[发明专利]一种合成锰铝尖晶石的方法

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域。尤其涉及一种合成锰铝尖晶石的方法。

背景技术

传统的水泥窑烧成带用碱性材料镁铬砖具有优良的抗高温和抗侵蚀性能，然而在碱的作用下，稳定的三价铬转化为氧化能力很强的六价铬，对人体危害很大，使镁铬砖的应用受到限制，随着人们环保意识的增强，研制水泥窑用低铬或无铬的碱性砖势在必行。对于无铬碱性砖来说，若能在炉衬热面形成稳定的窑皮，便能显著提高炉衬的寿命。法国雷法集团(RHI或Refratechnik)研究发现将锰铝尖晶石引入到无铬碱性砖中，能够显著提高窑皮的附着性，该制品具有较高的耐火度，良好的抗碱、硫、氯和熟料等的侵蚀能力和热震稳定性[RHIBull，2003，1：25～28]。

锰铝尖晶石(MnO.Al₂O₃)在自然界很少，法国雷法集团采用电熔法合成锰铝尖晶石，但是该方法成本较高。美国专利(US4536237)报道采用铝热法可以合成锰铝尖晶石，但金属铝低温熔化，且反应放热快，容易产生爆炸，即使在原料中引入一定量的Al₂O₃可以控制反应进程，但其工艺复杂，对设备要求高，导致生产成本增加。“一种合成锰铝尖晶石及其制备方法”(CN200510019268.0)采用埋碳方法合成锰铝尖晶石，但是该工艺劳动强度大，气氛难以控制，且对环境污染较大。

发明内容

本发明的任务是提供一种工艺简单、成本适中、合成温度低、环境友好的合成锰铝尖晶石的方法，所合成的锰铝尖晶石纯度高且烧结更致密。

为完成上述任务，本发明所采用的技术方案是：将含铝化合物与含锰化合物按Al离子与Mn离子的摩尔比为2∶1进行混合，外加上述混合物1～10wt％的TiO₂和1～6wt％的结合剂，混合5～180分钟，成型，在90～120℃条件下干燥20～30小时，在氮气气氛下以0.5～10℃/分的升温速率升温到1100～1700℃，保温5～600分钟，自然冷却。

上述技术方案中：含铝化合物为Al₂O₃、Al(OH)₃、Al₂O₃·H₂O、铝矾土中一种或一种以上的化合物，粒度小于180目；含锰化合物为MnO、MnO₂、Mn₂O₃、Mn₃O₄中一种或一种以上的化合物，粒度小于180目；TiO₂细粉的粒度小于180目；结合剂为淀粉、粘土、树脂、硅溶胶、铝溶胶、聚乙烯醇、甘油、甲基纤维素中的一种或一种以上的混合物；成型为机压或等静压，成型压力为25～400Mpa。

由于采用上述技术方案，本发明具有工艺简单、反应温度低、原料价格便宜、成本适中、不造成环境污染的特点。由于氮气中氧分压较低，锰元素将以Mn²⁺形式存在，在烧成温度下所有铝和锰都转化为MnAl₂O₄；且由于引入TiO₂，Ti⁴⁺很容易进入MnAl₂O₄晶格内产生氧离子空位浓度和锰离子空位浓度，促进了烧结，烧后显气孔率≤2％，故合成的锰铝尖晶石纯度高且烧结更致密。

具体实施方式

实施例1：

一种合成锰铝尖晶石的方法：将396克粒度小于180目的Al(OH)₃和Al₂O₃·H₂O的含铝混合物、229克粒度小于180目的Mn₂O₃和MnO的含锰混合物按Al离子和Mn离子的摩尔比为2∶1进行混合，外加上述总混合物2～4wt％甲基纤维素和20克的粒度小于180目的TiO₂细粉。其中：Al(OH)₃在含铝混合物中含量为35～45wt％，Mn₂O₃在含锰混合物中含量为65～70wt％。

将上述混合物混合5～180分钟，在40～200Mpa压力下机压成型，在烘箱中于110℃干燥24小时。然后在氮气气氛下以1～10℃/分的升温速率升温至1300～1500℃，保温30～240分钟，自然冷却后取出。