耐火材料結合劑磷酸鹽盤點技術大全分析總結
耐火材料結合劑磷酸鹽,以酸性正磷酸鹽或縮聚磷酸鹽為主要化合物并具有膠凝性能的無機材料。它是由磷酸與氧化物或氫氧化物或堿反應生成的耐火材料結合劑。磷酸鹽結合劑的結合形式屬化學反應結合或聚合結合。磷酸與堿金屬或堿土金屬氧化物及其氫氧化物反應生成的結合劑多數為氣硬性結合劑,即不須加熱在常溫下即可發生凝結與硬化作用。磷酸與兩性氧化物及其氫氧化物或酸性氧化物反應生成的結合劑多數為熱硬性結合劑,即須經加熱到一定溫度發生反應后方可產生凝結與硬化作用。磷酸鹽用作耐火材料的結合劑在產生陶瓷結合之前的中、低溫范圍內具有較強的結合強度,所以被廣泛用作不定形和不燒耐火材料的結合劑。
但作為耐火材料結合劑的磷酸鹽則分為兩類:
(1)正磷酸鹽結合劑,即含一個磷原子化合物的結合劑,如磷酸二氫鋁(Al(H2PO4)3)、磷酸一氫鋁(Al2HPO4)3);
(2)縮聚磷酸鹽結合劑,即含2個磷原子以上的磷酸鹽化合物,如三聚磷酸鈉(Na5P3O10)、六偏磷酸鈉((NaPO3)6)等。正磷酸鹽結合劑又可按其化合物名稱命名,主要有以下幾種:磷酸鋁結合劑,磷酸鋯結合劑,磷酸鎂結合劑,磷酸鉻結合劑和復合磷酸鹽結合劑等。適合作耐火材料結合劑的縮聚磷酸鹽主要有:焦磷酸鈉(Na4P2O7),三聚磷酸鈉,六偏磷酸鈉、超聚磷酸鈉(Na2P4O11)等。
磷酸鎂結合劑可作剛玉質、尖晶石質和鋯英石質等耐火材料的結合劑。
3磷酸鉻結合劑
磷酸鉻結合劑用正磷酸與含鉻材料反應制得。所用的含鉻材料有鉻酸酐(CrO3)、氧化鉻、氫氧化鉻、揮發性酸的鉻鹽或鉻鐵礦。用CrO3 制備時可將CrO3 直接加入濃度為60%的磷酸中攪拌即可制得。此種結合劑受熱后CrO3 還原成Cr2O3,從而生成鉻的磷酸鹽。用其他含鉻材料制備時,可用密度為1.7g/㎝ 3 的正磷酸混合,加熱即可制得膠結性良好的綠色液體
4復合磷酸鹽結合劑
復合磷酸鹽結合劑有鋁鉻磷酸鹽、鎂鉻磷酸鹽和鈉鉻磷酸鹽等結合劑。鋁鉻磷酸鹽結合劑是用鋁的磷酸鹽與50%~60%鉻的磷酸鹽混合攪拌制得,以其組成為Al2O3?Cr2O3?2P2O5 的結合劑具有較好的膠結性能,這種結合劑可長期保存而不影響其結合性能。鎂鉻磷酸鹽結合劑是用MgO 和Cr2O3 的混合物與正磷酸反應而制得。鎂鉻磷酸鹽結合劑的化學組成列于表4。鈉鉻磷酸鹽結合劑是用重鉻酸鈉Na2cr2O7?2H2O 與正磷酸混合反應制得。其配制比例為30%~60%的重鉻酸鈉,10%~70%的濃度為60%的正磷酸和適量的水,可視使用條件不同加以調整。
5三聚磷酸鈉結合劑
三聚磷酸鈉結合劑用正磷酸和純堿為原料經過中和和聚合而制得的。三聚磷酸鈉分子式為Na5P3O10,又稱焦偏磷酸鈉或三磷酸五鈉。
三聚磷酸鈉為白色粉末,表觀密度為 0.50~0.75g/Cm3,熔點為622 度,易溶于水,水溶液的pH 值為9.4~9.7。三聚磷酸鈉在水中的溶解度有瞬時溶解度和最終(穩定平衡)溶解度之不同,在室溫下瞬時溶解度約為35g/100gH2O,最終溶解度約為15g/100gH2O.其溶解度與溫度的關系列于表5。用三聚磷酸鈉作為堿性耐火材料的結合劑,加水溶解后會水解成磷酸二氫鈉和磷酸一氫鈉,此兩種化合物會與堿性耐火材料中的MgO 反應生成鈉鎂磷酸鹽而產生結合作用
6六偏磷酸鈉結合劑
六偏磷酸鈉結合劑由純堿和正磷酸制得磷酸二氫鈉,再經加熱脫水和縮聚而制得。制得的六偏磷酸鈉熔體為玻璃狀。此鹽最早為格雷哈(Graham)發現,故又稱為“格雷哈姆鹽”。六偏磷酸鈉是玻璃體狀磷酸鈉鹽系列中的一種。其組成結構主要取決于Na2O/P2O5的比值。玻璃狀磷酸鈉鹽的Na2O/P2O5 比值為1.0~1.7,而六偏磷酸鈉中的Na2O/P2O5 比值為1。其結構為長鏈狀
磷酸鋯結合劑搭配微孔結合劑使用,可有效降低陶瓷的燒結溫度,延長陶瓷使用壽命!
使用
應用在耐火材料工業中,正磷酸鹽主要用作中性和酸性耐火材料的結合劑,縮聚磷酸鹽主要用作堿性耐火材料的結合劑。
正磷酸鹽結合劑的主要化合物為磷酸二氫鹽和磷酸一氫鹽,它們會與堿性耐火材料中的堿性氧化物,如MgO 和CaO 發生劇烈的中和反應而產生瞬間凝固,難以施工。同時由于凝固速度太快難以形成致密的結構,因此堿性耐火材料一般不用正磷酸鹽作結合劑,而是使用縮聚磷酸鹽作結合劑。
正磷酸鹽用作中性或酸性耐火材料結合劑時,視使用場合不同還須加少量的外加劑方可使用,如用于作耐火澆注料的結合劑時,必須加促凝劑,如鋁酸鈣水泥、電熔或燒結鎂砂粉、NH4F 等,以便在施工完畢后能發生凝結與硬化作用。又如用作可塑耐火材料,修補料和搗打料的結合劑時,則須加保存劑,如草酸、檸檬酸、酒石酸等,以使其在儲存和運輸過程中酸性磷酸鹽不與耐火材料中的氧化物(如Al2O3)反應生成不溶性的正磷酸鹽,使混合料過早變干而失去作業性。
堿性耐火材料所用的縮聚磷酸鹽主要是三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉??s聚磷酸鹽水溶液呈堿性,pH>8??s聚磷酸鹽須經水解方可與堿性耐火材料發生反應生成新物相而起結合作用。
縮聚磷酸鹽與堿性耐火材料的反應速度緩慢,因此用它們作為堿性耐火材料的結合劑時具有足夠的施工時間??s聚磷酸鈣鹽既可作不燒磚(如鎂磚、鎂鋁磚、鎂鉻磚等)的結合劑,又可作澆注料、噴補料的結合劑。