活性氧化铝在耐火材料作用

发布时间：2020/9/27 11:12:14

活性氧化铝，又名活性矾土，英文名称为Activated alumina。在催化剂中使用氧化铝的通常专称为“活性氧化铝”，它是一种多孔性、高分散度的固体材料，有很大的表面积。

氧化铝，俗称矾土，化学式为Al2O3。白色粉末，密度3.9～4.0g/cm3，熔点2050℃，沸点2980℃。其不溶于水，能缓慢溶于浓硫酸。其可用于炼制金属铝，也是制坩埚、瓷器、耐火材料和人造宝石的原料。

活性氧化铝一般由氢氧化铝加热脱水制得。氢氧化铝也称水合氧化铝，其化学组成为Al2O3·nH2O，通常按所含结晶水数目不同，可分为三水氧化铝和一水氧化铝。氢氧化铝加热脱水后，可以得到γ-Al2O3。即通常所讲的活性氧化铝。

对α-Al2O3集合体的充分细磨可破坏其聚集状态而使其成为无孔隙的原晶，这时颗粒尺寸意味着接近其晶粒尺寸。活性氧化铝就是经过充分细磨，以原晶尺寸小于1μm的α-Al2O3为基本组成(20%到>90%)的煅烧氧化铝。在生产活性氧化铝时，通常需要强力研磨如在陶瓷内衬的球磨机中以陶瓷球作研磨介质干法研磨24小时以上。之所以称其为活性氧化铝通常是指它们烧结时容易达到高的烧结密度，但烧结温度却比低活性的α-Al2O3粉体低100-200℃;同时也意味有在合成耐火原料时或于耐火材料基质中易于与其它组分发生反应和烧结，如与基质中的粘土形成莫来石结合，与铝酸钙水泥反应形成CA6、与MgO反应生成尖晶石等。

由烧结理论可知，晶粒尺极大地影响开始阶段的烧结速率即晶粒之间颈部的形成与成长。若晶粒尺寸减小为原尺寸的1/10 

(例如从5μm减小为0.5μm)，烧结将容易进行1000 倍到10000倍.这就说明了活性氧化铝具有高的热活性之原因。

研磨过程要消耗大量的能量，所以粉越细，其价格也越高。硅微粉〔碳化硅或金属硅生产过程中产生的雾状SiO2)的出现为开发低水分、低水泥和超低水泥浇注料做出了极大贡献，但这种活性SiO2也限制了浇注料的使用温度。如果没有活性氧化铝的开发成功，现代耐火浇注料行业也不可能发展如此迅速，使用温度也不会超过1600℃。

一般而言，根据颗粒尺寸分布(Particle size distribution简写为PSD)形态可将粉体分为两类：一类具有单峰PSD,即在粒度分布曲线上只有围绕某一个特殊粒度(接近但不一定是的D50)的峰值：另一类则是具有多峰的PSD,即PSD曲线上有两个或两个以上的分布峰(如图4-12所示)。无论是单峰还是双峰，通常PSD范围越广，粉料堆积密度或坯体密度也就越大.单峰及窄范围的PSD粉料，其堆积密度低。

活性氧化铝当然也有以上两种类型。单峰活性氧化铝的特点是含<1μm的粒子(≈原晶尺寸)百分数较高(>80%)，因而具有较高的活性，它们颗粒尺寸(≈晶粒尺寸)的平均值在0.3-0.5μm附近。这种活性氧化铝坯体密度较低，通常只有α-Al2O3理论密度(3.98g/cm3)的54%-55%，但其1500-1600℃烧后密度却可以达到理论密度的98%，甚至更高。借助诸如聚磷酸钠之类的分散剂，单峰活性氧化铝在水中很容易完全分散。多蜂活性氧化铝中小于1μm的活性粒子的含量变化较大。通常在20%-7O%之间。活性粒子的数量与较大粒子(>1μm)的数量比例决定其空隙填充能力和活性。对多峰活性氧化铝而言，中位径D50只能表示其细度，而不是表征其特性的参数。多峰活性氧化铝的生坯密度通常可以达到理论值的62%-68%显然高于单峰活性氧化铝。多峰活性氧化铝所能达到的烧结密度取决于其活性。采用较高活性的多峰氧化铝进行压制和烧成时，尽管其烧结温度比完全致密化单峰活性氧化铝高100-150℃，但其烧后密度也只有理论值的94%-96%,由于细微颗粒容易从较大颗粒上脱离，因此多峰活性氧化铝在水中易分散。

多峰活性氧化铝大范围的PSD使得α-Al2O3微粉能够填充到耐火砖和浇注料的骨料间隙和大颗粒粉体粒子之间所残留的空隙中。因而用于浇注料时，要达到同样的流动性但水的加入量却可以减少4%-5%。 

在浇注料的基质中，多峰活性氧化铝在大颗粒之间起润滑剂的作用，可大程度地减少浇注料的松散现象，即使在受到强力混合或泵送时，粗颗粒之间也可保持相互分离。

总之，高性能的活性氧化铝在不定形耐火材料配料中能带来以下好处：提高坯体密度、流动性、强度，提高—次莫来石生成量等，降低加水量和气孔率。

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