莫来石晶须的制备及其生长机理

以Al_2O_3和SiO_2为原料、AlF_3·3H_2O为添加剂,采用原位反应法经1 373~1 873 K反应5 h后制备莫来石晶须。研究了添加剂含量及反应温度等对莫来石晶须合成的影响,探讨了莫来石晶须的生长机理。结果表明:AlF_3·3H_2O的最佳添加量为4%(质量分数)时,莫来石晶须的长度和长径比均随合成温度的升高(1 373~1 873 K)先增大后减小,当合成温度为1 673 K时,样品中莫来石晶须的长径比最大(约为54)。莫来石晶须的生长是由气–固反应机理控制。     

发泡法-溶胶凝胶成型工艺制备莫来石晶须

为了获得长度较长、长径比大的莫来石晶须,以w(Al_2O_3)98%、d_(50)=3μm的α-Al_2O_3微粉为铝源,w(SiO_2)95%、d_(50)=2μm的熔融石英和工业级硅溶胶为硅源,工业级Al F_3·3H_2O为助剂,PAA为发泡剂,采用发泡法-溶胶凝胶成型工艺制备莫来石晶须,研究了Al F_3·3H_2O添加量(w)分别为2.5%、5%、7.5%、10%和15%以及热处理温度分别为1 200、1 300、1 400、1 500和1 600℃时对试样莫来石化及生成晶须形貌的影响,并用XRD、SEM对热处理后试样的物相组成及显微结构进行了分析。结果表明:1)制备莫来石晶须的最佳工艺条件是Al F_3·3H_2O添加量为7.5%(w),热处理条件为1 500℃保温6 h;2)生成的莫来石晶须长度可达360μm,直径3~9μm,长径比40~120;3)莫来石晶须的生长机制遵循气-固(VS)机制。     

铝源对煤矸石烧结合成莫来石结构与性能的影响

分别以w(Al_2O_3) 99. 0%的煅烧氧化铝、w(Al_2O_3)=83. 94%的煅烧铝土矿、w(Al_2O_3) 64. 5%的氢氧化铝为铝源,w(SiO_2)=65. 21%的煤矸石为硅源,AlF_3和V_2O_5为添加剂,干压成型后,于1 500℃保温1 h固相烧结合成了主晶相为莫来石的试样,并研究了三种铝源对煤矸石烧结合成莫来石结构和性能的影响。结果表明:铝源为氢氧化铝的试样相比其他铝源试样,相组成中莫来石比例更高,莫来石晶体更加细长,试样更致密,抗折强度相差不大,其显气孔率为2. 15%,抗折强度为76. 2 MPa。     

莫来石结合莫来石-刚玉质高温推板的研制

以莫来石、刚玉为复合骨料, 用铝胶、α-氧化铝微粉、无定型硅微粉合成莫来石作为结合基质制的高温推板中,用少量添加剂促进晶须状莫来石的形成.研究结果表明用此方法合成的莫来石作为推板的结合基质, 推板经两次热震后(1 100 ℃～水温)抗折强度可达78%.     

粉煤灰合成莫来石晶须过程中的相变特征

采用循环流化床(CFB)高铝粉煤灰和煤粉炉(OF)高铝粉煤灰为原料,以AlF_3·3H_2O为导向剂,V_2O_5为催化剂,通过固相反应制备莫来石晶须。利用XRD和SEM等手段,分析了产物的物相,对产物的形貌进行了表征。探讨了原料结晶程度、合成温度及保温时间、导向剂含量等工艺条件对产物的影响,优选出合理的制备工艺参数,分析了莫来石晶须的合成反应机制。     

低钠烧结氧化铝的制备

本专利有关低钠烧结氧化铝工艺的改进,产物烧结氧化铝含总钠量为0.03～0.30%(重量)。本法将Al_2O_3·3H_2O在200～500℃预焙烧,烧结温度决定最终Na_2O的含量,用水浸取烧结产物,用预定量的H_2SO_4粘合,加矿化剂如AlF_3、CaF_2或NH_4Cl,     

合成莫来石和莫来石耐火材料

合成莫来石中氧化铝和氧化硅的总含量通常为97～88.5％,此外,再加入Fe_2O_3,TiO_2,Na_2O,CaO。莫来石的化学组成为3Al_2O_3·2SiO_2,伦琴射线分析资料指出,莫来石含量为90～95％;化学分析含量为80～90％,还含有近10％的刚玉,近5％的玻璃相。合成莫来石的真比重为3.10～3.23克/厘米~3,显比重为2.63～2.70克/厘米~3。     

