專利名稱：一種合成錳鋁尖晶石的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種合成錳鋁尖晶石的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的水泥窯燒成帶用堿性材料鎂鉻磚具有優(yōu)良的抗高溫和抗侵蝕性能， 然而在堿的作用下，穩(wěn)定的三價鉻轉(zhuǎn)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(yīng)用受到限制，隨著人們環(huán)保意識的增強，研制水泥窯用低 鉻或無鉻的堿性磚勢在必行。對于無鋒堿性磚來說，若能在爐襯熱面形成穩(wěn)定
的窯皮，便能顯著提高爐襯的壽命。法國雷法集團(RHI或Refmtechnik)研究 發(fā)現(xiàn)將錳鋁尖晶石引入到無鉻堿性磚中，能夠顯著提高窯皮的附著性，該制品 具有較高的耐火度，良好的抗堿、硫、氯和熟料等的侵蝕能力和熱震穩(wěn)定性[RHI Bull, 2003， 1: 25 28]0
錳鋁尖晶石(MnO.Al203)在自然界很少，法國雷法集團采用電熔法合成錳 鋁尖晶石，但是該方法成本較高。美國專利(US4536237)報道采用鋁熱法可以 合成錳鋁尖晶石，但金屬鋁低溫熔化，且反應(yīng)放熱快，容易產(chǎn)生爆炸，即使在
原料中引入一定量的Al203可以控制反應(yīng)進程，但其工藝復(fù)雜，對設(shè)備要求高，
導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。"一種合成錳鋁尖學(xué)石及其制備方法"(CN200510019268.0) 采用埋碳方法合成錳鋁尖晶石，但是該工藝勞動強度大，氣氛難以控制，且對 環(huán)境污染較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種工藝簡單、成本適中、合成溫度低、環(huán)境友好的 合成錳鋁尖晶石的方法，所合成的錳鋁尖晶石純度高且燒結(jié)更致密。
為完成上述任務(wù)，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是將含鋁化合物與含錳化合 物按Al離子與Mn離子的摩爾比為2: 1進行混合，外加上述混合物1 10wt X的Ti02和1 6wtX的結(jié)合劑，混合5 180分鐘，成型，在卯 120。C條件下 干燥20 30小時，在氮氣氣氛下以0.5 10。C/分的升溫速率升溫到1100 1700 °C，保溫5 600分鐘，自然冷卻。
上述技術(shù)方案中含鋁化合物為八1203、 Al(OH)3、 A1203.H20、鋁礬土中一 種或一種以上的化合物，粒度小于180目；含錳化合物為MnO、 Mn02、 Mn203、 Mn304中一種或一種以上的化合物，粒度小于180目；Ti02細(xì)粉的粒度小于180 目；結(jié)合劑為淀粉、粘土、樹脂、硅溶膠、鋁溶膠、聚乙烯醇、甘油、甲基纖 維素中的一種或一種以上的混合物；成型為機壓或等靜壓，成型壓力為25 400Mpa。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有工藝簡單、反應(yīng)溫度低、原料價格便 宜、成本適中、不造成環(huán)境污染的特點。由于氮氣中氧分壓較低，錳元素將以 Mr^+形式存在，在燒成溫度下所有鋁和錳都轉(zhuǎn)化為MnAl204;且由于引入Ti02， Ti"很容易進入MnAl204晶格內(nèi)產(chǎn)生氧離子空位濃度和錳離子空位濃度，促進了 燒結(jié)，燒后顯氣孔率《2%，故合成的錳鋁尖晶石純度高且燒結(jié)更致密。
具體實施方式
實施例l:
一種合成錳鋁尖晶石的方法將396克粒度小于180目的Al(OH)3和 A1203.H20的含鋁混合物、229克粒度小于180目的]^203和MnO的含錳混合 物按Al離子和Mn離子的摩爾比為2: l進行混合，外加上述總混合物2 4wt %甲基纖維素和20克的粒度小于180目的Ti02細(xì)粉。其中Al(OH)3在含鋁混 合物中含量為35 45wt% ， Mn203在含錳混合物中含量為65 70wt% 。
將上述混合物混合5 180分鐘，在40 200Mpa壓力下機壓成型，在烘箱 中于110。C干燥24小時。然后在氮氣氣氛下以1 10。C/分的升溫速率升溫至 1300 1500。C，保溫30 240分鐘，自然冷卻后取出。
本實施例1所合成的錳鋁尖晶石，經(jīng)X射線衍射檢測，其物相為MnAl204， 體積密度為3.90cm3，顯氣孔率為1%。 實施例2:
一種合成錳鋁尖晶石的方法將378克粒度為325目的剛玉細(xì)粉、Al(OH)3 和A1203.H20的含鋁混合物、229克粒度小于180目的Mn203和MnO的含錳混 合物按Al離子和Mn離子的摩爾比為2: 1進行混合，外加上述總混合物3 5wt %的甘油和15克的粒度小于180目的Ti02細(xì)粉。其中剛玉細(xì)粉在含鋁混合物 中含量為37 45wt^、 Al(OH)3在含鋁混合物中含量為25 30wt^、 A1203.H20
含混化合物中含量為26 35wt% ， Mn203在含錳混合物中含量為65 70wt% 。 先將上述混合物混合30 120分鐘，在200 400Mpa壓力下等靜壓成型，
