幾種強耐鹼腐蝕性能néng麻豆材料原料的耐鹼性能測cè

發佈時間jiān：2022-03-16

鹼回收爐爐襯材料liào無鉻化是指用不含鉻的爐襯chèn麻豆材料取代dài鎂鉻質爐襯材料liào。鎂鋁尖晶石磚zhuān對窯爐內氣氛的敏感性較低dī，熱震穩定性及抗鹼jiǎn、硫和氯的反應能力好hǎo。鎂鋁尖晶石磚zhuān在zài水泥迴轉窯yáo上的使用壽命比普通tōng鎂鉻磚zhuān長zhǎng2~3倍bèi。剛玉熱力學強度高gāo、抗熱震性能和化學穩定性好hǎo。對不同製作材料的鋼包抗渣蝕性能研究發現xiàn，熔渣對白剛玉的侵蝕與滲透最小xiǎo，棕剛玉次之zhī，特級礬土熟料最差chà。鉛鋅密閉bì鼓風爐lú用紅柱石磚研究結果顯示shì，紅柱石磚抗熱震性能優良liáng，高溫強度好hǎo。

本文對鎂鋁尖晶石shí、剛玉和紅柱石等děng麻豆原料liào進行耐鹼腐蝕性能試驗yàn，旨在爲強耐鹼腐蝕性能néng麻豆材料liào的研發提供指導意見jiàn。

試驗原料爲wèi：富鋁鎂鋁尖晶石shí(AR90)、富鋁鎂鋁尖晶石shí(AR78)、白剛玉yù、板狀剛玉和紅柱石shí，粒度dùd≤0.088mm;CA2/MA復相材料經實驗預合而成chéng，粒度dùd≤0.088mm。鹼鹽由yóuKCl、K2CO3和héK2SO，按àn1：1：1的質量比組成chéng，其中zhōngKCl的純度爲wèi99.5%，K2CO3和héK2SO，的純度均爲wèi99.0%。採用快速圓片試驗法fǎ，其耐鹼腐蝕標準是線變化率爲wèi-2%~2%。分別將各原料與鹼鹽按àn7：3(質量比bǐ)的配比混勻yún，在行星球磨mó機上幹法混磨1h(258r·min)，在液壓機上以yǐ100MPa壓力壓制成chéngφ50mm×10mm的試樣yàng，經jīng110℃乾燥zào24h，於yú1300℃下保溫wēn5h備用yòng。

按ànGB/T5988-2007測量試樣加熱永久線變化率lǜ(Lc)，並進行熱力學分析xī，分別用yòngX射線衍射儀yí(X’PertPro，Philips)和掃描電鏡jìng(Philips，XL-30-TMP)對試樣進行物相分析xī和顯微結構分析。

2.1線變化率lǜ

試樣線變化率如表biǎo1所示shì。

表biǎo1含鹼鹽試樣線變化率lǜ

由表biǎo1中可知zhī，AR78、AR90和héCA2/MA復相材料試樣的線變化率較小xiǎo，均滿足耐鹼腐蝕標準zhǔn(-2%~2%)。板狀剛玉yù、白剛玉和紅柱石試樣的線變化率較大dà，均不滿足耐鹼腐蝕標準zhǔn。

2.2熱力學分析xī

剛玉和尖晶石與鹼鹽在高溫下發生的主要化學反應爲wèi

(1/11)K2O(s)+Al2O3(s)→(1/11)(K2O·11Al2O3)(s)(1)

式shì(1)中的反應可以看作是shìK2O和héAl2O3在一定溫度和壓力下形成固溶體鉀jiǎβ-Al2O3(K2O·11Al2O3)的過程chéng，將上述固溶體近似視爲理想溶液yè，則反應式shì(1)的吉布斯函數可表示爲wèi

△Gm=RT(XAl2O3·lnXAl2O3+XK2OlnXK2O)=RT((11/12)ln(11/12)+(1/12)ln(1/12))(2)

K2O·11Al2O3和héMgAl2O4在一定溫度和壓力下形成固溶體tǐKMg2Al15O25的過程爲wèi

(1/4)(K2O·11Al2O3)(s)+MgAl2O4(s)→(1/4)(K2O·11Al2O3·4MgAl2O4)(s)(3)

式shì(3)的吉布斯函數可表示爲wèi

△Gm=RT(XMgAl2O4·lnXMgAl2O4+XK2O·11Al2O3·lnXK2O·11Al2O3)=RT((4/5)ln(4/5)+(1/5)ln(1/5))(4)

由式shì(2)可以計算出chū1300℃下反應式shì(1)的吉布斯自由能爲wèi-3570.75J/mol，由計算可知zhī，在實驗溫度及jíK2O存在的條件下xià，Al2O3變成鉀jiǎ-Al2O3(K2O·11Al2O3)是一個熱力學自發過程chéng，而且溫度越高gāo，其自發過程能量越大dà。由式shì(4)可以計算出chū1300℃下反應式shì(3)的吉布斯自由能爲wèi-6538.96J/mol，表明由yóuK2O·11Al2O3和héMgAl2O4反應生成chéngKMg2Al5O25也是一個熱力學自發過程chéng。

紅柱石與鹼鹽在高溫下的主要化學反應過程爲wèi

K2O(s)+2Al2SiO5(s)→2KAlSiO4(s)+Al2O3(s)(5)

