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中铝耐酸陶瓷研制及其耐酸腐蚀性能研究

作　者: 杨斌
导　师: 李玉平
学　校: 湖南大学
专　业: 材料学
关键词: 耐酸陶瓷机械强度腐蚀烧结温度保温时间
分类号: TQ174.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

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A1203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-Al2O3,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-Al2O3)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-Al2O3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。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第1章绪论  12-22
  1.1 前言  12
  1.2 硫酸吸收塔填料支撑体耐酸陶瓷  12-13
  1.3 耐酸陶瓷制备的研究现状  13-18
  1.4 耐酸陶瓷耐腐蚀性能的研究现状  18-20
  1.5 本文的研究目的和内容  20-22
第2章实验  22-27
  2.1 实验原料  22
  2.2 实验设备  22-23
  2.3 实验方法  23-26
    2.3.1 原料性能评价  23-24
    2.3.2 耐火度测试  24-25
    2.3.3 体积密度测试  25
    2.3.4 抗弯强度测试  25
    2.3.5 耐酸度测试  25-26
  2.4 表征手段  26-27
    2.4.1 扫描电子显微镜  26
    2.4.2 透射电子显微镜  26
    2.4.3 XRD衍射分析  26
    2.4.4 颗粒粒径分析  26
    2.4.5 综合热分析  26-27
第3章中铝耐酸陶瓷配方设计  27-36
  3.1 引言  27
  3.2 铝矾土和煅烧工业氧化铝性能评价  27-28
  3.3 可塑性粘土性能评价  28-34
    3.3.1 粘土的理化性能分析  28-29
    3.3.2 粘土的化浆性能分析  29-30
    3.3.3 粘土的可塑性能分析  30-31
    3.3.4 粘土的热失重和差热分析  31-33
    3.3.5 粘土的显微结构分析  33-34
  3.4 熔剂矿物性能评价  34
  3.5 中铝耐酸陶瓷配方设计  34-35
  3.6 小结  35-36
第4章研磨工艺对中铝耐酸陶瓷坯料制备的影响  36-46
  4.1 引言  36
  4.2 篮式砂磨机  36-37
  4.3 实验部分  37-38
  4.4 颗粒粒径分布的影响因素  38-43
    4.4.1 研磨时间对颗粒粒径分布的影响  38-40
    4.4.2 研磨体粒径对研磨的影响  40-42
    4.4.3 主轴转速对研磨的影响  42-43
  4.5 研磨条件优化  43-44
  4.6 小结  44-46
第5章中铝耐酸陶瓷烧结的影响因素研究  46-59
  5.1 引言  46-47
  5.2 烧结工艺  47-49
    5.2.1 确定烧成温度  47
    5.2.2 抗弯强度测试  47-49
  5.3 中铝耐酸陶瓷烧结的影响因素  49-58
    5.3.1 烧结助剂  49-51
    5.3.2 烧结温度  51-54
    5.3.3 保温时间  54-58
  5.4 小结  58-59
第6章中铝耐酸陶瓷耐腐蚀性能的影响因素研究  59-67
  6.1 引言  59
  6.2 中铝耐酸陶瓷耐腐蚀性能  59-62
    6.2.1 中铝陶瓷耐酸度  59-61
    6.2.2 中铝陶瓷酸腐蚀形貌  61-62
  6.3 耐酸腐蚀性能影响因素  62-66
    6.3.1 烧结温度对陶瓷腐蚀的影响  62-64
    6.3.2 保温时间对陶瓷腐蚀的影响  64-65
    6.3.3 腐蚀温度对陶瓷腐蚀的影响  65-66
  6.4 小结  66-67
结论  67-69
参考文献  69-73
附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录  73-74
致谢  74

中铝耐酸陶瓷研制及其耐酸腐蚀性能研究

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