[发明专利]矾土基活性α－Al2O3微粉及生产工艺

说明书

本发明涉及一种α-Al₂O₃微粉及制造工艺。

α-Al₂O₃具有耐火度高、高温体积稳定性好、耐磨性强、对酸性和碱性炉料的化学侵蚀都有较强的抵抗力等的优点，是一种主要的耐火原料。微粉的使用增强了材料的密集堆积程度和烧结性，从而可以显著提高耐火材料的物理性能和抵抗化学侵蚀能力。

然而，Al₂O₃的生产工艺十分复杂。以我国常用的烧结法为例：矾土须经和碳酸钠、石灰石配合、磨细后烧结成熟料，再经溶出、分离、结晶、洗涤、煅烧等步骤制成氧化铝。氧化铝还需通过添加结晶促进剂经特殊的煅烧制成活性α-Al₂O₃，最后经超细磨制得α-Al₂O₃微粉。这样，α-Al₂O₃微粉的价格就十分昂贵。

高铝质耐火材料的主要物相为刚玉(α-Al₂O₃)、莫来石、钛酸铝固溶体和玻璃相。添加2-10％的α-Al₂O₃微粉对提高材料纯度的有限，但显著增加了成本。从而添加α-Al₂O₃所获的有益效果在很多情况下被抵销，产品的性能/价格比值和竞争力提高不多。

虽然，一些工厂利用矾土熟料生产的325目(45μm)的细粉，用于制造高铝质耐火材料。但这有三个问题：1)矾土熟料未经过精心选择，产品常常不能满足优质矾土的要求；2)矾土熟料经1600℃左右的高温烧成，α-Al₂O₃已发育成数十个微米大小的晶粒，材料既无活性，磨细时电耗又高；3)产品的细度不够，不能有效地发挥其有益作用。

本发明的目的在于直接利用矾土生料，经过低温烧结和超细粉磨工艺制得活性α-Al₂O₃微粉，从而生产出一种质优价廉的新型耐火原料。所述活性指得是：1)微粉可以在一定程度上参与水化，提高不定形耐火材料的脱模强度和110℃烘干强度；2)微粉具有良好的烧结性，可以提高不定形材料经800-1100℃热处理后的强度，以解决传统浇注料经中温强度热处理后强度降低的问题；3)微粉能与耐火材料中的过渡性低熔物快速反应，以提高耐火材料的高温性能。

附图为本发明所述的微粉之X光衍射图，其中A为α-Al₂O₃，T为金红石，α-SiO₂为α石英。

精心选择矾土是制得优质微粉的先决条件。矾土和氧化铝的质量差异在于前者含有少量杂质。选择了优质矾土就减少了产品与高纯α-Al₂O₃的差别，在更多的情况下，低价格材料就可以表现出其优越性。发育不完善的晶粒含有的缺陷多；小晶粒疏松聚集体的易磨性比大晶粒致密烧结体好的多。根据矾土生料的煅烧特性，制定合适烧成制度就可以控制α-Al₂O₃晶粒的尺寸，获得高活性和易磨的原料。最后，原料必须经超细粉磨制成微粉，以起到提高材料成型性能、致密度、室温强度、高温物理性能和抗侵蚀性的作用。

因此，本发明意图避免先对矾土提纯，然后将花费很大代价获得的α-Al₂O₃掺入低纯度高铝质材料的不合理过程，以及先过度烧结使材料丧失活性和易磨性再进行磨细的不合理过程，意图直接利用矾土和合理工艺烧制和粉磨制成α-Al₂O₃微粉。

本发明的制作工艺如下：

1)本发明所述微粉的灼烧基成分应满足下述要求：

项目        理想要求    最低要求

Al₂O₃     ≥90.0％    ≥88.0％

TiO₂       ≤4.0％     ≤5.0％

Fe₂O₃     ≤2.0％     ≤3.0％

CaO+MgO     ≤0.4％     ≤0.6％

K₂O+Na₂O  ≤0.4％     ≤0.6％

SiO₂       ≥3.2％     ≥2.8％