專利名稱：FeAl₂O₄-Al₂O₃復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法
技術領域：
本發明屬于耐火材料技術領域。尤其涉及一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。
背景技術：
傳統的水泥窯燒成帶堿性材料鎂鉻磚具有優良的抗高溫和抗侵蝕性能，然而在堿的作用下，穩定的三價鉻轉化為氧化能力很強的六價鉻，對人體危害很大，使鎂鉻磚的應用得到限制，隨著人們環保意識的增強，研制水泥窯用低鉻或無鉻堿性磚勢在必行。對于無鉻堿性磚來說，若能在爐襯熱面形成穩定的窯皮，便能顯著提高爐襯壽命。鐵鋁尖晶石(FeO · Al2O3)在自然界中存在極少，一般采用電熔法合成鐵鋁尖晶石，如以 Al2O3 禾口 Fe 為原料(Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2003, 264 264-274)，但反應過程難以控制，且反應不夠充分。機械化學合成鐵鋁尖晶石法是用行星磨將Al和!^e3O4研磨一定時間，然后在1200°C條件下于氫氣氣氛中反應合成(Materials Chemistry and Physics，2002，76 104-109)，但采用二步處理方法，工藝復雜，且鋁熱反應容易發生，導致最終產物不易控制。以特級磯土、鐵鱗和石墨為原料，采用反應燒結法合成了鐵鋁尖晶石(劉會明等.耐火材料，2003，37 (6) :333-335)，然而合成溫度高于1550°C 且純度低，如最終物相還殘余有10%左右的Fe52O3和Al2O3，導致生產成本增加，品位下降。 近年有相關研究表明在氮氣氣氛下，TiO2的引入能降低鐵鋁尖晶石的合成溫度，1450°C 煅燒后鐵源幾乎完全轉化為鐵鋁尖晶石，然而TW2引入量高于m時則會在產品中生成 Fe2TiO5-Al2TiO5,固溶相生成，導致產品體積密度下降，甚至在高溫下Ti4+比狗3+更容易被還原，從而抑制鐵鋁尖晶石的形成(孫加林等.耐火材料，2010，44 (6) :409-412, 418)。一種合成鐵鋁尖晶石的制備方法(CN200510019267.6)專利技術，按Al離子與狗離子的摩爾比為2 1將含鋁化合物和含鐵化合物混合，外加廣6wt%的結合劑，在 110(Γ1700 條件下于埋碳氣氛中保溫5飛00分鐘制。此發明反應溫度較高、能耗大、生成產品雜質較多和污染環境。一種合成鐵鋁尖晶石的制備方法(CN200710053793. 3)專利技術，將含鋁化合物和含鐵化合物按Al與!^e離子的摩爾比為2 1進行混合，外加上述混合物廣20wt%的TW2細粉和廣6wt%的結合劑，在氮氣氣氛下以110(Tl70(rC，保溫5 600分鐘制成。由于此發明反應溫度較高、能耗大，生成產品雜質較多。

發明內容
本發明旨在克服現有技術缺陷，任務是提供一種合成溫度低、工藝簡單、能耗低和環境友好的!^eAl2O4-Al2O3復合粉體在還原性氣氛下的制備方法，用該方法制備的 FeAl2O4-Al2O3復合粉體純度高、粒度細和有利于后續燒結。為完成上述任務，本發明所采用的技術方案是先將8. 5 21. 5wt%的A1203、 8. 5 21. 5wt%的i^eCl2、3. (Tl2wt%的還原劑和50 79. 5wt%的復合鹽干燥，混合均勻；再將混合料置于剛玉質容器內，在80(Tl40(rC條件下于還原性氣氛中鍛燒2飛小時，冷卻，恒溫水浴溶解鹽類；然后進行過濾，洗滌，在8(T12(TC條件下保溫2(T2^!，制得!^Al2O4-Al2O3復合粉體。在上述技術方案中=Al2O3為分析純Al2O3、化學純Al2O3、工業Al2O3中的一種以上， 粒度為廣10 μ m ；FeCl2*分析純!^Cl2、化學純狗(12、工業!^Cl2中的一種以上；還原劑為分析純Fe粉、化學純Fe粉、工業Fe粉、分析純Al粉、化學純Al粉、工業Al粉中的一種以上， 粒度均彡300 μ m ；復合鹽為NaCl、KCl、Na2S04中的兩種或三種；還原性氣氛為埋炭氣氛、CO 氣氛中的一種或兩種氣氛；混合時間為5 180min。由于采用上述技術方案，本發明利用熔鹽法制備!^Al2O4-Al2O3復合粉體，由于低熔點鹽作為反應介質，合成過程中有液相出現，反應物在其中有一定的溶解度，大大加快了離子的擴散速率，使反應物在液相中實現原子尺度混合，其反應由固固反應轉化為固液反應。該法相對于常規固相法而言，具有如下優點整個工藝流程只經過混合、燒成、溶解、過濾和洗滌五步，均屬于常規操作，故工藝流程簡單；在80(Ti40(rc的范圍內即可合成 FeAl2O4-Al2O3復合粉體，合成溫度較低；每次煅燒保溫時間僅為2飛小時，保溫時間較短； 合成的!^Al2O4-Al2O3復合粉體物相純度高達99%，晶體形貌好且化學成分均勻；另外，復合鹽易分離，不僅對環境無污染，還可重復使用，因此環境友好；在生產過程中的燒成環節采取了較低溫度，并且保溫時間較短，節約能量耗費。因此，本發明具有工藝簡單、合成溫度低、環境友好和能耗低的特點。


