一种钛酸铝结合板刚玉原料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钛酸铝结合板刚玉原料及其制备方法，钛酸铝结合板刚玉原料包括三氧化二铝和矿物成分，矿物成分包括刚玉和钛酸铝；所述的刚玉的结晶呈板状取向。该原料的制备方法包括以下步骤：步骤一、将优选的铝矾土原料进行轻烧；步骤二、轻烧原料与添加剂共磨；步骤三、共磨粉加结合剂压球，步骤四、按照快速升温快速冷却热工制度于1720℃煅烧制得。本发明专利技术所制备的原料成本只有采用氧化铝粉制备的烧结板刚玉的一半；所采用的热工制度保证了刚玉结晶呈板状取向；添加剂和热工制度保证了钛酸铝在冷却过程中不分解，使原料的热震稳定性能大幅度提高。与氧化铝粉烧结板刚玉相比气孔率低，热震稳定性好，生产成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高温结构材料行业，特别是耐火材料产品生产使用的天然铝矾土烧结合成钛酸铝结合板刚玉原料的制备方法，具体为一种钛酸铝结合板刚玉原料及其制备方法。
技术介绍
2014年，河南红然铝业有限公司确立“河南渑池贾家洼东段优质铝矾土开发利用”研究项目，委托西安建筑科技大学完成。河南渑池贾家洼东段矿属亚洲优质铝矾土矿，氧化铝含量最高可达93％-94％，氧化铁含量低于1％，氧化钾和氧化钠合量低于0.2％，属高铝、低铁、低钾钠含量的优质稀缺资源，且氧化铝含量大于90％的原矿占比较高。我国是耐火材料生产大国，年产量3000万吨左右，约占全世界总产量的三分之二，产品以硅铝系和镁质耐火材料为主。随着近年来电解铝原料-氧化铝粉生产企业数量和产量的快速提高，铝矾土矿基本由铝业公司所垄断，耐火材料所需优质铝矾土资源严重短缺。氧化铝粉生产所需的铝矾土资源，主要考虑的是氧化铝含量、铝硅比值，考虑的是氧化铝从矿中分离的难易程度和收得率，对氧化铁、氧化钾和氧化钠含量无太高的要求。而作为耐火原料的铝矾土，考虑的主要是其高温性能，要求氧化铝含量要高，氧化铝含量越高，耐火度越高；强熔剂如氧化铁、氧化钾和氧化钠的含量要特别低，高温下生成的液相数量少，粘度大，高温性能好；其次，为了提高抗渣蚀性能，要求原料的体积密度愈高，气孔率愈低愈好。因此，作为耐火原料的铝矾土要求高，满足要求的优质原料较少。要生产高档次耐火材料，必须有优质耐火原料。耐火原料选取中考虑的主要因素一是达到基本使用要求，二是性价比。目前市场上销售的烧结板状刚玉是以氧化铝粉为原料，于1800℃左右烧成的产品，售价高达每吨6500元左右。烧结板状刚玉使用效果好，但耐火材料企业生产成本太高，生产成本严重的制约了其在耐火材料行业的广泛应用。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术目的在于提供一种钛酸铝结合板刚玉原料及其制备方法，取代采用以氧化铝粉为原料制备的烧结板状刚玉，其生产成本只有氧化铝粉烧结板刚玉的一半，性能指标与氧化铝粉烧结板刚玉接近。为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案：一种钛酸铝结合板刚玉原料，包括三氧化二铝和矿物成分，矿物成分包括刚玉和钛酸铝；所述的刚玉的结晶呈板状取向；所述的钛酸铝结合板刚玉原料的颗粒体积密度为3.56～3.58g/cm3，吸水率小于0.3％。具体的，原料中三氧化二铝的质量百分含量为91％～93％，所述的矿物成分中刚玉的质量百分含量为88％～90％，所述的矿物成分中钛酸铝的质量百分含量为7％～9％。所述的钛酸铝结合板刚玉原料的制备方法，包括将轻烧后的铝矾土原料与CeO2共磨混匀得到混合粉，混合粉依次经混炼、成型和煅烧得到钛酸铝结合板刚玉原料。具体的，按质量百分比计，所述的铝矾土原料中Al2O3≥91％，铝矾土原料中TiO2为4％～5％。具体的，所述的轻烧包括将铝矾土原料在1000～1050℃的温度下煅烧，直至铝矾土原料的脱水率为95％～100％。具体的，所述的CeO2占轻烧后的铝矾土原料的质量百分数为1.0％～1.2％，混合粉的粒度为-325目。具体的，所述的混炼和成型包括：外加占混合粉质量分数为5％的质量百分浓度为1.5％羧甲基纤维素溶液混炼，以80MPa压力压制成球，球径为35～45mm。具体的，所述的煅烧温度为1720℃，煅烧周期不大于4h，煅烧温度下的停留时间不小于1h。具体的，按质量百分比计算，所述的轻烧后铝矾土原料控制指标为：Al2O3为91.50％～93.00％，TiO2为4.00％～5.00％，K2O+Na2O为<0.20％。具体的，按质量百分比计算，所述的轻烧后的铝矾土原料包括SiO2：1.50％～2.50％、Al2O3：91.50％～93.00％、Fe2O3：0.45％～0.80％、CaO：0.10％～0.25％，MgO：0.15％～0.30％、K2O：0.08％～0.10％、Na2O：0.01％～0.03％及TiO2：4.00％～5.00％，灼减≤1.25％。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术的天然铝矾土烧结合成钛酸铝结合板刚玉目的是取代氧化铝粉烧结板刚玉。