纳米镁铝尖晶石粉体制备方法研究

ｐ 值 。将 干 凝 胶在 １５ ℃左 右保 温 ，便 可得 到平 均 粒径 为０ Ｈ ２ｏ ． ５ ｍ 的球形 Ｍｇ Ｉ Ａ ， 微粉 。另一 种方 法是 以异丙醇水溶 液将高纯 Ｍｇ 粉 Ｏ Ｏ 体 分 散 成 浆 体 ，再 将 异 丙醇 铝 水 解 得 到凝 胶 ，然 后 按 ｎＭｇ： （ ） ｎＡ１ ｌ 配料球磨混合２ ｈ，干燥后进行焙烧 ．１（ ℃时形成完善的 （ ） ：２ ＝ ４ ２｝ ０ ＭＡ 相结构 ，最 终可 得到纯度 高达９ ． ％ＭＡ 粉 体 。出于使用活性 Ｓ ９９ ９ Ｓ 高 ，粒 度 系Ａ１ ＯＯＨ凝胶 替 代Ａ１ ，混合过 程 中可 达到 高度 的均 匀 ， ｏ 性 ，在Ｊ 热至５ ０ ６ ０ Ｊ ｕ ０ ℃～ ０ ℃范围内会生成高活性 的Ａ ， Ｉ 。这种方法解 Ｏ 决了产物 的纯 度问题 ，可用于提拉法生 长尖品石单品材料 ，但产物粒 度偏粗 大，不适 于透明多晶体的制备 。
团 聚 。粉 体 的 比 表 面 积 在 Ｉ Ｏ ・ 上 ． Ｏｍ ｇ 以
（） １ 火焰 喷射热解 法 。火焰 喷射热解法 是将金属盐溶 液喷入到 Ｊ 热 的反应 器 中 ，引起溶 剂的蒸发 和燃烧 ，从 而直接 合成粉 体的方 Ｊ ｕ 法 。在２ ０ Ｊ 含有 三乙醇胺的铝 和镁的氧化 物或氢氧化 物的乙二 ０ ℃Ｊ 热 ｕ 醇悬浮 液 ，制备双醇盐尖 品石前驱 物。通过Ｊ 热溶解去除产物水 ，然 』 ｕ 后真空蒸发 去除乙二醇溶剂 ，形成 聚合物状前驱 物。用干乙烯醇稀释 前驱物 ，同时乙烯 醇也是附加的燃料源 。通过 气溶胶 发生器将前驱物 喷射 到燃烧 室 内 ，液 滴被怏速 燃烧 生成超 细 、均 ， 、品态的尖 品石 ｊ Ｊ 粉 ，改变输入速 度可以控制燃烧室 的温度 。该 法可制备高纯纳米级 的
（１） 传统 固相法 。Ｉ 刮相法 是崮体 与固体之 发 生化学反 应生成 新的固体物质的方法 ，反应温 度高于６ １ ０） ℃称为高温Ｉ 翊相反应 将 —
Ａ Ｉ 和ＭｇＨ Ｏ ） Ｏ （ Ｃ 分解后的 Ｍｇ 及添 剂均匀混 合后 ，在 ‘ ， Ｏ Ｕ 定的温 度下反应 制 备尖品石粉 ，添 Ｊ剂 为Ｂ． 和ＴＯ或Ｂｏ和 氟化物 （ｉ， Ｊ ｕ Ｏ ｉ ， ＬＦ Ｃ Ｆ，Ｚ Ｆ ．Ｂ Ｆ 的混合物 尖 品石合成转 化率在８ ％～ ５ ａ ， ｎ ． ａ： ） ５ ９ ％之 ， Ｊ 入ＢＯ 和ＴＯ复 合添 Ｊ 剂时 ，尖晶石粉的生成 量最大 传统 同相法 Ｊ ｉ ｕ Ｊ ｕ 是最简单 、最方便的合成尖 晶石工艺 ，但是需要较 高的 合成温度 ，同 时添』剂又会影响产物的纯度 ， Ｊ ｕ 无法满足 高技术 领域的要求 （ ） ２ 凝胶 固相法 凝胶 固相法是将初 始原料和有 机单体 、交联 剂 、引发 剂等混合形成凝胶 ，干燥 后经焙烧制备粉体 的方 法 此法制 备的ＭＡ 粉 体具有 颗粒 细小均 匀 、 度高和 分散性 好等 优点 一种 Ｓ 纯
４ 溶液蒸发法
燥过程 中容 易形成团聚 ，所以该体 系制备 的粉体烧结 性较差 ．烧结体
相 对 密 度 低 于９ ％ ；而 硫 酸 盐 体 系 制 备 的前 驱 物 含 有 ＭｇＯＨ） ５ （ 。 、