圖1為本發明所制備的一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體的X射線衍射圖譜； 圖2為圖1所述!^Al2O4-Al2O3復合粉體的掃描電子顯微鏡照片；
圖3為圖2所述!^Al2O4-Al2O3復合粉體的掃描電子顯微鏡照片中標記位置的能譜。
具體實施例方式以下實施例旨在說明本發明而不是對本發明的進一步限定，本發明可以按發明內容所述的任一方式實施。本具體實施方式
中分析純A1A、化學純Al2O3和工業Al2O3中的粒度為廣ΙΟμπι ； 分析純狗粉、化學純狗粉、工業狗粉、分析純Al粉、化學純Al粉和工業Al粉中的粒度均 ^ 300 μ m ；混合時間為5 180min。為避免重復，以下各實施例中不再贅述。實施例1
一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。先將8. 5^12. 5wt%的 Al203、8. 5 12. 5 1%的!^(12、3. 0 6wt%的還原劑和70 79. 5wt%的復合鹽干燥，混合均勻；再將混合料置于剛玉質容器內，在80(Tl00(rC條件下于還原性氣氛中鍛燒2飛小時，冷卻，恒溫水浴溶解鹽類；然后進行過濾，洗滌，在8(T12(TC條件下保溫2(T2^!，制得!^Al2O4-Al2O3 復合粉體。本實施例中=Al2O3為分析純Al2O3，FeCl2為分析純!^eCl2，還原劑為分析純！^粉， 復合鹽為NaCl和Na2SO4的混合物，還原性氣氛為埋炭氣氛。實施例2
一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。
4
本實施例中=Al2O3為化學純Al2O3，FeCl2為化學純!^Cl2，還原劑為化學純!^e粉， 復合鹽為KCl和Na2SO4的混合物。其余同實施例1。實施例3
一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。本實施例中=Al2O3為工業Al2O3，FeCl2為工業!^Cl2,還原劑為工業！^粉，復合鹽為KCl和NaCl的混合物。其余同實施例1。實施例4
一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。本實施例中=Al2O3為化學純Al2O3和工業Al2O3, FeCl2為化學純FeCl2和工業 !^eCl2，還原劑為分析純Al粉，復合鹽為KCl、Na2S04* NaCl的混合物。其余同實施例1。實施例5
一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。本實施例中A1203為化學純Al2O3和分析純Al2O3，FeCl2為化學純FeCl2和分析純 !^eCl2，還原劑為化學純Al粉，復合鹽為Na2SO4和NaCl的混合物。其余同實施例1。實施例6
一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。本實施例中=Al2O3為工業A1203、化學純Al2O3和分析純Al2O3,FeCl2為工業i^eCl2、 化學純FeCl2和分析純!^Cl2,還原劑為工業Al粉，復合鹽為Na2SO4和KCl的混合物。其余同實施例1。實施例7
一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。先將12. 5^16. 5wt% 的Α1203、12· 5 16. 5wt % ^ FeCl2,4. 6 9wt%的還原劑和60 70wt%的復合鹽干燥，混合均勻；再將混合料置于剛玉質容器內，在100(Tl20(rC條件下于還原性氣氛中鍛燒2飛小時，冷卻，恒溫水浴溶解鹽類；然后進行過濾，洗滌，在8(T12(TC條件下保溫20 2他，制得 FeAl2O4-Al2O3 復合粉體。本實施例中=Al2O3為分析純Al2O3，FeCl2為分析純!^eCl2，還原劑為分析純！^粉和化學純！^粉，復合鹽為NaCl和KCl混合物，還原性氣氛為CO氣氛。實施例8
