非水解sol-gel法合成MgAl2O4纳米粉体

以无水三氯化铝和无水氯化镁为主要原料,采用非水解sol-gel法合成了镁铝尖晶石纳米粉体,研究了氧供体种类(分别为无水乙醇、无水异丙醇和无水异丙醚)、加料顺序及凝胶化温度(分别为90、110、130℃)对镁铝尖晶石合成的影响.结果表明:1)以乙醇为氧供体合成镁铝尖晶石的产率高于以异丙醇和异丙醚为氧供体合成镁铝尖晶石的产率;2)先将无水氯化镁加入到氧供体与二氯甲烷的混合溶液中,再加入无水氯化铝的加料顺序有利于镁铝尖晶石的合成;3)凝胶化温度为110℃有利于镁铝尖晶石的合成,干凝胶经900℃煅烧可合成出平均粒径为50 nm左右的高纯镁铝尖晶石纳米粉体.     

尖晶石合成的若干规律

本文总结了尖晶石系内与耐火材料密切有关的镁铝—、镁铬—与镁铁尖晶石方面的研究结果。文中叙述了各该尖晶石的合成反应机理,合成条件,诸如温度、预压压力、颗粒度、原料的空间结构状态、研磨方法、矿化剂等对尖晶石产率与产品的物理—技术指标的影响。有关采用合宜的工艺条件以制备气孔率接近于零的尖晶石的途径也作了必要的阐明。     

不同条件下合成活性尖晶石粉的研究

研究了在不同成分条件下用氧化镁和氧化铝合成镁铝尖晶石的方法,阐述了温度、成分、颗粒大小、晶格活性对合成过程的影响,并提出了较理想的合成镁铝尖晶石的工艺条件。     

低品位菱镁矿与工业铝灰制备镁铝尖晶石

以低品位菱镁矿与工业铝灰为原料制备镁铝尖晶石材料。分析讨论了不同煅烧温度对工业铝灰材料组成与微观结构的影响,并进一步研究了煅烧温度对制备镁铝尖晶石材料的组成、镁铝尖晶石相晶胞常数及材料微观结构的影响。用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）对煅烧后试样的物相和显微结构进行研究。利用X′ pert plus软件对试样中主晶相的晶格常数进行计算,比较不同温度煅烧试样的相对结晶度。结果表明：随着工业铝灰煅烧温度的升高,材料中主晶相六方晶型的刚玉相晶胞常数呈现各向异性的变化趋势。低品位菱镁矿与工业铝灰经1 400 ℃高温煅烧可以制备出以镁铝尖晶石为主晶相的镁铝尖晶石材料,该温度煅烧的镁铝尖晶石材料晶粒相对均匀、结构相对致密,主晶相镁铝尖晶石相晶格常数最大。     

自分散法低温烧成镁铝尖晶石制品的研究

采用金属铝粉氧化大量放热的自分散法与MgO合成镁铝尖晶石和在低温下直接制成高纯镁铝尖晶石制品进行了研究。结果表明：在1400℃温度下可制成镁铝尖晶石制品。     

自分散法温烧成镁铝尖晶石制品的研究

采用金属铝粉氧化大量放热的自分散法与ＭｇＯ合成镁铝尖晶石和低温下直接制成高纯镁铝尖晶石制品进行了研究。结果表明：在１４００℃温度下可制成镁铝尖晶石制品。     

不同形貌镁铝水滑石的可控合成及 其对氯离子的吸附性能研究

以硝酸镁、硝酸铝为原料,尿素为沉淀剂,采用水热法在不同条件下合成了不同形貌的镁铝水滑石,通过SEM、XRD和BET等手段对合成的样品进行表征;研究了不同形貌水滑石及其焙烧产物对溶液中氯离子的吸附性能。结果表明:采用水热法添加乙二醇可合成棒状镁铝水滑石,添加乙醇可合成片状六边形镁铝水滑石,添加四丙基氢氧化铵可合成立方体镁铝水滑石。其中,添加乙醇制备的片状六边形纳米水滑石形貌规整均一,片间形成交叉支撑结构,比表面积为115.311 m2/g,对氯离子有较好的吸附性能,在室温条件下最大吸附容量为24.72 mg/g。经450 ℃焙烧后,焙烧产物吸附氯离子的能力大大增强,相同条件下最大吸附容量为96.07 mg/g,最优吸附条件：温度为35 ℃,投加量为2.0 g/L,pH值为8。     

