乎呈无定形态的氧化铝。ρ-Al2O3活性极高，在空气中会强烈吸水并发生水化反应生成具有较高强度的氢氧化铝凝胶(Al(OH)3+AlOOH)。ρ-Al2O3的水化过程：首先H2O分子在静电作用下被吸附，该吸附为Al-OH化学吸附，然后H2O分子和ρ-Al2O3表面上的氧形成-OH，出现Al-OH，OH······OH键，并在ρ-Al2O3表面位错区域形成AlO(OH)的晶核，此时随着Al-OH的作用，ρ-Al2O3表面被羟基化，Al-OH基间发生缩聚形成体状交联。因此,水化后的ρ-Al2O3的X射线衍射曲线中有诸如AlOOH，(1-1/2)Al2O3·3H2O及α-Al(OH)3的产物。
1、ρ-Al2O3的制备方法
ρ-Al2O3的制备方法很多，总的来看，ρ-Al2O3的制取方法有真空法、回转窑法及悬浮快脱法三种。刘永杰[57]以Al(OH)3为原料，经12h湿法研磨，细磨后物料于110℃干燥24h，干燥后的粉料于试验电炉中闪速焙烧,骤冷，制备了ρ-Al2O3，并研究了其水化动力学，发现ρ-Al2O3内部原子排列有序性很差以及电价不平衡，是ρ-Al2O3能在常温下自发水化的动力学条件，ρ-Al2O3的水化由扩散过程所控制(常温下反应指数N值均大于2)。曹丽云，黄剑锋等[58]以氯化铝为起始原料合成ρ-Al2O3，测定了合成产物中ρ-Al2O3的含量42%左右，并研究了合成温度对产物的晶体结构的影响规律，最后对合成产物水化特征及其相互转变进行了表征。该研究发现在260~360℃真空条件下煅烧，随温度的提高，ρ-Al2O3的含量先增加后减少，300℃左右合成产物中ρ-Al2O3含量最高，适宜的处理温度为300~320℃，当温度提高到500℃后，ρ-Al2O3转化为α-Al2O3。
工业勃姆石快速分解可制ρ-Al2O3。在回转窑中，760℃工业勃姆石停留20~40s，勃姆石快速分解为ρ-Al2O3。李晓明，朱华研究了以勃姆石为原料快速分解制取ρ-Al2O3的方法，通过对ρ-Al2O3的性能鉴定及耐火浇注料的试验结果分析，结果表明：该ρ-Al2O3的相组成与用Al(OH)3分解所得的ρ-Al2O3不同，但同样可用作浇注料的结合剂。
2、ρ-Al2O3的应用
20世纪70年代ρ-Al2O3首先被日本人用做浇注料的结合剂;80年代，我国也开始了ρ-Al2O3结合浇注料的研究，现在已大量生产ρ-Al2O3结合剂，ρ-Al2O3结合的刚玉浇注料在冶金及化工部门的一些高温炉上使用，比纯铝酸钙水泥结合的浇注料的高温性能优越。作结合剂时，通常与助结合剂活性SiO2超微粉同时使用[60]。随着ρ-Al2O3生产技术的进步，其性能逐渐被人们认识，用它作高纯镁铝浇注料中的结合剂受到关注。
它的优点：
(1) 使浇注料基质更纯净，避免低共熔化合物生成而造成高温性能下降。
(2) 提高浇注料常温耐压强度。水泥结合镁铝浇注料具有良好的抵抗碱性渣的侵蚀和渗透性能，近十年来在钢包系统得到了广泛的应用。有研究认为，在排除铝酸钙的情况下，镁铝浇注料的抗碱性渣渗透、侵蚀性能更好。
段晓东，叶恩东等比较了铝酸钙水泥-硅微粉、硅微粉、ρ-Al2O3微粉-硅微粉结合系统对镁铝浇注料抗渣性和物理性能的影响。发现ρ-Al2O3加入量的增加既可提高镁铝浇注料常温耐压强度，降低高中温强度比和永久线变化率，又能与MgO生成富铝尖晶石，提高了浇注料的抗渣性，ρ-Al2O3微粉加入量为4%~8%为佳。姚金甫以ρ-Al2O3代替水泥用作铁沟料的结合剂，探讨了它对铁沟料性能的影响。发现ρ-Al2O3结合铁沟料具有较高的常温强度，比水泥结合铁沟料具有更好的抗渣性，能够有效延长主沟渣线的使用寿命。由此可见，ρ-Al2O3是铝硅系、硅质、碳化硅材料和尖晶石质材料相当好的结合剂。
ρ-Al2O3结合的高纯镁铝浇注料,基质中主要存在刚玉相、镁铝尖晶石相、莫来石相和少许玻璃相。由于镁铝尖晶石吸收Fe2O3和MnO的能力较低，且发育完善的尖晶石和莫来石结合致密，对渣中CaO吸收反应能力较差，故钢渣对基质的侵蚀较小。对于纯铝酸钙结合的高纯镁铝浇注料而言，CaO的存在阻碍了镁铝尖晶石晶格发育，导致基质生成大量的柱状CA6和少量CA2，同时发育不完整的镁铝尖晶石对渣中MnO和Fe2O3的吸收能力增强，因此钢渣对基质的侵蚀较大。以ρ-Al2O3结合的高纯镁铝浇注料钢包在使用过程中，出钢温度1630℃时钢包平均使用寿命为120次，最高138次。相比纯铝酸钙水泥做结合剂时的平均包龄105次高出15次。
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