湿法磨(合成莫来石的制备方法以及影响因素)

Posted 2023-06-01

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湿法磨(合成莫来石的制备方法以及影响因素)

合成莫来石的原料可以分为两大类：天然原料，包括高铝矾土、硅线石族矿物、焦宝石、高岭土、黏土、蜡石及硅石等;工业原料，包括工业氧化铝、α-Al2O3微粉、氢氧化铝等。

合成莫来石的生产工艺主要可以分为两种：烧结法和电熔法，与之相对应的产品为烧结莫来石、电熔莫来石。烧结法又分为干法和湿法合成工艺。简单地说，干法是将原料按一定配比进行配料，在筒磨机、球磨机或振动磨等中干法共磨，干法或半干法压制成型，在回转窑或隧道窑等窑炉中煅烧而成熟料;而湿法是将上述配料在筒磨机、球磨机或振动磨等中湿法共磨，得到的料浆通过过滤或沉淀，再经真空挤泥工艺制成泥饼或荒还，经干燥后，在回转窑或隧道窑内烧成。电熔法合成莫来石是将一定配比的配料在电弧炉内熔融、冷却结晶而得到。电熔莫来石从馆体中冷却析晶过程符合Al2O3-SiO2系统相图的析晶过程。当配合料的Al2O3高于莫来石中的理论组成71.8wt%时，没有刚玉相的出现，而是形成富Al2O3的莫来石固熔体;当Al2O3质量分数大于80wt%时才可能出现刚玉相。另外冷却速度不同也会使所得到的莫来石晶体大小和矿物组成有所区别：慢冷得到的莫来石晶粒粗大，矿物组成主要为莫来石晶体，玻璃相含量较少;急冷得到的莫来石晶粒细小，矿物组成中玻璃相的含量较高。两种工艺相比，电熔法获得的莫来石晶粒大、缺陷少，因此电熔莫来石的高温力学性能好、抗侵蚀性强，但能耗高、成本大并且电熔莫来石易有气泡，组织分布不均匀;烧结法获得的莫来石晶粒小、缺陷多，晶粒相互交错，组织结构致密均匀，抗热震性较优越。在实际生产中烧结法的应用较为广泛。

（莫来石骨料）

此外，合成莫来石的方法还有如固相反应烧结法、水解沉淀法、水热晶化法、熔胶-凝胶法、成核生长法、喷雾热解法及化学气相沉积法等。但这些方法没有被得到广泛应用，只适用于实验室研究。

轻质莫来石

按照制备工艺又可以将烧结法分为干法、半干法和湿法。莫来石合成时的反应为固相反应，所以颗粒的接触面积越大，反应速度越快。半干法和湿法相比，生坯成型方式不同：半干法为泥浆干燥制粉后机压成型，虽然成型压力大、水分少、生坯体积密度大、显气孔率低，但有气相参加反应，不利于烧结;湿法工艺则是将泥饼经真空练泥挤出生坯，虽然生坯体积密度小、显气孔率高，但泥料经过了抽真空处理，使挤出的生坯密度均匀，且泥料中各组分的均化程度优于半干法，从而烧后获得的莫来石产品体积密度高、气孔率低。由此可见湿法工艺在提高烧成制品的体积密度上具有优势，使烧成制品更加致密。而且湿法工艺坏境污染小、产生的粉尘少，有益于一线工人的健康。

影响莫来石组成、性质与结构的因素很多。主要包括如下几方面。

⑴原料的w(Al2O3)/w(SiO2)比。

原料中的w(Al2O3)/w(SiO2)比很大程度上决定了莫来石的组成。莫来石的理论组成的w(Al2O3)/w(SiO2)比为2.55，原则上w(Al2O3)/w(SiO2)比小于2.55时，组成为莫来石和液相;w(Al2O3)/w(SiO2)比大于2.55时，组成为莫来石和刚玉相。电熔莫来石中，Al2O3含量最高可接近80wt%，形成了富Al2O3的莫来石固熔体，此时w(Al2O3)/w(SiO2)比接近4，超过3Al2O3·2SiO2莫来石中的Al2O3含量。Al2O3固熔量的大小与生产过程有很大关系。对烧结莫来石而言，如w(Al2O3)/w(SiO2)超过2.55太多，则容易出现刚玉相。此外，w(Al2O3)/w(SiO2)比对液相量也产生影响，进而影响了莫来石材料的烧结性，其中w(Al2O3)/w(SiO2)比接近莫来石理论组成时最难烧结。

(2)原料中的杂质种类与含量。

杂质对莫来石组成的影响，与对高铝矾土的影响相似：杂质氧化物中，Fe2O3、TiO2等在莫来石中的固熔量相对较大，一定范围内产生的液相较少，固熔后引起莫来石晶格的一些变化，有利于烧结致密化。相反，Li2O、Na2O、K2O、CaO、MgO基本上都进入液相，使得液相量明显增加，阻碍莫来石化的进行，并且分解己经形成的莫来石。

(3)原料的粒度、烧成温度及保温时间等。

温度与粒度对合成莫来石的影响与原料的w(AI2O3)/w(SiO2)比以及杂质含量相关。w(Al2O3)/w(SiO2)比越接近理论组成、杂质含量越少的原料需要的烧成温度越高;原料粒度越小的原料，合成莫来石需要的烧成温度越低。在一定的范围内，烧成温度越高，保温时间越长，烧后莫来石熟料的显气孔率越低，莫来石的晶粒尺寸越大。