中铝耐酸陶瓷研制及其耐酸腐蚀性能研究

摘要

中铝耐酸陶瓷由于具有较高的机械强度和化学稳定性,被广泛应用于硫酸制备工业中。然而,硫酸吸收塔支撑体耐酸陶瓷在酸性环境中使用时,机械强度随着使用时间的延长而大幅度降低,从而影响陶瓷的稳定性,影响制酸效率。若能进一步提高陶瓷的机械强度和耐酸腐蚀性能,可提高硫酸的生产效率,并延长硫酸吸收塔的使用寿命。本文以提高耐酸陶瓷的机械强度和耐酸腐蚀性能为目标,开展了以下几方面的研究工作。
　　 1.考察了中铝耐酸陶瓷配方设计原则。应用于硫酸吸收塔填料支撑体的耐酸陶瓷,要求其具有较高的机械强度和耐酸腐蚀性能。因此,配方设计考虑从A12O3的含量比较高的骨架原料、高可塑性粘土以及熔剂矿物三类原料中选择最优的坯料组合。研究发现,煅烧工业氧化铝或铝矾土中主要含有α-A12O3,提高陶瓷中的刚玉相比重,提高其机械强度。茶园泥是氧化铝含量达37％的高可塑性粘土,且其晶体形状是片状,有利于形成陶瓷致密化结构。并拟定了六个中铝耐酸陶瓷配方,氧化铝含量为50～73％。
　　 2.探讨了中铝耐酸陶瓷坯料新的制备工艺。为了使煅烧工业氧化铝颗粒粒度分布合理,颗粒分散均匀,提高其反应活性,实现低温烧结,在原料研磨工艺上作出了改进,提出了以篮式砂磨机为主体设备的陶瓷坯料制备方案。探讨了研磨工艺对中铝耐酸陶瓷坯料制备的影响。分析了篮式砂磨机制备陶瓷坯料(α—A12O3)制备过程中原料粒度分布与研磨时间、研磨体尺寸和研磨速度间的关系,获得了用篮式砂磨机研磨陶瓷原料的理想工艺条件,当采用直径为2.2mm ZrO2研磨珠,研磨转速为2500+10rpm,α—A12O3粉末颗粒粒径下降效率最明显,物料研磨1h后,D50粒径达到1μm。
　　 3.研究了中铝耐酸陶瓷烧结过程中的影响因素。添加烧结助剂锂辉石、毒重石,有助于实现低温烧结,且烧结助剂的添加有利于陶瓷致密化,进而提高陶瓷的机械性能。研究发现,随着烧结温度升高,陶瓷体积密度增大,有利于晶体的生长以及陶瓷致密化。若烧结温度过高,则会使陶瓷由于过烧而形成缺陷,降低陶瓷的体积密度。在相同的烧结温度下,随着保温时间延长,陶瓷体积密度越高,坯体越致密。
　　 4.分析了中铝耐酸陶瓷耐酸腐蚀性能的影响因素。研究表明陶瓷烧结温度和保温时间均对陶瓷的显微结构有影响,进而影响陶瓷的耐酸腐蚀性能。陶瓷气孔量越少,结构越致密,耐腐蚀性能越高。若陶瓷在98％wt浓硫酸中腐蚀,在反应初期陶瓷质量损失比较小,当腐蚀24h后,腐蚀加剧,质量损失急剧增加,在腐蚀后期,陶瓷腐蚀质量损失率保持稳定。并且陶瓷在不同的酸溶液温度下腐蚀,其腐蚀程度不同,若陶瓷与酸界面接触温度高,则会加速陶瓷腐蚀。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 前言

1.2 硫酸吸收塔填料支撑体耐酸陶瓷

1.3 耐酸陶瓷制备的研究现状

1.4 耐酸陶瓷耐腐蚀性能的研究现状

1.5 本文的研究目的和内容

第2章 实验

2.1 实验原料

2.2 实验设备

2.3 实验方法

2.3.1 原料性能评价

2.3.2 耐火度测试

2.3.3 体积密度测试

2.3.4 抗弯强度测试

2.3.5 耐酸度测试

2.4 表征手段

2.4.1 扫描电子显微镜

2.4.2 透射电子显微镜

2.4.3 XRD衍射分析

2.4.4 颗粒粒径分析

2.4.5 综合热分析

第3章 中铝耐酸陶瓷配方设计

3.1 引言

3.2 铝矾土和煅烧工业氧化铝性能评价

3.3 可塑性粘土性能评价

3.3.1 粘土的理化性能分析

3.3.2 粘土的化浆性能分析

3.3.3 粘土的可塑性能分析

3.3.4 粘土的热失重和差热分析

3.3.5 粘土的显微结构分析

3.4 熔剂矿物性能评价

3.5 中铝耐酸陶瓷配方设计

3.6 小结

第4章 研磨工艺对中铝耐酸陶瓷坯料制备的影响

4.1 引言

4.2 篮式砂磨机

4.3 实验部分

4.4 颗粒粒径分布的影响因素

4.4.1 研磨时间对颗粒粒径分布的影响

4.4.2 研磨体粒径对研磨的影响

4.4.3 主轴转速对研磨的影响

4.5 研磨条件优化

4.6 小结

第5章 中铝耐酸陶瓷烧结的影响因素研究

5.1 引言

5.2 烧结工艺

5.2.1 确定烧成温度

5.2.2 抗弯强度测试

5.3 中铝耐酸陶瓷烧结的影响因素

5.3.1 烧结助剂

5.3.2 烧结温度

5.3.3 保温时间

5.4 小结

第6章 中铝耐酸陶瓷耐腐蚀性能的影响因素研究

6.1 引言

6.2 中铝耐酸陶瓷耐腐蚀性能

6.2.1 中铝陶瓷耐酸度

6.2.2 中铝陶瓷酸腐蚀形貌

6.3 耐酸腐蚀性能影响因素

6.3.1 烧结温度对陶瓷腐蚀的影响

6.3.2 保温时间对陶瓷腐蚀的影响

6.3.3 腐蚀温度对陶瓷腐蚀的影响

6.4 小结

结论

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录

致谢