其生产成本只有氧化铝粉烧结板刚玉的一半，性能指标与氧化铝粉烧结板刚玉接近。(2)氧化铝粉烧结板刚玉性能优势是氧化铝含量高、抗侵蚀性能好，颗粒中包裹有少许5～15μm封闭微气孔、抗热震稳定性好；本专利技术的天然铝矾土烧结合成钛酸铝结合板刚玉，氧化铝含量在91％以上，刚玉相含量在88％以上，抗侵蚀性能差别不大；本专利技术的天然铝矾土烧结合成钛酸铝结合板刚玉引进了钛酸铝成分。钛酸铝是一种集低热膨胀系数和高熔点为一体的新型材料，其熔点高(1860±10℃)、热膨胀系数小(α<1.5×10-6℃-1)，甚至可以出现负膨胀，是目前低膨胀材料中耐高温性能最好的一种；钛酸铝成分的引入，使其抗热震稳定性优于氧化铝粉烧结板刚玉。(3)与合成钛酸铝原料相比，本专利技术的天然铝矾土烧结合成钛酸铝结合板刚玉中的钛酸铝稳定性能好。钛酸铝具有优良的高温性能和抗热震稳定性能，但缺点是中温易分解。为了解决中温分解问题，在合成钛酸铝原料中加入SiO2、MgO、Fe2O3、ZrO2、B2O、Cr2O3等稳定剂。本专利技术的天然铝矾土烧结合成钛酸铝结合板刚玉所采用的优选天然铝矾土，其化学组成为：Al2O3＝91.50％～93.00％、TiO2＝4.00％～5.00％，Al2O3、TiO2是合成钛酸铝必须的化学成分，其余化学组成为SiO2＝1.50％～2.50％、Fe2O3＝0.45％～0.80％、MgO＝0.15％～0.30％、及少许ZrO2、Cr2O3均为钛酸铝合成中的稳定剂，通过加入CeO2调节稳定剂的总量，达到稳定钛酸铝抑制其分解和促进刚玉沿平面结晶生长的目的。与氧化铝粉相比，优选天然铝矾土中熔剂含量K2O＝0.08％～0.10％、Na2O＝0.01％～0.03％，K2O+Na2O总含量低于氧化铝粉。该专利技术充分利用了中国铝矾土化学组成中氧化铝含量与氧化钛含量呈正比例增高的特点。(4)本专利技术的天然铝矾土烧结合成钛酸铝结合板刚玉与煅烧铝矾土熟料、高铝均化料相比，体积密度高、吸水率低。煅烧过程生成的钛酸铝，由于采用了稳定剂，中温不分解。钛酸铝含量的提高，抗热震稳定性远好于煅烧铝矾土熟料和高铝均化料。由于采用快烧工艺，刚玉结晶呈板状取向，而煅烧铝矾土熟料和高铝均化料刚玉结晶为粒状结构，本专利技术的天然铝矾土烧结合成钛酸铝结合板刚玉抗侵蚀性优于煅烧铝矾土熟料和高铝均化料。附图说明图1是本专利技术的钛酸铝结合板刚玉原料的制备方法流程图。以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。具体实施方式本专利技术的钛酸铝结合板刚玉原料，包括三氧化二铝和矿物成分，矿物成分包括刚玉和钛酸铝，刚玉的结晶呈明显的板状取向。钛酸铝结合板刚玉原料中三氧化二铝的质量百分含量不小于91％，优选为：91％～93％；钛酸铝结合板刚玉原料中矿物成分含量不小于3％，优选为：7％～9％，还可以为3％～6％；矿物成分中刚玉的质量百分含量为88％～90％，矿物成分中钛酸铝的质量百分含量为7％～9％，钛酸铝结合板刚玉原料的颗粒体积密度为3.56～3.58g/cm3，吸水率小于0.3％。结合图1，本专利技术的钛酸铝结合板刚玉原料的制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛酸铝结合板刚玉原料，其特征在于，包括三氧化二铝和矿物成分，矿物成分包括刚玉和钛酸铝；所述的刚玉的结晶呈板状取向；所述的钛酸铝结合板刚玉原料的颗粒体积密度为3.56～3.58g/cm3，吸水率小于0.3％。

【技术特征摘要】
1.一种钛酸铝结合板刚玉原料，其特征在于，包括三氧化二铝和矿物成分，矿物成分包括刚玉和钛酸铝；所述的刚玉的结晶呈板状取向；所述的钛酸铝结合板刚玉原料的颗粒体积密度为3.56～3.58g/cm3，吸水率小于0.3％。2.如权利要求1所述的钛酸铝结合板刚玉原料，其特征在于，原料中三氧化二铝的质量百分含量为91％～93％，所述的矿物成分中刚玉的质量百分含量为88％～90％，所述的矿物成分中钛酸铝的质量百分含量为7％～9％。3.权利要求1或2所述的钛酸铝结合板刚玉原料的制备方法，其特征在于，包括将轻烧后的铝矾土原料与CeO2共磨混匀得到混合粉，混合粉依次经混炼、成型和煅烧得到钛酸铝结合板刚玉原料。4.如权利要求3所述的钛酸铝结合板刚玉原料的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述的铝矾土原料中Al2O3≥91％，铝矾土原料中TiO2为4％～5％。5.如权利要求3所述的钛酸铝结合板刚玉原料的制备方法，其特征在于，所述的轻烧包括将铝矾土原料在1000～1050℃的温度下煅烧，直至铝矾土原料的脱水率为95％～100％。6.如权利要求3所述的钛酸铝结合板刚玉原料的制备方法，其特征在于，所述的CeO2占轻烧后的铝矾土原料的质量百分数为...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛群虎，杨光，赵亮，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61