浅析磷酸二氢铝在氧化铝泡沫陶瓷过滤板上作用机理

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1、浅析磷酸二氢铝在氧化铝泡沫陶瓷过滤板上作用机理摘要：本文以煆烧a-氧化铝、高岭土、硅微粉、长石粉等为基础粉料配方，以磷酸二氢铝溶液为粘结剂制备泡沫陶瓷浆料。简述了磷酸二氢铝溶液制备技术，研究了磷酸二氢铝溶液含量及浓度对氧化铝泡沬陶瓷浆料上浆性能、坯体干燥性能及烧结后成分和晶相组成的影响。结果表明：密度1.35g/cm3的磷酸二氢铝溶液，加入量在25〜30%，可制备出具有较好粘性和触变性的陶瓷浆料、较高强度的干燥坯体及结合牢固的产品晶相组成，适合应用于氧化铝泡沫陶瓷过滤板。关键词：氧化铝泡沫陶瓷；憐酸二氢铝；性能；制备；机理1引言氧化铝泡沬陶瓷具有的三维网状结构使其被广泛应用于铝及铝

2、合金熔体过滤领域。虽然其在环保、化工、能源、石油、生物陶瓷及催化剂载体等领域也在不断尝试应用，但由于泡沫陶瓷自身强度低、易掉渣、尺寸精度不高等特性，限制了其在诸多领域的推广应用。目前，国内氧化铝泡沬陶瓷过滤板厂家针对的市场领域依然是铝及铝合金熔体过滤，且暂时还未能研宄出相关产品取代其市场应用。因此，随着铝及铝合金加工业的精密化发展，氧化铝泡沫陶瓷也将得到进一步的发展与应用。泡沫陶瓷的制备方法有多种，如发泡法、有机泡沫体浸渍法、溶胶凝胶法等，其中有机泡沫浸渍法具有设备少、制造成本低、工艺过程简单等优点，被广泛应用于泡沫陶瓷生产厂家［1］。泡沫陶瓷是具有三维网状结构的多孔陶瓷体，是以多

3、孔聚氨酯海绵为骨架，经上浆、干燥、烧制等工艺制备而成，去除三维网络结构的有机前驱体，便形成一种开口气孔率高（80〜90%）、密度小（0.3〜0.5g/cm3）、比表面积大、压力损失小的网架结构多孔体［2］。磷酸二氢铝因其具有固化温度低、粘结强度高、高温结构稳定等特性，被选作配制泡沫陶瓷浆料粘结剂。针对磷酸铝胶黏剂的制备应用，已经被广泛研究［3-5］。但用作泡沫陶瓷的磷酸二氢铝的相关研宄报道却很少，本文主要针对磷酸二氢铝在泡沫陶瓷生产过程中的作用机理进行了探讨研宄。2磷酸二氢铝性能及制备技术2.1磷酸二氢铝性能市场上出售的磷酸二氢铝主要有固体和液体两种状态。固体的磷酸二氢铝易溶于水，

4、在常温下与耐火骨料，硬化剂、水等混合均匀，经90〜110°C干燥后便具备较高粘接强度，常用于耐火喷涂料、火泥、浇注料、捣打料、磷酸盐砖。液体的磷酸二氢铝适用于混炼、成型等现场施工，比如铸造平台上的间隙填补，经风干后粘结剂具备较强的耐高温、抗剔离、耐冲刷等性能。考虑到车间生产配方工艺的需求，且磷酸二氢铝多为厂家自制，氧化铝泡沫陶瓷生产厂家多采用液体磷酸二氢铝为粘结剂。2.2磷酸二氢铝溶液制备技术泡沬陶瓷生产所需的磷酸二氢铝溶液制备工艺相对简单，制备原料为氢氧化铝、磷酸和水，设备为聚丙烯耐酸反应釜、蒸汽发生器、耐酸自吸泵等。具体配制步骤如下：(1)将85%浓度的磷酸倒入塑料池内，操作人

5、员需佩戴防护眼镜及手套，防止磷酸腐蚀及溅入眼睛。(2)开启自吸泵将磷酸抽入反应釜内，通过液面计控制磷酸加入量。(1)启动反应釜内搅拌棒，加入规定重量自来水至反应釜内，自来水重量可通过数显水位流量计控制。(2)将蒸汽机上蒸汽管插入反应釜溶液内，开启蒸汽机加热磷酸和水的混合溶液至90°C,加入规定重量氢氧化铝粉料，分多次少量加入，以免结块；然后关闭蒸汽机，盖上反应釜盖子。(3)待反应完全结束后，即反应釜内为无色澄清溶液，关闭搅拌棒，待反应釜内溶液冷却后，放出磷酸二氢铝溶液。通过其反应方程式①可知，当P/A1摩尔比为3:1时，可配制出力学性能最好、粘度适中、稳定性好、粘结性强的磷酸二氢铝

6、溶液［6］。再根据磷酸和氢氧化铝的分子量可计算出各自的重量配比，重量比为49:13,为保证磷酸二氢铝转化充分，磷酸重量会适当增加约5%。配制时，加入适当比例的水，将磷酸二氢铝溶液体积密度调为约1.35g/cm3,再按比例加入泡沫陶瓷浆料配方中。3H3PO4+Al(OH)3=Al(H2PO4)3+3H2O®3磷酸二氢铝在氧化铝泡沫陶瓷中的配比氧化铝泡沬陶瓷浆料配方可分为两个步骤，第一为粉料比例部分，第二为水剂比例部分。粉料比例部分是指将氧化铝粉、高岭土、硅微粉、长石粉、分散剂等按比例称量并混合搅拌均匀。水剂部分是指将配制好的磷酸二氢铝溶液按总重量的25〜30%(根据不同网孔海绵的浆料

7、粘稠度需要做出调节)，粉料加入磷酸二氢铝溶液后搅拌均匀制成浆料。为了对比研宄磷酸二氢铝在泡沬陶瓷配方中的作用，我们将粉料比例部分的配比确定如下：煆烧a-氧化铝85%、高岭土7%、硅微粉4%、长石粉3%、分散剂1%，见表1。而磷酸二氢铝溶液（P=1.35g/cm3）比例从25〜30%（该值为配料总重量的百分比）不等，取值为25%、28%、30%三个数值，见表2。4磷酸二氢铝在泡沬陶瓷上作用机理磷酸二氢铝作为氧化铝泡沫陶瓷浆料的稠度调节剂，坯体干燥后的粘结剂以及高温烧成后