本發(fā)明屬于材料科學(xué)
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種鎂鋁尖晶石的制備方法，具體涉及一種可控氧化鋁含量的鎂鋁尖晶石的制備方法。
背景技術(shù)：
：鎂鋁尖晶石化學(xué)式為MgO·Al2O3，其多晶透明陶瓷具有硬度高，強(qiáng)度高，透光率高和化學(xué)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，且工件尺寸易控制，是一種應(yīng)用前景廣闊的特種陶瓷，廣泛用于電子器件的絕緣骨架，合金、金屬制品的絕緣保護(hù)膜，遠(yuǎn)紅外波段窗口材料，耐火材料及精細(xì)陶瓷器皿，同時(shí)是優(yōu)秀的短波長(zhǎng)(藍(lán)綠紫波段)激光晶質(zhì)晶體材料，在新材料的探索與開(kāi)發(fā)中，鎂鋁尖晶石獲得了人們的廣泛關(guān)注。非化學(xué)計(jì)量比鎂鋁尖晶石MgO·nAl2O3，n可以取1～4內(nèi)整數(shù)及小數(shù)，其抗熱震、燒結(jié)性、力學(xué)強(qiáng)度比鎂鋁尖晶石均優(yōu)異，且在n值為1～1.5間時(shí)，中波紅外段透過(guò)率與鎂鋁尖晶石接近，而抗彎強(qiáng)度有大幅度提升，適合作為透光性好，力學(xué)強(qiáng)度要求高的窗口材料。目前，鎂鋁尖晶石及非化學(xué)計(jì)量比鎂鋁尖晶石的合成方法主要包括固相法，液相沉淀法。固相法，如專(zhuān)利申請(qǐng)CN101671046A，是將氧化鋁和氧化鎂粉體機(jī)械混合均勻等預(yù)處理，再于高溫下煅燒，發(fā)生相變反應(yīng)，獲得鎂鋁尖晶石，該方法屬于傳統(tǒng)方法，工藝簡(jiǎn)單，然而氧化鋁和氧化鎂粉體機(jī)械混合不能達(dá)到分子尺度的均一性，球磨同時(shí)引入新的雜質(zhì)，因而所得產(chǎn)品均一性差，晶體存在缺陷，透光性差，無(wú)法滿(mǎn)足高端材料的要求。專(zhuān)利申請(qǐng)CN1844492A將高純度氧化鎂和氧化鋁按一定比例混合，燒結(jié)獲得MgO·nAl2O3，該方法和傳統(tǒng)燒結(jié)法沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，難以獲得高分散尖晶石。液相法，是以鎂鹽和鋁鹽的混合溶液與氨水、碳酸氫銨或尿素在一定條件下反應(yīng)，獲得氫氧化鎂和氫氧化鋁的混合物，再固液分離，洗滌干燥，高溫煅燒，發(fā)生相變反應(yīng)，獲得鎂鋁尖晶石，該方法需要嚴(yán)格控制pH，操作條件繁瑣。如專(zhuān)利申請(qǐng)CN102838146A，先配制含有聚乙二醇的MgSO4與Al2(SO4)3混合溶液以及pH為12.5～13.2的稀氨水溶液，再將前者加入至稀氨水中，并保持pH為8.2～8.7，反應(yīng)結(jié)束后再煅燒獲得鎂鋁尖晶石，該方法操作條件復(fù)雜，pH難以精確控制，且不可避免地消耗大量氨水產(chǎn)生大量廢液。另外，還有其他方法，如凝膠固相法，高溫?zé)峤夥ǖ?。凝膠固相法是將鎂鋁鹽于有機(jī)溶劑中分散，再高溫煅燒獲得產(chǎn)物，工藝需要加入交聯(lián)劑、分散劑、引發(fā)劑等，操作復(fù)雜，且成本高。高溫?zé)峤夥ㄊ菍㈡V鋁混合溶液的硝酸鹽或硫酸鹽于高溫下熱分解獲得產(chǎn)物，裝置復(fù)雜，成本高，且硝酸鹽硫酸鹽分解產(chǎn)生的氮氧化物或硫氧化物污染環(huán)境。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種工藝簡(jiǎn)單、流程短、成本低，無(wú)污染、產(chǎn)品品質(zhì)好的可控氧化鋁含量的鎂鋁尖晶石的制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種可控氧化鋁含量的鎂鋁尖晶石的制備方法，包括如下步驟：分別配制可溶性偏鋁酸鹽溶液和可溶性鎂鹽溶液，在可溶性鎂鹽溶液中加入其它離子，然后將可溶性偏鋁酸鹽溶液和可溶性鎂鹽溶液混合，攪拌反應(yīng)、過(guò)濾，得到濾餅，洗滌、烘干，煅燒濾餅，冷卻，即得鎂鋁尖晶石粉體；所述其它離子為NH4+、HCO3-或Al3+中的一種或多種，所述可溶性偏鋁酸鹽溶液濃度為0.1～5.0mol/L，可溶性鎂鹽溶液濃度為0.1～5.0mol/L，可溶性偏鋁酸鹽溶液和可溶性鎂鹽溶液混合后的溶液中偏鋁酸根、鎂離子及其它離子的摩爾比為1～7:1:0～2。