一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。本實施例中=Al2O3為化學純Al2O3，FeCl2為化學純!^Cl2，還原劑為分析純!^e粉和分析純Al粉，復合鹽為Na2SCV KCl和NaCl混合物。其余同實施例7。實施例9
一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。本實施例中=Al2O3為工業Al2O3，FeCl2為工業!^eCl2,還原劑為工業Al粉和分析純 Al
粉，復合鹽為Na2SO4和NaCl混合物。其余同實施例7。實施例10
一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。本實施例中=Al2O3為化學純Al2O3和工業Al2O3, FeCl2為化學純FeCl2和工業FeCl2,還原劑為分析純!^e粉、工業!^e粉和分析純狗粉，復合鹽為Na2SO4和KCl混合物。其余同實施例7。實施例11
一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。本實施例A1203為分析純Al2O3和化學純Al2O3，FeCl2為分析純FeCl2和化學純 FeCl2,還原劑為化學純Al粉、工業Al粉和分析純Al粉，復合鹽為KCl和NaCl混合物。其余同實施例7。實施例12
一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。本實施例中=Al2O3為化學純A1203、分析純Al2O3和工業Al2O3, FeCl2為化學純 !^eCl2、分析純!^Cl2和工業!^eCl2,還原劑為工業Al粉、分析純Al粉和化學純!^e粉，復合鹽為Na2S04、KCl和NaCl混合物。其余同實施例7。實施例13
一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。先將15. 5^21. 5wt% 的Α1203、15· 5 21. 5wt %的FeCl2,8. 5 12wt %的還原劑和50 60wt%的復合鹽干燥，混合均勻；再將混合料置于剛玉質容器內，在120(Tl40(rC條件下于還原性氣氛中鍛燒2飛小時，冷卻，恒溫水浴溶解鹽類；然后進行過濾，洗滌，在8(T12(TC條件下保溫20 2他，制得 FeAl2O4-Al2O3 復合粉體。本實施例中=Al2O3為分析純Al2O3，FeCl2為分析純!^eCl2,還原劑為工業！^粉、分析純狗粉和化學純Al粉，復合鹽為NaCl和Na2SO4混合物，還原性氣氛為埋炭氣氛和CO氣氛的混合氣氛。實施例14
一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。本實施例中=Al2O3為化學純Al2O3，FeCl2為化學純!^eCl2,還原劑為工業！^粉、分析純狗粉、化學純狗粉和分析純Al粉，復合鹽為KCl和Na2SO4混合物，其余同實施例13。實施例15
一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。本實施例中=Al2O3為工業Al2O3，FeCl2為工業FeCl2,還原劑為工業！^粉、分析純 Fe粉、化學純Al粉和分析純Al粉，復合鹽為KCl和NaCl混合物，其余同實施例13。實施例16
一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。本實施例中=Al2O3為化學純Al2O3和工業Al2O3, FeCl2為化學純FeCl2和工業 FeCl2,還原劑為工業狗粉、分析純狗粉、化學純狗粉、化學純Al粉和分析純Al粉，復合鹽為KC1、NaCl和Na2SO4混合物，其余同實施例13。實施例17
一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。本實施例中A1203為化學純Al2O3和分析純Al2O3，FeCl2為化學純FeCl2和分析純 FeCl2,還原劑為工業!^e粉、分析純！^粉、化學純狗粉、分析純Al粉和工業Al粉，復合鹽為NaCl和Na2SO4混合物，其余同實施例13。
實施例18