还原气氛下ZrO_2-Al材料在加热过程中的组成和结构演变

为了解决加入金属Al粉的含锆耐火制品在高温下易产生裂纹、开裂的问题,以单斜Zr O_2粉、金属Al粉、复合稳定剂Mg CO_3·Mg(OH)_2·6H_2O和Y(NO_3)_3·6H_2O为主要原料,研究了加入不同量Al粉的Zr O_2-Al材料在埋炭条件下于1 000、1 200、1 400和1 500℃加热过程中性能、物相组成和显微结构的演变。结果表明:当Al粉加入量超过1%(w)时,热处理后试样产生较多裂纹,导致试样强度急剧降低。在加热过程中,Al与气氛中的O_2、CO和N_2反应生成Al_2O_3和Al N,生成的Al_2O_3再与试样中的稳定剂Mg O发生反应生成Mg Al_2O_4导致Zr O_2失稳,而Zr O_2失稳导致的体积效应以及生成Mg Al_2O_4和Al N产生的膨胀导致试样产生裂纹。因此,在锆碳和铝锆碳材料中添加金属Al时,其加入量不宜太多,以不超过1%(w)为宜。     

CeO2 和MgO助烧剂对矾土基莫来石合成料烧结的影响

以高铝矾土碎矿(w(Al2O3)为75%~84%)和煤矸石(w(Al2O3)约45%)为原料,按矾土基莫来石合成料的设计成分要求(w(Al2O3)为68%~72%)进行配比,于1500~1700℃分别保温3h煅烧合成了矾土基莫来石,并分别研究了助烧剂CeO2和MgO单独加入,CeO2 MgO复合加入,复合加入时CeO2与MgO的比例以及复合加入量对矾土基莫来石合成料烧结性能的影响。结果表明:加入CeO2 MgO复合助烧剂比单独加入CeO2或MgO的促烧结效果要好,当CeO2 MgO外加量为0.75%,CeO2与MgO质量比为1/1时,可使试样的烧结温度降至1600℃(不加助烧剂的为1700℃),得到显气孔率0.9%,体积密度为2.84g·cm-3,荷重软化开始温度为1570℃的合成莫来石;显微结构分析表明,此合成料荷重软化温度较高的原因是发育良好的柱状莫来石构成了交错连锁的网络结构,同时TiO2大部分固溶在莫来石晶体中。     

原料及热处理制度对合成微孔轻质莫来石骨料性能的影响

研制具有优良隔热性能的耐火骨料对开发高性能轻质浇注料有重要作用。以w(α-Al2O3)=95%,w(β-Al2O3)=3%~5%的工业氧化铝A或w(γ-Al2O3)=70%~80%,w(α-Al2O3)=5%~10%,w(三水铝石)=5%~10%的工业氧化铝B,硅石粉为主要原料,采用烧烬可燃物法制备了微孔轻质莫来石骨料,研究了两种具有不同特性的工业氧化铝和不同热处理制度对合成微孔轻质莫来石骨料性能的影响。结果表明:(1)以工业氧化铝B为原料制得的轻质莫来石骨料的体积密度要普遍低于以工业氧化铝A为原料的,且以工业氧化铝B为原料得到的莫来石骨料的常温耐压强度随热处理温度升高而增加。(2)以不同工业氧化铝为原料合成骨料的莫来石的转化率在1500℃之前大致相当,均为60%(w)左右,得到的微孔轻质莫来石骨料的平均孔径约为3~5μm。(3)以γ相为主的工业氧化铝B更适合作原料,合适的热处理制度为1350℃6h。     

Al_2O_3晶须强化细晶氧化铝陶瓷的放电等离子烧结研究

通过放电等离子烧结(SPS)对Al_2O_3晶须增强氧化铝陶瓷致密化方法的研究,以获得细晶微观结构为目的,研究了晶须的加入对其常温力学性能的影响。从中发现添加晶须阻碍颗粒重排,显著地阻止了Al_2O_3的烧结行为。此外由于晶须网状结构较强的刚性边界,使得氧化铝基质颗粒的内应力降低。然而,在适宜的SPS环境下,当Al_2O_3晶须含量在3%~10%时能够获得几乎完全致密的细晶氧化铝陶瓷。加入3%Al_2O_3晶须的氧化铝陶瓷硬度与纯氧化铝陶瓷(约26GPa)相当,它的断裂韧性(5.6MPa·m~(1/2))高于纯氧化铝陶瓷(4.2MPa·m~(1/2))。研究结果表明,均匀分散的晶须和拔出晶须后的裂纹桥联被确认是主要的增韧机理。     