所述可溶性偏鋁酸鹽為偏鋁酸鈉或者偏鋁酸鉀，所述可溶性鎂鹽選自硝酸鎂、氯化鎂、硫酸鎂、甲酸鎂或者乙酸鎂中的一種。所述可溶性偏鋁酸鹽溶液和可溶性鎂鹽溶液混合后的溶液中偏鋁酸根、鎂離子及其它離子的摩爾比為1～7:1:0.01～2。所述NH4+來(lái)源于硝酸銨、氯化銨、硫酸銨或者碳酸氫銨，所述HCO3-來(lái)源于碳酸氫鈉、碳酸氫鉀或者碳酸氫銨，所述Al3+來(lái)源于氯化鋁、硝酸鋁或者硫酸鋁。在所述的可溶性偏鋁酸鹽溶液中加入可溶性氟鹽，所述氟鹽為氟化鉀或氟化鈉，氟鹽與偏鋁酸鹽的摩爾比為0～0.03:1。作為優(yōu)選地，所述氟鹽與偏鋁酸鹽的摩爾比為0.005～0.03:1。在上述技術(shù)方案中，攪拌反應(yīng)的攪拌速率為30～1200rpm，反應(yīng)溫度為0℃～95℃，時(shí)間為10min～60min。在上述技術(shù)方案中，煅燒濾餅的溫度為900～1400℃，煅燒時(shí)間為1～4h。本發(fā)明涉及反應(yīng)式如下：可溶性偏鋁酸鹽與鎂鹽溶液會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：鎂鹽溶液中NH4+，HCO3-，Al3+與可溶性偏鋁酸鹽發(fā)生如下反應(yīng)：Mg2+與添加的氟鹽發(fā)生如下反應(yīng)：Mg2++2F-＝MgF2↓通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)原料的添加量，即可調(diào)控前驅(qū)體鎂鋁比例。引入的少量氟鹽與鎂離子沉淀生成氟化鎂作為礦化劑能均勻分散在前驅(qū)體中，降低相變反應(yīng)溫度，縮短相變時(shí)間。高溫下前驅(qū)體分解并發(fā)生相變反應(yīng)為：Mg(OH)2·2Al(OH)3+2(n-1)Al(OH)3＝MgO·nAl2O3+(3n+1)H2O。本發(fā)明的有益效果是：該方法以偏鋁酸鹽和可溶性鎂鹽為原料反應(yīng)煅燒得到高品質(zhì)的鎂鋁尖晶石粉體。并且，在鎂鹽中加入銨鹽、鋁離子鹽或碳酸氫鹽，通過(guò)調(diào)節(jié)原料比例調(diào)節(jié)原料比例能制備出不同氧化鋁含量的鎂鋁尖晶石粉體，所得晶體缺陷少，均一性好，且工藝具有流程短、成本低、無(wú)污染的特點(diǎn)，有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；解決了現(xiàn)有工藝所得鎂鋁尖晶石純度較低，工藝復(fù)雜，成本高及存在污染的問(wèn)題。引入的少量氟鹽與鎂離子沉淀生成氟化鎂作為礦化劑能均勻分散在前驅(qū)體中，降低相變反應(yīng)溫度，縮短相變時(shí)間。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明方法的工藝流程圖。圖2是所得不同氧化鋁含量鎂鋁尖晶石粉末XRD圖譜，其中n＝1.5，1.8，2.0，4.0。圖3是所得不同氧化鋁含量鎂鋁尖晶石粉末XRD圖譜，其中n＝1.0，1.01，1.1，1.3。圖4是添加氟離子后不同煅燒時(shí)間所得產(chǎn)品的XRD圖譜，其中A為實(shí)施例1的產(chǎn)品，B為實(shí)施例9的產(chǎn)品。圖5是添加氟離子后不同煅燒時(shí)間所得產(chǎn)品的XRD圖譜，其中C為實(shí)施例5的產(chǎn)品，D為實(shí)施例10的產(chǎn)品。圖6是添加氟離子后不同煅燒時(shí)間所得產(chǎn)品的XRD圖譜，其中E為實(shí)施例7的產(chǎn)品，F(xiàn)為實(shí)施例11的產(chǎn)品。圖7是添加氟離子后不同煅燒時(shí)間所得產(chǎn)品的XRD圖譜，其中G為實(shí)施例8的產(chǎn)品，H為實(shí)施例12的產(chǎn)品。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。