一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。本實施例中=Al2O3為化學純A1203、分析純Al2O3和工業Al2O3, FeCl2為化學純 !^eCl2、分析純FeCl2和工業!^eCl2,還原劑為工業!^e粉、分析純狗粉、化學純狗粉、化學純 Al粉、工業Al粉和分析純Al粉，復合鹽為KCl和Na2SO4混合物，其余同實施例13。本具體實施方式
利用熔鹽法制備!^Al2O4-Al2O3復合粉體，由于低熔點鹽作為反應介質，合成過程中有液相出現，反應物在其中有一定的溶解度，大大加快了離子的擴散速率，使反應物在液相中實現原子尺度混合，其反應由固固反應轉化為固液反應。該法相對于常規固相法而言，具有如下優點整個工藝流程只經過混合、燒成、溶解、過濾和洗滌五步， 均屬于常規操作，故工藝流程簡單；在80(Tl40(rC的范圍內即可合成^5Al2O4-Al2O3復合粉體，合成溫度較低；每次煅燒保溫時間僅為2飛小時，保溫時間較短；本具體實施方式
合成的一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體如圖1所示，X射線衍射圖譜表明!^Al2O4-Al2O3物相純度高達99% ；該種!^Al2O4-Al2O3復合粉體如圖2的掃描電子顯微鏡照片和圖3的掃描電子顯微鏡照片中標記位置的能譜所示，晶體形貌好且化學成分均勻；另外，復合鹽易分離，不僅對環境無污，還可重復使用，因此環境友好；在生產過程中的燒成環節采取了較低溫度，并且保溫時間較短，節約能量耗費。因此，本具體實施方式
具有工藝簡單、合成溫度低、環境友好和能耗低的特點。
權利要求
1.一種!^Al2O4-Al2O3復合粉體在還原性氣氛下的制備方法，其特征在于先將 8. 5 21. 5wt% 的 Α1203、8· 5 21. 5wt% 的 FeCl2,3. 0 12wt % 的還原劑和 50 79. 5wt% 的復合鹽干燥，混合均勻；再將混合料置于剛玉質容器內，在80(Tl40(rC條件下于還原性氣氛中鍛燒2飛小時，冷卻，恒溫水浴溶解鹽類；然后進行過濾，洗滌，在8(T12(TC條件下保溫 20 26h，制得!^eAl2O4-Al2O3復合粉體。
2.根據權利要求1所述的!^Al2O4-Al2O3復合粉體在還原性氣氛下的制備方法，其特征在于所述Al2O3為分析純Al2O3、化學純Al2O3、工業Al2O3中的一種以上，粒度為廣10 μ m。
3.根據權利要求1所述的!^Al2O4-Al2O3復合粉體在還原性氣氛下的制備方法，其特征在于所述FeCl2為分析純!^eCl2、化學純狗(12、工業FeCl2中的一種以上。
4.根據權利要求1所述的!^Al2O4-Al2O3復合粉體在還原性氣氛下的制備方法，其特征在于所述還原劑為分析純狗粉、化學純狗粉、工業狗粉、分析純Al粉、化學純Al粉、工業 Al粉中的一種以上，粒度均< 300 μ m。
5.根據權利要求1所述的!^Al2O4-Al2O3復合粉體在還原性氣氛下的制備方法，其特征在所述復合鹽為NaCl、KCl、Na2SO4中的兩種或三種。
6.根據權利要求1所述的!^Al2O4-Al2O3復合粉體在還原性氣氛下的制備方法，其特征在于所述還原性氣氛為埋炭氣氛、CO氣氛中的一種或兩種氣氛。
7.根據權利要求1所述的!^Al2O4-Al2O3復合粉體在還原性氣氛下的制備方法，其特征在于所述混合時間為5 180min。
8.根據權利要求廣7項中任一項所述的!^Al2O4-Al2O3復合粉體在還原性氣氛下的制備方法所制備的!^Al2O4-Al2O3復合粉體。
全文摘要
本發明涉及一種FeAl2O4-Al2O3復合粉體及其在還原性氣氛下的制備方法。本發明所采用的技術方案是先將8.5~21.5wt%的Al2O3、8.5~21.5wt%的FeCl2、3.0~12wt%的還原劑和50~79.5wt%的復合鹽干燥，混合均勻；再將混合料置于剛玉質容器內，在800~1400℃條件下于還原性氣氛中鍛燒2~5小時，冷卻，恒溫水浴溶解鹽類；然后進行過濾，洗滌，在80~120℃條件下保溫20~26h，制得FeAl2O4-Al2O3復合粉體。本發明具有工藝簡單、合成溫度低、環境友好和能耗低的特點。
文檔編號C04B35/64GK102557687SQ20121000152
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月5日 優先權日2012年1月5日
發明者張品為, 朱伯銓, 李享成 申請人:武漢科技大學