高纯莫来石原料合成工艺研究

利用工业氧化铝与煤系轻烧高岭土或高纯石英砂为原料合成高纯莫来石,研究了添加剂(分别为滑石、ZnO和锆英砂)、合成温度、工艺过程对莫来石相含量及体积密度的影响。采用XRD定量分析的K值法计算出莫来石相的含量。结果表明:用工业氧化铝与煤系高纯高岭土合成出的莫来石相含量高于用石英砂与工业氧化铝合成的试样,在其中加入1%ZnO和1%锆英砂作添加剂的试样(其w(Al2O3)=68%),在氧化气氛下采用1380℃3h和1580℃3h二次保温煅烧工艺,合成的莫来石相含量达到97%,体积密度达到2.89g·cm-3。     

酸浸法制备硫酸铝时铝矾土矿的筛选

我国铝矾土矿属于高铝、高硅、低铁类矿,是酸浸法制备硫酸铝的良好原料。属于高铝、高硅的铝矾土矿主要有以下一些种类:蓝晶石Al_2O_3SiO_2、红栓石Al_2O_3SiO_2、硅线石Al_2O_3SiO_2、霞石(Na、K)_2OAl_2O_32SiO_2、长石(Na、K)_2OAl_2O_3·6SiO_2、白云母K_2O·Al_2O_3·6SiO_2·2H_2O、绢云母K_2O·3Al_2O_3·6SiO_2·2H_2O、白榴石K_2O·Al_2O_3·4SiO_2、高岭石Al_2O_3·SiO_2·2H_2O等。一水软铝石Al_2O_3H_2O、一水硬铝石Al_2O_3H_2O、三水铝石Al_2O_3·3H_2O等是属于高铝低硅的     

在K_2O-Al_2O_3-SiO_2系致密瓷中原位合成莫来石

K_2O-Al_2O_3-SiO_2系瓷是应用最悠久、最广泛的陶瓷材料,面临资源与环境的制约以及新的市场需求,必须进行创新。莫来石对优化陶瓷性能起到直接的作用,为此进行了在致密性的K_2O-Al_2O_3-SiO_2系铝矾土瓷中原位合成柱状莫来石的研究,探讨了原料组成、制备过程,特别是烧成制度对莫来石生成量和形态、分布的影响。通过XRD、SEM等手段分析,测试了瓷体中的晶相数量、形貌。结果表明:充分细磨分散煅烧铝矾土,加入有利于促进莫来石生成和Al_2O_3溶解的二价金属氧化物的复合熔剂,充足的保温时间,可以合成较多的柱状莫来石晶体,其在瓷体中的含量最高可达60%,本系统中莫来石以溶解-沉积方式生成,有别于固相合成莫来石的机理。     

Al_2O_3-ZrO_2-SiO_2系相关系的再研究

借助高分辨力FESEM-EDS重新研究了Al_2O_3-ZrO_2-SiO_2系相关系。研究结果认为:1)在A-Z-M分系的Zr O_2含量(w)分别为30. 00%和33. 26%,Al_2O_3、SiO_2物质的量比分别为1. 50和1. 75的2个试样中,没有发现莫来石-刚玉-ZrO_2三元共晶,只发现莫来石-ZrO_2(M+Z)二元共晶;(M+Z)共晶在形态上保持莫来石基晶的结晶习性,呈微米级共晶和纳米级共晶。2)在组成落在ZS-M连线上,Al_2O_3、SiO_2物质的量比分别为0. 26、0. 59、0. 80、1. 10的4个试样中,均没有发现锆英石晶相,均有初晶ZrO_2、莫来石和玻璃相;随着Al_2O_3、SiO_2物质的量比增大,莫来石增多、增大,并且出现少量的(M+Z)共晶,玻璃相中析出纳米级t-ZrO_2晶。3) M-ZS-S分系的SiO_2含量为90%(w)的试样在1 600℃保温3 h热处理条件下均熔,自然冷凝后呈玻璃态,并发生纳米-亚微米级t-ZrO_2析晶;没有发现所谓的锆英石-莫来石-方石英三元共晶。     