MgO源对纳米η-Al2O3制备镁铝尖晶石的影响

分别以轻烧氧化镁粉、碳酸镁、分析纯氢氧化镁为MgO源,纳米η-Al₂O₃为原料(其摩尔比为1∶1),采用固相反应法制备镁铝尖晶石。研究不同MgO源对纳米η-Al₂O₃制备镁铝尖晶石的显气孔率、体积密度、物相组成、晶胞参数以及微观结构的影响。结果表明,随着烧结温度升高,三种MgO源与纳米η-Al₂O₃制得镁铝尖晶石试样的致密性逐渐升高。在1 600 ℃下,以氢氧化镁为MgO源与纳米η-Al₂O₃制得尖晶石试样的体积密度最大为3.296 g/cm³,显气孔率最低为1.9%,晶粒发育最好,晶粒尺寸约为3~5 μm。1 300 ℃时,三种MgO源与纳米η-Al₂O₃全部生成镁铝尖晶石,与以α-Al₂O₃为Al₂O₃源制备镁铝尖晶石的传统固相法相比,镁铝尖晶石的合成温度降低了100 ℃,可以降低镁铝尖晶石的成本,对镁铝尖晶石的应用具有实际意义。     

TiO_2对合成片状镁铝尖晶石相组成和显微结构的影响

片状镁铝尖晶石有望用于增强陶瓷基复合材料和调控浇注料的性能。为了探索片状镁铝尖晶石的低成本合成,以氧化镁和片状氧化铝为原料,分别添加3%和6%(w)TiO_2,采用固相反应法分别在1 200、1 300、1 400和1 500℃保温5 h合成镁铝尖晶石粉体,并比较了镁铝尖晶石粉体的物相和显微结构,分析TiO_2对合成片状镁铝尖晶石的影响。结果表明:TiO_2的添加能促进氧化铝与氧化镁的高温反应,并大幅度提高镁铝尖晶石的生成量,其中1 500℃下添加6%(w)TiO_2试样的合成产物中镁铝尖晶石含量为74%(w);随着合成温度的升高,更多的Al2O3固溶于镁铝尖晶石中,但在TiO_2对烧结的促进作用下,各物相结合在一起,单一片状的镁铝尖晶石逐渐减少。     

多孔片状镁铝尖晶石的制备

在催化剂载体和吸附等领域,具有介孔结构的片状镁铝尖晶石因比表面积大、活性位点丰富、不易团聚等特性,受到越来越多的关注。以铝丝为铝源、镁粉为镁源、无水乙醇为溶剂,Na2Mo O4为熔盐,采用熔盐辅助非水解溶胶–凝胶法制备多孔片状镁铝尖晶石。借助X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜等测试手段研究了热处理温度及保温时间对镁铝尖晶石合成与形貌的影响,运用透射电子显微镜(TEM)观察片状晶体的微观结构,采用氮气吸附脱附测试对样品的比表面积和孔径进行了表征。结果表明：热处理温度和保温时间均对镁铝尖晶石形貌有较大影响。优选热处理温度为900℃,保温时间为8 h,可制备出具有介孔结构的片状镁铝尖晶石,片的长度为140～160 nm。所制得样品的比表面积为76 m2/g。TEM和氮气吸附脱附曲线测试结果表明,样品存在明显的介孔结构。为制备多孔片状镁铝尖晶石提供了一种新思路。     

1700℃流动氮气下金属铝–镁铝尖晶石复合材料的物相组成与反应机理(英文)

研究了高纯氮气下先后进行580℃保温8 h、1 700℃保温3 h热处理后Al–MgAl₂O₄复合材料的物相组成和反应机理。结果表明:经580℃保温8 h后,Al–MgAl₂O₄复合材料形成分层现象,即外层区含金属铝–氮化铝壳核结构。当温度升至某一特定值时,金属铝–氮化铝壳核结构破裂,金属铝Al(l/g)溢出/逸出,与N₂和O₂分别反应生成AlN和Al₂O(g),促进化学计量比的镁铝尖晶石(MgAl₂O₄)分解形成富氧化铝的镁铝尖晶石(Al₂O₃-rich spinel)和镁蒸气(Mg(g))。一方面,AlN与富氧化铝的镁铝尖晶石形成MgAlON尖晶石;另一方面,AlN与Mg(g)和O₂发生固溶体反应生成氮化铝固溶体,(Mg,Al)(N,O)。内层区的材料物相组成不同于外层区,含有许多由气–气反应Al₂O(g)+O₂(g)+N₂(g)+Mg(g)→MgAlON(s)或Al(g)+O₂(g)+N₂(g)+Mg(g)→MgAlON(s)生成的片状MgAlON;此外,内层区富氧化铝的镁铝尖晶石没有进一步转变为MgAlON尖晶石。     