實(shí)施例1取偏鋁酸鈉409.9g(5.0mol)，溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；另取無(wú)水氯化鎂476.6g(5.0mol)，配置成1L溶液；將偏鋁酸鈉溶液和氯化鎂溶液混合，以150rpm轉(zhuǎn)速持續(xù)攪拌，反應(yīng)溫度控制在95℃，反應(yīng)10min后，抽濾溶液，并以蒸餾水洗滌沉淀3次，將濾餅置于烘箱中烘干，再置于900℃煅燒4h，自然冷卻，即獲得白色鎂鋁尖晶石粉末，對(duì)粉末分別以XRD檢測(cè)成分，以XRF檢測(cè)其中元素含量。反應(yīng)的工藝流程圖如圖1所示。實(shí)施例2取偏鋁酸鉀24.5g(0.25mol)，溶解于蒸餾水中，配置成2.5L溶液；另取二水甲酸鎂15.0g(0.1mol)，碳酸氫銨0.079g(0.001mol)，溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；將偏鋁酸鉀溶液與甲酸鎂和碳酸氫銨的混合溶液混合，以30rpm轉(zhuǎn)速持續(xù)攪拌，反應(yīng)溫度控制在0℃，反應(yīng)60min后，抽濾溶液，并以蒸餾水洗滌沉淀3次，將濾餅置于烘箱中烘干，再置于900℃煅燒4h，自然冷卻，即獲得白色鎂鋁尖晶石粉末，對(duì)粉末分別以XRD檢測(cè)成分，以XRF檢測(cè)其中元素含量。實(shí)施例3取偏鋁酸鉀245.0g(2.5mol)，溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；另取七水硫酸鎂246.5g(1.0mol)，十八水硫酸鋁16.65g(0.025mol)碳酸氫銨7.906g(0.10mol)，溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；將偏鋁酸鉀溶液與硫酸鎂和硫酸鋁的混合溶液混合，以300rpm轉(zhuǎn)速持續(xù)攪拌，反應(yīng)溫度控制在20℃，反應(yīng)60min后，抽濾溶液，并以蒸餾水洗滌沉淀3次，將濾餅置于烘箱中烘干，再置于1000℃煅燒3h，自然冷卻，即獲得白色鎂鋁尖晶石粉末，對(duì)粉末分別以XRD檢測(cè)成分，以XRF檢測(cè)其中元素含量。實(shí)施例4取偏鋁酸鈉123.0g(1.5mol)，溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；另取六水硝酸鎂128.2g(0.50mol)，硝酸銨24.0g(0.30mol)溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；將偏鋁酸鈉溶液與硝酸鎂和硝酸銨的混合溶液混合，以300rpm轉(zhuǎn)速持續(xù)攪拌，反應(yīng)溫度控制在70℃，反應(yīng)30min后，抽濾溶液，并以蒸餾水洗滌沉淀3次，將濾餅置于烘箱中烘干，再置于1050℃煅燒3h，自然冷卻，即獲得白色鎂鋁尖晶石粉末，對(duì)粉末分別以XRD檢測(cè)成分，以XRF檢測(cè)其中元素含量。實(shí)施例5取偏鋁酸鈉123.0g(1.5mol)，溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；另取六水氯化鎂101.7g(0.50mol)，硫酸銨26.43g(0.20mol)，碳酸氫鈉8.4g(0.10mol)，溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；將偏鋁酸鈉溶液與硫酸鎂和硫酸銨及碳酸氫鈉的混合溶液混合，以300rpm轉(zhuǎn)速持續(xù)攪拌，反應(yīng)溫度控制在70℃，反應(yīng)30min后，抽濾溶液，并以蒸餾水洗滌沉淀3次，將濾餅置于烘箱中烘干，再置于1200℃煅燒2h，自然冷卻，即獲得白色鎂鋁尖晶石粉末，對(duì)粉末分別以XRD檢測(cè)成分，以XRF檢測(cè)其中元素含量。實(shí)施例6取偏鋁酸鈉163.9g(2.0mol)，溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；另取二水醋酸鎂107.23g(0.50mol)，六水氯化鋁48.3g(0.20mol)，溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；將偏鋁酸鈉溶液與醋酸鎂和氯化鋁混合溶液混合，以300rpm轉(zhuǎn)速持續(xù)攪拌，反應(yīng)溫度控制在30℃，反應(yīng)60min后，抽濾溶液，并以蒸餾水洗滌沉淀3次，將濾餅置于烘箱中烘干，再置于1200℃煅燒2h，自然冷卻，即獲得白色鎂鋁尖晶石粉末，對(duì)粉末分別以XRD檢測(cè)成分，以XRF檢測(cè)其中元素含量。