對反應式shì(5)中不同加熱溫度下的熱力學數據加以整理lǐ，結果如表biǎo2所示shì。反應式shì(5)中反應吉布斯自由能隨溫度的變化關係如圖tú1所示shì。

由圖tú1可知zhī，反應式shì(5)中反應吉布斯自由能均爲負值zhí，表明在zài1300℃溫度下紅柱石容易與yǔK2O反應生成鉀霞石和剛玉yù，且在生成鉀霞石和剛玉的同時伴隨有一定的體積膨脹zhàng，其體積膨脹率高達dá44.2%。

表biǎo2反應式shì(5)中各物質吉布斯自由能néng及反應吉布斯自由能

圖tú1反應式shì(5)中反應吉布斯自由能隨溫度的變化關係xì

2.3XRD物相分析xī

1300℃×5h條件下不同試樣與鹼鹽反應後的de的XRD圖tú譜如圖2所示shì。由圖tú2中可看出chū，AR78和héAR90與鹼鹽反應生成鉀jiǎβ-Al2O3(K2O·11Al2O3)、KMg2Al15O25和héK2SO4，CA2/MA與鹼鹽反應生成鉀jiǎβ-Al2O3和héKMg2A15O25，其生成物相衍射峯強度低dī，表明材料與鹼鹽反應程度小xiǎo，所引起的體積膨脹較小xiǎo。這是由於實驗選用的尖晶石shí均爲富鋁尖晶石，其在固溶róngAl2O3時發生了le3Mg2+—2Al3+非等價置換huàn，結果導致晶面間距和晶格常數減小xiǎo，使尖晶石材料結構緻密mì，從而能有效抑制鹼鹽的滲透和侵蝕shí。白剛玉和板狀剛玉與鹼鹽反應生成chéngK2O·11Al2O3，紅柱石與鹼鹽反應生成chéngKAlSiO4和héAlO3，其生成物的衍射峯強度較高gāo。這是由於yú與鹼鹽反應生成的新礦物相密度小於麻豆材料原始相密度dù，從而引起較大的體積膨脹zhàng。對應於表biǎo1中較大線變化率的試樣yàng，其材料抗鹼性能較差chà。

圖tú2 1300℃×5h條件下不同試樣與鹼鹽反應後的deXRD圖譜pǔ

2.4 SEM 顯微結構分析xī

1300℃×5h條件下不同試樣與鹼鹽反應後的deSEM照片如圖tú3所示shì，圖tú3中各微區成分如表biǎo3所示shì。由圖tú3及表biǎo3可知zhī，AR90與鹼鹽反應極少shǎo，尖晶石形貌結構較完整zhěng，成臺階狀分佈bù，殘留的de成塊狀團聚的K2SO4分散於尖晶石表面miàn。從圖tú3(b)可看出chū，球狀zhuàngCA2晶粒細小xiǎo，晶粒呈團簇狀分佈於yúMA晶間jiān，在zàiCA2及jíMA表面均有一種針狀物質存在zài，通過表biǎo3分析xī，該針狀物質是shìCA2/MA與鹼鹽反應後生成的鉀jiǎβ-Al2O3(K2O·11Al2O3)。由圖tú3(c)可知zhī，紅柱石的晶形呈放射狀集合體tǐ，結構疏鬆sōng，放射狀集合體被大量亮白色的物質隔斷duàn，結合表biǎo3分析xī，亮白色的de物質是紅柱石與鹼鹽反應生成的KAlSiO4。由圖tú3(d)及表biǎo3可知zhī，剛玉與鹼鹽發生反應後生成了大量的鉀jiǎβ-Al2O3，板狀剛玉晶粒被厚厚一層針狀的deβ-Al2O3所包裹guǒ，剛玉幾乎被鹼腐蝕盡jǐn。

總之zhī，對於尖晶石質材料liào，其抗鹼侵蝕性強qiáng，鹼鹽對其顯微結構影響不大dà;對於剛玉質zhì麻豆材料liào，鹼鹽對其晶粒表面的侵蝕由表及裏lǐ，反應生成的大量低密度化合物產生了較大體積膨脹zhàng，致使材料結構疏鬆sōng;紅柱石材料與鹼鹽反應後hòu，其晶粒lì

圖tú31300℃×5h條件下不同試樣與鹼鹽反應後的deSEM照片piàn

表biǎo3圖tú3中各微區成分fēn(XB/%)

表面生成了大量的deKAlSiO4，嚴重破壞了紅柱石的顯微結構gòu，且有較大的體積膨脹發生shēng，致使材料結構極爲疏鬆sōng。

()AR90、AR78和héCA2/MA與鹼鹽反應後生成少量的低密度鉀jiǎβ-Al2O3(K2O·11Al2O3)和héKMg2Al15O25，所引起的體積膨脹較小xiǎo，線變化率滿足zú-2%~2%耐鹼腐蝕標準zhǔn。

(2)板狀剛玉yù、白剛玉和紅柱石與鹼鹽反應後生成大量的低密度化合物wù，所引起的體積膨脹較大dà，線變化率均不滿足耐鹼腐蝕標準zhǔn。

(3)AR90、AR78和héCA2/MA復相材料的耐鹼腐蝕性能均優於白剛玉yù、板狀剛玉和紅柱石shí。