由高炉渣酸解废液制备镁铝尖晶石粉体

以含Mg2+和Al3+等有价元素的高炉渣酸解提硅废液为原料、尿素为沉淀剂,采用均匀沉淀法制备镁铝尖晶石粉体,研究了其产率及性能. 结果表明,最佳工艺条件为：反应温度100℃,尿素用量为理论用量的10倍,煅烧温度1100℃,保温时间2 h. 加入5%(w) Na2S2O4后,样品中Fe2O3含量从1.70%(w)降到0.49%(w),除铁率达71.2%,白度增加11度. 产品为富铝型镁铝尖晶石,且杂质含量远低于国家标准.     

Li_(1.02)Mn_(1.92)Al_(0.02)Cr_(0.02)Mg_(0.02)O_(4-x)F_x尖晶石正极材料的研究

采用溶胶-凝胶法合成了复合离子掺杂的尖晶石型锰酸锂Li1.02Mn1.92Al0.02Cr0.02Mg0.02O4-xFx(x=0,0.06)正极材料,并用XRD、CV、EIS和充放电测试等研究了其结构和电化学性能。结果表明,F与金属离子(Li、Al、Cr、Mg)的复合掺杂不仅提高了材料的比容量,还增加了尖晶石结构的稳定性,改善了材料的循环性能和可逆性能;充放电测试结果表明,Li1.02Mn1.92Al0.02Cr0.02Mg0.02O3.94F0.06具有优越的循环性能,常温下,以1/3C充放电的首次放电容量及50个循环后的容量保持率分别为117.9 mAh/g,96.9%。     

焙烧温度对双金属催化剂甲苯加氢重整反应催化性能的影响

以类层柱Ni-Co/Mg(Al)O水滑石为前驱体,经不同温度焙烧制备了系列焦炉煤气中焦油模型化合物甲苯加氢重整制合成气催化剂. 在常压、反应温度800℃、水/碳摩尔比0.7和体积空速12000 h-1的条件下,在35 h评价时间内850℃焙烧的催化剂可完全转化甲苯,CH4和CO的平均产率分别为34%和66%,而低于750和高于950℃焙烧的催化剂活性较差. 850℃焙烧时催化剂比表面积较大,形成了尖晶石和固溶体,活性金属与载体间的相互作用较强,还原后活性金属颗粒小且均匀分布. 催化剂上有少量须状碳生成,绝大部分积碳可被H2消除,积碳是可逆过程.     

固相反应法合成锌铝尖晶石

以ZnO、Al(OH)3为原料,采用固相反应法合成了锌铝尖晶石粉体,研究了固相反应温度、保温时间对粉体的相组成和显微结构的影响。并运用热分析、X射线衍射以及扫描电子显微镜等分析测试方法对制备的锌铝尖晶石粉体进行了表征。热分析显示,Al(OH)3的分解是分两步完成的;当固相反应温度为800℃时,开始有锌铝尖晶石生成;适当延长保温时间有助于锌铝尖晶石生成。固相反应法合成锌铝尖晶石的最佳工艺条件为1400℃×3 h。合成的锌铝尖晶石粉体晶形发育完整,平均粒径为15μm左右。     

Total oxidation of selected mono-carbon VOCs over hydrotalcite originated metal oxide catalysts

Hydrotalcite originated Cu–Mg–Al, Co–Mg–Al and Cu–Co–Mg–Al oxide systems were tested as catalysts for the total oxidation of mono-carbon VOCs (methane, methanol, and formic acid). Both calcination temperature of the hydrotalcite precursors as well as doping of the catalysts with potassium promoter influenced their catalytic activity. Increased calcination temperature, which resulted in a decrease of the surface area of the samples and formation of the spinel phases, activated the Co–Mg–Al catalyst, while the opposite effect was observed for the Cu–Mg–Al and Cu–Co–Mg–Al catalysts. On the other hand doping of the catalysts with potassium promoter significantly activated the Cu–Mg–Al and Cu–Co–Mg–Al catalysts in the processes of methanol and formic acid conversion, while only slightly influenced the catalytic performance of the Co–Mg–Al sample.     