實(shí)施例7取偏鋁酸鉀196.0g(2.0mol)，溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；另取六水氯化鎂81.32g(0.40mol)，氯化銨42.8g(0.80mol)溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；將偏鋁酸鉀溶液與氯化鎂和氯化銨的混合溶液混合，以700rpm轉(zhuǎn)速持續(xù)攪拌，反應(yīng)溫度控制在30℃，反應(yīng)60min后，抽濾溶液，并以蒸餾水洗滌沉淀3次，將濾餅置于烘箱中烘干，再置于1300℃煅燒2h，自然冷卻，即獲得白色鎂鋁尖晶石粉末，對(duì)粉末分別以XRD檢測(cè)成分，以XRF檢測(cè)其中元素含量。實(shí)施例8取偏鋁酸鈉286.9g(3.5mol)，溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；另取六水硝酸鎂128.2g(0.50mol)，九水硝酸鋁281.3g(0.75mol)溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；將偏鋁酸鈉溶液與硝酸鎂和硝酸鋁的混合溶液混合，以1200rpm轉(zhuǎn)速持續(xù)攪拌，反應(yīng)溫度控制在30℃，反應(yīng)60min后，抽濾溶液，并以蒸餾水洗滌沉淀3次，將濾餅置于烘箱中烘干，再置于1400℃煅燒2h，自然冷卻，即獲得白色鎂鋁尖晶石粉末，對(duì)粉末分別以XRD檢測(cè)成分，以XRF檢測(cè)其中元素含量。實(shí)施例9取偏鋁酸鈉409.9g(5.0mol)，氟化鈉1.05g(0.025mol)，溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；另取無(wú)水氯化鎂476.6g(5.0mol)，配置成1L溶液；將偏鋁酸鈉溶液和氟化鈉的混合溶液與氯化鎂溶液混合，以150rpm轉(zhuǎn)速持續(xù)攪拌，反應(yīng)溫度控制在95℃，反應(yīng)10min后，抽濾溶液，并以蒸餾水洗滌沉淀3次，將濾餅置于烘箱中烘干，再置于900℃煅燒2h，自然冷卻，即獲得白色鎂鋁尖晶石粉末，對(duì)粉末分別以XRD檢測(cè)成分，以XRF檢測(cè)其中元素含量。實(shí)施例10取偏鋁酸鈉123.0g(1.5mol)，氟化鈉0.630g(0.015mol)，溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；另取六水氯化鎂101.7g(0.50mol)，硫酸銨26.43g(0.20mol)，碳酸氫鈉8.4g(0.10mol)，溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；將偏鋁酸鈉和氟化鈉的混合溶液與氯化鎂和硫酸銨的混合溶液混合，以300rpm轉(zhuǎn)速持續(xù)攪拌，反應(yīng)溫度控制在70℃，反應(yīng)30min后，抽濾溶液，并以蒸餾水洗滌沉淀3次，將濾餅置于烘箱中烘干，再置于1200℃1h，自然冷卻，即獲得白色鎂鋁尖晶石粉末，對(duì)粉末分別以XRD檢測(cè)成分，以XRF檢測(cè)其中元素含量。實(shí)施例11取偏鋁酸鉀196.0g(2.0mol)，氟化鉀1.734g(0.030mol)，溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；另取六水氯化鎂81.32g(0.40mol)，氯化銨42.8g(0.80mol)溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；將偏鋁酸鉀溶液和氟化鉀的混合溶液與氯化鎂和氯化銨的混合溶液混合，以700rpm轉(zhuǎn)速持續(xù)攪拌，反應(yīng)溫度控制在30℃，反應(yīng)60min后，抽濾溶液，并以蒸餾水洗滌沉淀3次，將濾餅置于烘箱中烘干，再置于1200℃煅燒1h，自然冷卻，即獲得白色鎂鋁尖晶石粉末，對(duì)粉末分別以XRD檢測(cè)成分，以XRF檢測(cè)其中元素含量。