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                    低溫燒成莫來石結合剛玉磚

                    添加時間:2018年3月29日  瀏覽次數:

                          利用自制復合膠結劑和顆粒澆注工藝制得了在1500℃下燒成的莫來石結合剛玉磚制品、這種制品冷態強度優于高溫燒成的制品,其他性能與高溫燒成制品相當。具有工業推廣價值。

                          莫來石結合的剛玉制品已在高溫窯爐中廣泛應用,目前,其生產辦法一般采用在基質部分加入高純粘土以形成莫來石結合相。這種方法不僅對粘土質量要求很高,而且仍然需要1700℃以上的高溫才能較好的燒結,國內外都層報道以磷酸鹽做結合劑,但是,磷酸鹽復雜的高溫相變化及高溫下的分解使其性能受到了影響。各種加入劑往往又形成液相而限制了其高溫使用性能。最理想的方法是使結合相為牢固結合的純莫來石相。在這方面,國外一些學者采用含硅粘結劑作了一些工作,一般采用硅溶液或硅酸乙酯、這些結合劑價格昂貴,限制了其廣泛應用,而且性能也不易調節。為此,我們采用自己配制的復合膠結劑作為結合劑制作了能在1500℃下燒結良好的莫來石結合剛玉制品,其性能優良,自制復合膠結劑成本僅為白剛玉的十分之一,具有工業推廣價值。

                          我們自己配制的復合膠結劑中,SiO2和Al2O3的比例符合于形成莫來石的組成比,并加有少量促進莫來石生成的加入物。復合膠結劑分為A、B兩種、其中B膠的常溫凝固性能較好,可以使制品的坯體具有較高的強度。

                          試驗所用的顆粒為電熔白剛玉,細粉部分為α-Al2O3,它們的化學組成列于表1、電熔白剛玉破碎成<5mm和<1.43mm兩種顆粒、α-Al2O3磨成<0.088mm的細粉 按表二的配比制作了三種試樣。

                    表一  原料化學組成

                    表二 試樣的配比

                    表三 試樣性能與國外同類產品的比較

                          試樣配好經混合后,用顆粒澆注法制成25×25×140(mm)的試樣和36×50(mm)的試樣。干燥(110℃×12h)后在1500℃×3h下燒成、對三種試樣的性能進行了測定并與英國和蘇聯的同類產品性能做比較,結果列于表三。

                          由表三可見:三種試樣的性能與所列的國外同類產品接近,而冷態抗折和耐壓強度則顯然高得多。同時,復合膠結劑的加入量和臨界粒度的變化對強度的影響也不大,采用B膠比用A膠的試樣重燒線變化大一些,但仍在允許范圍之內,但是這些試樣的燒成溫度下降了約200℃,這就使我們有可能在普通高鋁磚的窯爐中燒結莫來石結合剛玉磚,可以大大降低能源和生產成本,具有良好的工業應用前景。

                          為了探討復合結合劑在莫來石結合剛玉磚中所起的作用,我們對1#試樣1500℃×3h燒后和1000℃×3h燒后的樣塊作了電鏡分析,其圖像如圖1和圖2所示;

                    圖1 生坯在1500℃×3h燒后的電鏡圖像

                     

                    圖2 生坯在1000℃×3h燒后的電鏡圖像

                          由圖1可見,剛玉顆粒之間由發育良好、緊密結合的莫來石相結合在一起。這就較好的解釋了其低溫燒后具有高的冷態強度是由于生成莫來石的反應燒結所致,而且由于復合膠結劑中Al2O3和SiO2處于高活性狀態,又有促進劑加入物的影響,其形成莫來石溫度應該是較低的。

                          為了探索莫來石在復合膠結劑中形成的溫度,我們作了如下試驗,對1#試樣的生坯分別以800℃×3h,1000℃×3h和1350℃×3h燒后測其冷態強度,結果如下:

                          由上述數據中冷態強度的突變可以認為:莫來石約在1000℃時形成,這也可以用熱力學計算加以證明,例如γ-Al2O3與無定形SiO2之間形成莫來石的△G900k已為-38.2千焦。而α-Al2O3與無定形SiO2之間形成莫來石的△G1100k則為-0.26千焦。也就是說,α和γ-Al2O3只要充分活化后滿足動力學條件,則分別可以在827℃和327℃就能形成莫來石了。但是由圖2的1000℃×3h燒后的試樣中并不能觀察到晶態莫來石的存在,對此,我們認為:在如此低的溫度下,雖然莫來石可以形成,但由于擴散量很小,所以形成的初生態或非化學計算莫來石并不能長大成為足以觀察到的莫來石晶體,但卻已發揮了其較大的結合強度,為了進一步證實我們這一推測,我們對A、B兩種復合膠結劑分別作了差熱分析、其差熱曲線如圖3所示;

                    圖3 A、B兩種復合膠結劑的差熱分析曲線

                          由圖3可以看到;B膠的常溫凝固性能是由于形成了三水鋁石(331℃峰)和勃姆石溶膠(523℃峰)之故,同時,A、B膠的差熱曲線分別由743℃和704℃開始下降、我們認為:這就是非化學計量莫來石形成的開始溫度。而兩種膠開始形成莫來石溫度的差別可以認為是由于A膠中的Al2O3以α-Al2O3狀態存在,而B膠中則由三水鋁石和勃姆石溶膠分解后以γ-Al2O3形態存在所致。

                          結論

                          自己配制的復合膠結劑可以使傳統上需要1700℃燒成的莫來石結合剛玉磚制品的燒成溫度降到1500℃制品的性能與高溫燒成制品相近,還具有特別高的冷態抗折和耐壓強度。

                          自制復合膠結劑價格低廉,僅相當于白剛玉原料價格的十分之一,由于降低燒結溫度,不僅可以節能和降低成本,而且可以使這類制品在普通燒高鋁磚的窯中燒成,具有工業推廣價值。

                          復合膠結劑的結合機理;我們通過初步研究認為是由于較低的溫度下形成非化學計量莫來石所致。

                    關鍵詞:莫來石磚   剛玉磚      
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