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    活性氧化鋁在耐火材料作用
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    活性氧化鋁在耐火材料作用

    發布時間:2020/9/27 11:12:14


    活性氧化鋁,又名活性礬土,英文名稱為Activated alumina。在催化劑中使用氧化鋁的通常專稱為“活性氧化鋁”,它是一種多孔性、高分散度的固體材料,有很大的表面積。

    氧化鋁,俗稱礬土,化學式為Al2O3。白色粉末,密度3.9~4.0g/cm3,熔點2050℃,沸點2980℃。其不溶于水,能緩慢溶于濃硫酸。其可用于煉制金屬鋁,也是制坩堝、瓷器、耐火材料和人造寶石的原料。

    活性氧化鋁一般由氫氧化鋁加熱脫水制得。氫氧化鋁也稱水合氧化鋁,其化學組成為Al2O3·nH2O,通常按所含結晶水數目不同,可分為三水氧化鋁和一水氧化鋁。氫氧化鋁加熱脫水后,可以得到γ-Al2O3。即通常所講的活性氧化鋁。

    對α-Al2O3集合體的充分細磨可破壞其聚集狀態而使其成為無孔隙的原晶,這時顆粒尺寸意味著接近其晶粒尺寸。活性氧化鋁就是經過充分細磨,以原晶尺寸小于1μm的α-Al2O3為基本組成(20%到>90%)的煅燒氧化鋁。在生產活性氧化鋁時,通常需要強力研磨如在陶瓷內襯的球磨機中以陶瓷球作研磨介質干法研磨24小時以上。之所以稱其為活性氧化鋁通常是指它們燒結時容易達到最高的燒結密度,但燒結溫度卻比低活性的α-Al2O3粉體低100-200℃;同時也意味有在合成耐火原料時或于耐火材料基質中易于與其它組分發生反應和燒結,如與基質中的粘土形成莫來石結合,與鋁酸鈣水泥反應形成CA6、與MgO反應生成尖晶石等。

    由燒結理論可知,晶粒尺極大地影響開始階段的燒結速率即晶粒之間頸部的形成與成長。若晶粒尺寸減小為原尺寸的1/10 
    (例如從5μm減小為0.5μm),燒結將容易進行1000 倍到10000倍.這就說明了活性氧化鋁具有高的熱活性之原因。
    研磨過程要消耗大量的能量,所以粉越細,其價格也越高。硅微粉〔碳化硅或金屬硅生產過程中產生的霧狀SiO2)的出現為開發低水分、低水泥和超低水泥澆注料做出了極大貢獻,但這種活性SiO2也限制了澆注料的使用溫度。如果沒有活性氧化鋁的開發成功,現代耐火澆注料行業也不可能發展如此迅速,使用溫度也不會超過1600℃。
    一般而言,根據顆粒尺寸分布(Particle size distribution簡寫為PSD)形態可將粉體分為兩類:一類具有單峰PSD,即在粒度分布曲線上只有圍繞某一個特殊粒度(接近但不一定是的D50)的峰值:另一類則是具有多峰的PSD,即PSD曲線上有兩個或兩個以上的分布峰(如圖4-12所示)。無論是單峰還是雙峰,通常PSD范圍越廣,粉料堆積密度或坯體密度也就越大.單峰及窄范圍的PSD粉料,其堆積密度最低。

    活性氧化鋁當然也有以上兩種類型。單峰活性氧化鋁的特點是含<1μm的粒子(≈原晶尺寸)百分數較高(>80%),因而具有較高的活性,它們顆粒尺寸(≈晶粒尺寸)的平均值在0.3-0.5μm附近。這種活性氧化鋁坯體密度較低,通常只有α-Al2O3理論密度(3.98g/cm3)的54%-55%,但其1500-1600℃燒后密度卻可以達到理論密度的98%,甚至更高。借助諸如聚磷酸鈉之類的分散劑,單峰活性氧化鋁在水中很容易完全分散。多蜂活性氧化鋁中小于1μm的活性粒子的含量變化較大。通常在20%-7O%之間。活性粒子的數量與較大粒子(>1μm)的數量比例決定其空隙填充能力和活性。對多峰活性氧化鋁而言,中位徑D50只能表示其細度,而不是表征其特性的參數。多峰活性氧化鋁的生坯密度通常可以達到理論值的62%-68%顯然高于單峰活性氧化鋁。多峰活性氧化鋁所能達到的燒結密度取決于其活性。采用較高活性的多峰氧化鋁進行壓制和燒成時,盡管其燒結溫度比完全致密化單峰活性氧化鋁高100-150℃,但其燒后密度也只有理論值的94%-96%,由于細微顆粒容易從較大顆粒上脫離,因此多峰活性氧化鋁在水中易分散。

    多峰活性氧化鋁大范圍的PSD使得α-Al2O3微粉能夠填充到耐火磚和澆注料的骨料間隙和大顆粒粉體粒子之間所殘留的空隙中。因而用于澆注料時,要達到同樣的流動性但水的加入量卻可以減少4%-5%。 
    在澆注料的基質中,多峰活性氧化鋁在大顆粒之間起潤滑劑的作用,可最大程度地減少澆注料的松散現象,即使在受到強力混合或泵送時,粗顆粒之間也可保持相互分離。
    總之,高性能的活性氧化鋁在不定形耐火材料配料中能帶來以下好處:提高坯體密度、流動性、強度,提高—次莫來石生成量等,降低加水量和氣孔率。

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