黄振飞-课程设计(镁铝尖晶石的合成)

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1、2008级材料系综合设计与研究论文天然原料合成镁铝尖晶石摘要：本文重在概述以天然原料合成镁铝尖晶石的工艺路线、合成方法，合成镁铝尖晶石的天然原料一般采用以高铝矾土生料(或特级铝土矿)与轻烧氧化镁(或菱镁矿)粉，合成方法主要分为二步煅烧法，湿化学法，高能球磨法(HEM)，自蔓延高温合成法(SHS)等等。此外还介绍了添加剂、气氛、成型方法成型压力、原料活性对工艺的可能影响，从而从中找出合适的试验方案，得出一个合理的试验设计。关键词：镁铝尖晶石天然原料工艺路线合成方法试验设计湖南科技大学化学化工学院08无机2班黄振

2、飞08060602082008级材料系综合设计与研究论文目录摘要1引言1第一章文献综述11.1镁铝尖晶石的定义11.2材料结构与基本性能11.3合成原料21.4镁铝尖晶石的合成方法31.4.1二步煅烧法31.4.2湿化学法31.4.3高能球磨法(HEM)31.4.4自蔓延高温合成法(SHS)41.4.5固相法41.4.6电熔法51.4.7凝胶固相反应法51.4.8均匀沉淀法61.4.9共沉淀法61.4.10超临界法71.4.11冷冻一干燥醇盐法71.4.12水热合成法81.4.13蒸发分解法81.4.14燃烧

3、合成法91.5影响合成镁铝尖晶石原料烧结性的因素91.5.1添加剂91.5.2气氛91.5.3成型方法和成型压力101.5.4原料的活性101.6镁铝尖晶石材料的性能101.6.1力学性能101.6.2热震稳定性111.6.3抗渣性111.7本课题的目的、意义与主要内容111.7.1目的和意义11湖南科技大学化学化工学院08无机2班黄振飞08060602082008级材料系综合设计与研究论文1.7.2本课题的研究内容12第二章试验方案132.1实验原料132.1.1原料组成132.1.2原料处理方法132.2

4、实验仪器、设备142.3实验步骤142.4检测项目142.5数据参考指标15湖南科技大学化学化工学院08无机2班黄振飞08060602082008级材料系综合设计与研究论文引言随着耐火材料工业的发展，制备和使用高质量的原材料已经成为生产具有优良性能产品的关键，许多单一或者复杂氧化物都作为原材料用来生产耐火材料产品，其中，作为复杂氧化物的一种，镁铝尖晶石（MA）由于具有一系列的优良性能（如高熔点，良好的热震稳定性以及抗渣侵蚀性等等）而在耐火材料工业上得到了广泛的应用。目前，制备MA粉体最常用的方法是固相反应合成

5、法，亦即用氧化物，氢氧化物及碳酸盐作原料在高温下的固固反应来制备，此法受固相扩散过程控制，需在较高的温度下(＞1400℃)进行长时间反应，合成后的MA呈很硬的块状体进一步破碎、研磨得到最终所需要尺寸的粉体，但在研磨的过程中容易带入一些研磨杂质，降低了MA粉体的纯度，因而影响粉体各方面的性能。电熔法是工业上比较普遍采用的另一种制备MA粉体的方法，制备出的粉体晶体尺寸可以达到1mm以上，然而此法需要更高的反应温度（＞2000℃），因此能耗过大，且制备的粉体表面活性较差。为了在低温下制备高活性的MA粉体，一些“湿化

6、学法”（如溶胶-凝胶法，水热合成法等等）得到了大力推广，合成的粉体具有高纯、均一等特点，但使用的原料和溶剂价格昂贵，合成工艺复杂，设备昂贵，致使合成成本过高。因此，制备MA粉体的方法如何选择正是我们做试验设计前必须做好的准备工作。第一章文献综述1.1镁铝尖晶石的定义凡结晶状态属于等轴品系并含有等分子数的AO及B2O3的矿物统称尖晶石。镁铝尖晶石（MA）的化学式为MgO占28.2%（质量分数），Al2O3占71.8%，是一种熔点高（2135℃），热膨胀系数小，热导率低，热震稳定性好，搞碱侵蚀能力强的材料。MA在

7、自然界中是一种接触变质产物，也有少数来自火成岩和沉积岩，但天然产出很少。耐火材料用镁铝尖晶石都是由MgO和Al2O3人工合成的。1.2材料结构与基本性能镁铝尖晶石是一组分子组成为AB2O4的等轴晶系的系列化合物，其单位晶胞由32个立方密堆积的氧阴离子O2-和16个在八面体空隙中的铝离子Al3+以及15湖南科技大学化学化工学院08无机2班黄振飞08060602082008级材料系综合设计与研究论文8个在四面体空隙中的镁离子Mg2+组成，氧有4个金属配位，其中3个处于八面体中，剩下1个处于四面体中。尖晶石结构的X

8、-射线衍射分析表明，晶格中的O原子排列没有显示任何区别，晶格中所有O原子（离子）都是相同的，形成一个紧密堆积的立方结构。该结构形成两种空隙。即八面体和四面体空隙，较小的三价离子填充八面空隙，二价离子填充四面体空隙。必须有两倍八面体的四面体空隙，才能与三价和二价离子数相适应。如图1.1所示。1.3合成原料合成镁铝尖晶石的原料一般采用拜尔法生产的Al2O3(或特级铝土矿)与轻烧氧化镁(或菱镁矿)粉。Sa