Microstructure and phase evolution of Indian magnesite‐derived MgAl2O4 as a function of stoichiometry and ZrO2 doping

To aid development of cost‐effective sintered spinel as a refractory raw material, this paper presents an extensive analysis of microstructure and complex phase evolution of Al‐rich, Mg‐rich, and stoichiometric spinel aggregates derived from Indian magnesite and calcined alumina. Pore morphology in Al‐rich spinel was transformed upon sintering at 1650°C and corundum laths embedded in porous Al‐rich spinel matrix was formed. Stoichiometric spinel sintered at 1600°C consisted of mostly direct bonded angular equiaxed spinel grains which incorporated the impurities in solid solution. Mg‐rich spinel was composed of spinel grains with reduced angularity along with intergranular amorphous phase, small round monticellite grains, and periclase. EDS line scan revealed impurity‐free joins existed between direct bonded spinel grains. Mg‐rich spinel containing 0.65 wt% ZrO₂ formed cubic ZrO₂‐CaO‐MgO solid solution located along spinel boundaries, which reduced both intergranular amorphous phase and monticellite. This increased SiO₂ and MgO content in spinel solid solution triggering exsolution of metastable cubic forsterite manifested as split spinel peaks in XRD pattern. A 14.7% reduction in slag penetration was exhibited upon doping Mg‐rich spinel with 0.21% ZrO₂. Stoichiometric and Mg‐rich spinels attained 0.35% and 0.54% apparent porosity at 1600°C, which is better than most commercial sintered refractory spinels.     

磷酸活化焙烧-酸浸法富集低品位还原钛渣

以钒钛磁铁矿经煤基直接还原-电炉熔分工艺生产的钛渣为原料,采用磷酸活化焙烧-稀硫酸浸出方法去除杂质提高钛渣品位. 钛渣的物相包括黑钛石、辉石(玻璃相)、塔基洛夫石、镁铝尖晶石等. 考察了磷酸焙烧活化过程中各因素对钛渣晶型转化的影响及稀硫酸浸出过程中各因素对主要杂质(Ca, Mg, Al, Si)浸出的影响,得到优化的工艺条件为：焙烧温度1273 K,焙烧时间100 min,磷酸加入比例7.1%(w),酸浸温度110℃,硫酸浓度5%(w),液固质量比10:1,浸出时间120 min,在该条件下钛渣中TiO2含量由52.54%提高至68.31%.     

Three bond modes of basic refractories used for Ruhrstahl Heraeus degassing process

Magnesia–spinel brick and unburnt periclase–spinel–Al brick are being employed as a substitution of traditional magnesia–chrome brick in the chromium-free campaign of lining materials in Ruhrstahl Heraeus (RH) degasser. These three materials are investigated, in terms of physical properties, corrosion resistance and flexibility by wedge splitting test. Tracking their physical alterations and chemical reactions through burning or heating, three bond modes are discovered. Magnesia–chrome brick is subject to a series of phase transformation with rising temperature to yield a liquid envelop around chromite-ore particles, to further form porous rim while liquid is gradually absorbed by surrounding magnesia and eventually to precipitate secondary chromite spinel lied between magnesia particles by thoroughly dissociating chrome ore. The precipitated chromite spinel functions as the featured bond that enhances hot strength and corrosion resistance to slag, and additionally liquid coexistence improves the flexibility. The direct bond mode of magnesia particles in magnesia–spinel brick endures slag penetration by immanent character of MgO. Spinel incorporation in magnesia effectively improves thermal shock resistance. Due to minor negative value of permanent linear change after reheating, further sintering (densifying) in using at high temperature would bring a risk of loosening and open joints of magnesia–spinel lining. While used in RH degasser, unburnt periclase–spinel–Al bricks undergo a miraculous process of metallic Al melting, gaseous AlN and AlON formation, MgAlON whiskers germination combined with gaseous Mg reduced, and micron-size whisker network bond domination in their matrix. Such a whisker-network bond renders the material a successful eco-friendly alternative to magnesia–chrome refractory.