Al2O3微粉在耐火浇注料中的应用
发布日期： 2020-04-29 14:42:27 阅读量（399） 作者：刘梓明α-Al2O3微粉是用工业氧化铝煅烧后制成的。其特点是分散性好、颗粒小、高温下易于烧结且体积效应小等。
α-Al2O3加入到水泥浇注料中，对其施工性能的影响比较显著。在浇注料中加入适量的α-Al2O3微粉，一方面可以提高耐火浇注料的耐火度，在高温下发生陶瓷化和莫来石化反应[24];另一方面起到微粉的填充作用，减少浇注料的气孔率，使浇注料中的结构缺陷减少，提高其强度和抗渣侵蚀能力，改进耐火材料的性能等。但α-Al2O3微粉加入量越多，浇注料的振动流动性就会越小。当微粉添加量超过一定值时，浇注料的强度也有下降的趋势。这是因为加入过量的Al2O3后，除一部分起填充孔隙和减少施工用水量的作用外，剩余的部分优先与浇注料中的水泥反应生成CA2和CA6等，不但消耗基质中的大量Al2O3，同时还伴有体积膨胀，使浇注料高温处理后存在结构缺陷，导致强度等性能相应下降。
氧化铝可分为高温型α-Al2O3(刚玉)及低温型γ-Al2O3，在α与γ之间还存在多种中间体。一般认为常见的氧化铝形态有γ，δ，χ，κ，η，ρ，θ，α等，加上所谓的无定型氧化铝，一共有9种变体。在实际应用中，人们对α-Al2O3(刚玉)研究的比较多，它具有高熔点(2300℃)，硬度大、无粘结性等特点。而ρ-Al2O3是所有氧化铝晶型中，唯一在常温下表现出有自发水化能力的形态，其水化反应方程式可以表示为：
ρ-Al2O3+2H2O=Al(OH)3+AlOOH (1)
由方程式(1)可见，ρ-Al2O3水化反应后形成Al(OH)3(三羟铝石)和AlOOH(勃姆石溶胶)，可以起到胶结和硬化作用。这样，只要在工艺上得当，可用做耐火材料的结合剂。李晓明等对氧化铝的其它几种形态水化反应进行了热力学计算，其计算结果如下。下表为298K时，各种形态Al2O3和H2O，Al(OH)3，AlOOH的热力学数据。
表1 298K时有关化合物的△G0(kJ/mol)
对上表中的5种Al2O3形态均按方程(1)计算可得：
X-Al2O3+H2O=Al(OH)3+AlOOH,△G0=-37.8(KJ)
γ-Al2O3+H2O=Al(OH)3+AlOOH,△G0=-34.5(KJ)
κ-Al2O3+H2O=Al(OH)3+AlOOH,△G0=-26.7(KJ)
δ-Al2O3+H2O=Al(OH)3+AlOOH,△G0=-25.4(KJ)
α-Al2O3+H2O=Al(OH)3+AlOOH,△G0=-16.1(KJ)
从上述计算可以看出，包括最稳定相α-Al2O3在内的5种形态的水化反应的△G0均为负值。只要在工艺上采取活化措施满足动力学条件，任何形态的Al2O3均可以形成水化结合的胶结剂。各形态的Al2O3在高温下最后都转变成一种优良的耐火物α-Al2O3(刚玉)。所以用α-Al2O3微粉结合的浇注料可以看作一种耐火材料自结合的浇注料，它既起结合剂的作用，其本身又是高级耐火氧化物，具有优良的性能。
上世纪70年代末期，日本首先用纯Al2O3的一种形态——ρ-Al2O3作为水化结合浇注料的结合剂，对ρ-Al2O3结合浇注料的性能做了系统的研究，指出ρ-Al2O3加入量应不低于0.3wt%，最佳的加入量约为7wt%。而后，前苏联、英、美、德等国家相继进行了有关的报道，名称也常有变化，如过渡氧化铝、中间氧化铝、活性氧化铝等。ρ-Al2O3作为耐火浇注料结合剂使用时，其最大特点是ρ-Al2O3不会产生纯铝酸钙水泥所造成的那些不良影响。它具有使用温度高(>1700℃)、强度大、体积稳定性好、耐侵蚀等优点。目前，世界各国在工业上还难以制取高纯的ρ-Al2O3，一般都含有一些χ-Al2O3，实际是一种ρ-Al2O3，χ-Al2O3和未分解残留的Al(OH)3的混合物，其中ρ-Al2O3含量约为60wt%。
以电熔镁砂或烧结镁砂为主要原料、ρ-Al2O3作结合剂，加入适量的添加剂和水所得到的浇注料与耐火水泥结合的浇注料作比较，列出其结果如表1
表2ρ-Al2O3结合MgO基浇注料的配比组成和性能
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