介孔氧化铝钇负载磷钨酸催化剂制备及其催化性能

以尿素为沉淀剂,十二烷基硫酸钠为模板剂,采用均相沉淀法制备介孔氧化铝钇(Al_2O_3Y),并用浸渍法将磷钨酸(HPW)负载到Al_2O_3Y上。通过SEM、XRD、FT-IR和N_2吸附等手段对Al_2O_3Y及负载催化剂(Al_2O_3Y/HPW)进行表征。将普通Al_2O_3、介孔Al_2O_3Y和Al_2O_3Y/HPW分别催化合成十七烯基咪唑啉,结果表明,制备的介孔Al_2O_3Y为无定型,粒径(1～5)μm,平均孔径5.08 nm,最可几孔径2.25 nm,比表面积627.43 m~2·g~(-1)。磷钨酸的负载率为93.3%,热稳定性较好。在合成十七烯基咪唑啉的验证实验中,催化剂用量为反应物质量的1%,与普通Al_2O_3催化反应相比,合成反应时间缩短,反应温度降低,合成收率高出30%,可达98.2%。     

二氧化碳埋存条件下油井水泥石腐蚀的热力学分析

利用热力学平衡常数理论计算了CO_2埋存条件下的油井水泥石水化产物相关纯矿物受腐蚀的热力学条件,并比较了其耐腐蚀性能。利用Gibbs自由能最小化原理计算和分析了水泥石受腐蚀过程中水化产物的变化。结果表明:水化产物相关纯矿物或端元组分的耐腐蚀性能不同,优劣次序为4Mg(OH)_2·2Al(OH)_3·3H_2O、0.83CaO·0.67SiO_2·1.83H_2O、0.67CaO·SiO_2·1.5H_2O、6CaO·Al_2O_3·3SO_4·32H_2O、6CaO·Al_2O_3·3SO_4·30H_2O、1.33CaO·SiO_2·2.17H_2O、3CaO·0.5Al_2O_3·0.5Fe_2O_3·0.84SiO_2·4.32H_2O、3CaO·Fe_2O_3·0.84SiO_2·4.32H_2O、1.5CaO·0.67SiO_2·2.5H_2O、Ca(OH)_2;水泥石腐蚀时各水化产物被腐蚀的次序不同,先后次序为Ca(OH)_2、水化硅酸钙固溶体、硅水榴石固溶体、钙矾石固溶体、4Mg(OH)_2·2Al(OH)_3·3H_2O;固溶体被腐蚀时不但质量减少,端元组分的摩尔数和比例也发生变化,但变化不完全受端元组分相对耐腐蚀性能控制。     

聚氨酯塑胶地板的阻燃研究

采用三氧化二锑(Sb_2O_3)、磷酸三(2,3-二氯丙基)酯(TDCPP)、水合氧化铝(A1_2O_3·3H_2O)和溴-氧烷基磷酸双酯(PUR-101)等阻燃剂对聚氨酯塑胶地板进行了阻燃改性研究。结果表明,单独使用Sb_2O_3阻燃剂对聚氨酯塑胶地板没有阻燃效果;TDCPP、Al_2O_3·3H_2O、PUR-101及其复合阻燃剂对聚氨酯塑胶地板都有较好的阻燃效果。     

机械化学法制备甲烷化Ni/Al_2O_3催化剂性能研究

采用机械化学一步法、机械化学-浸渍两步法和浸渍法(以普通商业Al_2O_3为载体)分别制备了Ni/Al_2O_3-J、Ni/Al_2O_3-Z和Ni/Al_2O_3-C三个催化剂。通过XRD、H_2-TPR、N_2吸附-脱附和SEM等进行表征,并在浆态床上对催化剂的合成气甲烷化性能进行了测试。结果表明,相对于普通商业Al2O3,采用机械化学法合成的氧化铝比表面积大,孔径分布集中,其负载Ni制备的催化剂甲烷化性能较高。采用机械化学一步法合成的催化剂Ni/Al_2O_3-J的表面形貌规整,具有较好的Ni分散性,比表面积较大(266.8 m~2/g)。在压力1.0 MPa、温度300℃、H_2∶CO=3.1∶1和空速1 200 mL/(g·h)条件下,平均CO转化率、CH_4选择性和收率分别高达98.6%,96.0%和94.7%,高于其它方法制备的催化剂。     

明矾石综合利用科研情况与展望

明矾石是一种含钾、铝、硫的不溶性天然矿石,其化学式为 K_2SO_4·Al_2(SO_4)_3·2Al_2O_3·6H_2O,也可以用 K_2SO_4·Al_2(SO_4)_3·4Al(OH)_3来表示。纯明矾石理论组成为 Al_2O_337.0%、SO_338.60%、K_2O11.4%、H_2O13%。由于在自然界形成时常伴有 SiO_2、Na_2O、