實(shí)施例12取偏鋁酸鈉286.9g(3.5mol)，氟化鈉4.409g(0.105mol)，溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；另取六水硝酸鎂128.2g(0.50mol)，九水硝酸鋁281.3g(0.75mol)溶解于蒸餾水中，配置成1L溶液；將偏鋁酸鈉溶液和氟化鈉的混合溶液與硝酸鎂和硝酸鋁的混合溶液混合，以1200rpm轉(zhuǎn)速持續(xù)攪拌，反應(yīng)溫度控制在30℃，反應(yīng)60min后，抽濾溶液，并以蒸餾水洗滌沉淀3次，將濾餅置于烘箱中烘干，再置于1200℃煅燒1h，自然冷卻，即獲得白色鎂鋁尖晶石粉末，對(duì)粉末分別以XRD檢測(cè)成分，以XRF檢測(cè)其中元素含量。實(shí)施例1～12所得不同氧化鋁含量鎂鋁尖晶石的XRF成分分析結(jié)果如表1所示，由表1可得尖晶石粉末成分，結(jié)果表明所推算n值與XRD吻合，故該方法可以達(dá)到調(diào)控尖晶石中氧化鋁含量的目的。表1.實(shí)施例1～12中產(chǎn)品XRF元素檢測(cè)結(jié)果及分析實(shí)施例Al2O3(wt.％)MgO(wt.％)Na2OppmK2OppmAl/Mg摩爾比推測(cè)n值實(shí)施例171.6728.33512:11實(shí)施例271.8728.13262.02:11.01實(shí)施例373.5626.43252.2:11.1實(shí)施例476.6823.32522.6:11.3實(shí)施例579.1520.85423.0:11.5實(shí)施例682.0018.00523.6:11.8實(shí)施例783.5016.50144.0:12.0實(shí)施例891.018.99728.0:14.0實(shí)施例971.6728.33732:11實(shí)施例1079.1520.85523.0:11.5實(shí)施例1183.5016.50254.0:12.0實(shí)施例1291.018.99628.0:14.0對(duì)實(shí)施例1～12所得的產(chǎn)品進(jìn)行XRD檢測(cè)，結(jié)果：一、圖1、2為不同氧化鋁含量鎂鋁尖晶石產(chǎn)物XRD圖譜，如圖所示，產(chǎn)物MgO·nAl2O3中，當(dāng)n＝1，n＝1.01，n＝1.1，n＝1.3時(shí)標(biāo)準(zhǔn)PDF77-1193對(duì)比吻合十分好，即所得鎂鋁尖晶石純度高，結(jié)晶好，當(dāng)n＝1.5，n＝1.8，n＝2.0，出現(xiàn)部分PDF10-0173氧化鋁峰值，然而不明顯，n＝4時(shí)，才出現(xiàn)一定量氧化鋁峰值，圖譜整體波峰尖銳，未出現(xiàn)雜峰，對(duì)稱(chēng)性好，說(shuō)明氧化鋁已均勻融入尖晶石中，分散性良好。二、在反應(yīng)原料中加入氟離子后，高溫相變反應(yīng)溫度降低、時(shí)間縮短。如圖4所示，實(shí)施例9在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，通過(guò)加入氟鹽的摩爾量與偏鋁酸鹽摩爾量比為0.005:1的氟離子，在900℃下，高溫相變反應(yīng)生成MgO·Al2O3時(shí)間由4h縮短為2h。如圖5所示，實(shí)施例10在實(shí)施例5的基礎(chǔ)上，通過(guò)加入氟鹽的摩爾量與偏鋁酸鹽摩爾量比為0.01:1的氟離子，在1200℃下，高溫相變反應(yīng)生成MgO·1.5Al2O3時(shí)間由2h縮短為1h。如圖6所示，實(shí)施例11在實(shí)施例7的基礎(chǔ)上，通過(guò)加入氟鹽的摩爾量與偏鋁酸鹽摩爾量比為0.015:1的氟離子的氟離子，高溫相變反應(yīng)生成MgO·2Al2O3時(shí)間由2h縮短為1h，溫度由1300℃下降至1200℃。如圖7所示，實(shí)施例12在實(shí)施例8的基礎(chǔ)上，通過(guò)加入氟鹽的摩爾量與偏鋁酸鹽摩爾量比為0.03:1的氟離子，高溫相變反應(yīng)生成MgO·4.0Al2O3，時(shí)間由2h縮短為1h，溫度由1400℃下降為1200℃。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3