在烘箱中于110°C干燥24小時，然后在氮氣氣氛下以1 5。C/分的升溫速率升
溫至1400 1600°C，保溫30 120分鐘，自然冷卻后取出。
本實施例2所合成的錳鋁尖晶石，經(jīng)X射線衍射檢測，其物相為MnAl204，
體積密度為3.92cm3，顯氣孔率為2%。
實施例3:
一種合成錳鋁尖晶石的方法將855克粒度小于180目的剛玉細(xì)粉、 Al(OH)3、八1203.^0和氧化鋁含量為80wt^的特級礬土的含鋁混合物，466克 325目的碗203、 Mn02、 MnO和Mn304的含錳混合物按Al離子和Mn離子的 摩爾比為2: l進行混合，外加上述總混合物3 5wt^的鋁溶膠和120克的粒度 小于180目的Ti02細(xì)粉。其中剛玉在含鋁混合物中含量為22 26wt%、 Al(OH)3 在含鋁混合物中含量為15 20wt%、 A1203.H20在含鋁混合物中含量為25 30wt%，特級礬土在含鋁混合物中含量為25 35wtX， ]^203在含錳混合物中 含量為30 40wt%， Mii304在含錳混合物中含量為45 55wt^， MnO在含錳混 合物中含量為5 10wt%， Mn02在含錳混合物中含量為8 10%。
將上述混合物混合120 180分鐘，在100 200Mpa壓力下機壓成型，于烘 箱中在110°C干燥24小時，然后在氮氣氣氛下以5 8。C/分的升溫速率升溫至 1500 1700°C,保溫60 120分鐘，自然冷卻后取出。
本實施例3所合成的錳鋁尖晶石，經(jīng)X射線衍射測，其物相為MnAl204， 體積密度為4.02cm3，顯氣孔率為1%。
本具體實施方式
具有工藝簡單、反應(yīng)溫度低、原料價格便宜、成本適中、 不造成環(huán)境污染的特點。由于氮氣中氧分壓較低，錳元素將以Mn"形式存在， 在燒成溫度下所有鋁和錳都轉(zhuǎn)化為MnAl204;且由于引入Ti02， Ti"很容易進入 MnAl204晶格內(nèi)產(chǎn)生氧離子空位濃度和錳離子空位濃度，促進了燒結(jié)，燒后顯氣 孔率《2%，故合成的錳鋁尖晶石純度高且燒結(jié)更致密。
權(quán)利要求
1、一種合成錳鋁尖晶石的方法，其特征在于將含鋁化合物和含錳化合物按Al離子與Mn離子的摩爾比為2∶1進行混合，外加上述混合物1～10wt％的TiO2和1～6wt％的結(jié)合劑，混合5～180分鐘，成型，在90～120℃條件下干燥20～30小時，在氮氣氣氛下以0.5～10℃/分的升溫速率升溫到1100～1700℃，保溫5～600分鐘，自然冷卻。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的錳鋁尖晶石的合成方法，其特征在于所述的含鋁 化合物為八1203、 Al(OH)3、 A1203.H20、鋁礬土中一種或一種以上的化合物，粒 度小于180目。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的錳鋁尖晶石的合成方法，其特征在于所述的含錳 化合物為MnO、 Mn02、 Mn203、 Mn304中一種或一種以上的化合物，粒度小于 180目。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的錳鋁尖晶石的合成方法，其特征在于所述的Ti02 細(xì)粉的粒度小于180目。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的錳鋁尖晶石的合成方法，其特征在于所述的結(jié)合 劑為淀粉、粘土、樹脂、硅溶膠、鋁哮膠、聚乙烯醇、甘油、甲基纖維素中的 一種或一種以上的混合物。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的錳鋁尖晶石的合成方法，其特征在于所述的成型 為機壓或等靜壓，成型壓力為25 400Mpa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種合成錳鋁尖晶石的方法。其技術(shù)方案是將含鋁化合物與含錳化合物按Al離子與Mn離子的摩爾比為2∶1進行混合，外加上述混合物1～10wt％的TiO₂和1～6wt％的結(jié)合劑，混合5～180分鐘，成型，在90～120℃條件下干燥20～30小時，在氮氣氣氛下以0.5～10℃/分的升溫速率升溫到1100～1700℃，保溫5～600分鐘，自然冷卻。本發(fā)明具有工藝簡單、反應(yīng)溫度低、原料價格便宜、成本適中、不造成環(huán)境污染的特點。由于氮氣中氧分壓較低，錳元素將以Mn²⁺形式存在，在燒成溫度下所有鋁和錳都轉(zhuǎn)化為MnAl₂O₄；且由于引入TiO₂，Ti⁴⁺很容易進入MnAl₂O₄晶格內(nèi)產(chǎn)生氧離子空位濃度和錳離子空位濃度，促進了燒結(jié)，燒后顯氣孔率≤2％。
文檔編號C01F7/02GK101182016SQ20071005379
公開日2008年5月21日 申請日期2007年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月8日
發(fā)明者濤 向, 李亞偉, 李淑靜, 李遠(yuǎn)兵, 雷 趙, 金勝利 申請人:武漢科技大學(xué)