Ａ（Ｈ Ｉ ） Ｏ 、Ｍｇ １ １ Ｈ Ｏ ． ＡＯ ５ ， ，还有 少量 的碳 酸盐 和硫 酸根 离子 ，该 体系制备的粉体烧结活性较好 、 密度 高。 体 （ ２）共 沉淀法 ．此 法是在 同一溶液 中Ｊ 入沉淀 剂生成ｌ『 Ｊ ｕ ｕ种或两 种 以上 的沉 淀物 ，再经热 处理 来制 备粉体 的方法 。以Ａ Ｃ ・ Ｈ， Ｉ Ｉ ６ Ｏ、 Ｍｇ Ｉ ！ 为 原 料 … Ｈ ・ 作 沉 淀 剂 ，按 ｎＭｇ ） （ ｌ ｌ Ｃ Ｏ Ｈ ，Ｎ Ｈ （ Ｏ ：ｎ ！ ） ： Ａ Ｏ ＝ ｌ 配制 成浓度 为０ ｔ ｌ Ｌ 的混 合盐溶 液 ，在怏 速搅 拌 下缓 慢滴 入 ５ ． ｏ・ ５ ｏ 氨 水 ，将ｐ 值 渊整至 ｌ～ ２ ５ 下反 应 ３ ｍ ｎ 得 到 白 色絮 状凝 Ｈ ｌ ｌ ，６ ℃ １ ｉ ） 可 胶 ，经水洗 、离心 分离后于８ ℃干燥 ，并在 ９ ０ ５ ０ ℃下焙 烧ｌ ，便得 到 ｈ ＭＡ 粉体 。该 粉体成 分均匀 ，晶粒尺 寸４ ｎ Ｓ ０ ｍ．颗粒 近似球 形 ，无硬
镁铝 尖品石 （ 化学 式 为Ｍｇ ． Ａ１ ，英文 名称Ｍａ ｎ ｓ ｍ ｕ ｎｕ ０ ｇ ｅｉ Ａｌｍｉｉｍ ｕ 方法 是将ＭｇＯＨ） ・ Ｍｇ Ｏ ｆ Ｏ和Ａｌ 按 ｎＭｇ ：ｎＡ１ ｌ 进 行 （ ， ４ Ｃ ・’ Ｈ， ， ０ （ ） （ ） ：２ ＝
Ｓ ｉ ｌ 写为ＭＡ ） 主要用于耐火材料 、耐磨材料 、 细陶瓷 、 ｐｎ ，缩 ｅ Ｓ粉体 精 光性 能材料 、催化剂及其载体材料 等高技 术领域 随着激光 晶体材 料 和功能 材料的发 展 ，对 ＭＡ 粉体 的纯度 干粒度 、化学 均匀性 的要 求 Ｓ ｕ 越来越 高 近 年来 出现 许多新的制 备技术 ，如沉 淀法 、固柏法 、 溶胶 凝 胶 法 、溶 液 蒸 发 法 和 燃 烧 合 成 法 等 ， 文 将 这 些 制 备高 性 能 ．本 ＭＡ 粉 体 的 方法 进行 总 结 和对 比 ，期 望找 到解 决 粉 体 的纯 度和 粒 Ｓ 度、 化学均 匀性 等 题的途径 ，从而获取高性能 粉体 ，发挥其优越性
３ 水 热 合成 法
（ 均匀沉 淀法 。此法 利用 化学反应 ，将溶液 中的构 品离子从 ¨
溶液 中缓慢 均 匀的释放 出来 ，与溶液 中的Ｍｇ 和Ａ “ 成沉淀 ，经 过 ｌ 生 干燥 、焙 烧最 终制 得粉 体 。该方 法 采用２ 溶液 体 系来 制备 ＭＡ 粉 种 Ｓ 体 ：一种 是硝酸盐体 系 ，由Ａ （ ） Ｍｇ Ｏ Ｉ Ｎ 、 （ ： 、尿素 水溶液组成 的 Ｎ Ｊ 体系 ；一 种是硫酸盐 体系 ，山Ａ ： ｏ）、 Ｓ ． ｌｓ ， Ｍｇ Ｏ 、尿素 水溶液组成 的 （ 体 系 。按ｎＭｇ ：ｎＡ ） ｌ 进 行配 料 ，其 中Ｃ （ ） （ １ ：２ ＝ ． ｏ・一 １ ｌ Ｌ ．Ｃ ｍ ＝． ｏ ・ ～ ＝． ｔ ｌ １ ｍ ｌ Ｌ ，Ｃ 。 ０ ８ ｏ ・ ，分 别 Ｈ 、Ｈ Ｓ ， ｐ 值 调节 １ ￣ ０ｏ Ｎ Ｏ ￣ Ｈ 到２ ，在９ ℃水浴 分别加热 ２ ． 和３ ｈ ｏ ２ ｈ ８ ，生 成的沉 淀经 离心 分离后 于 ５ １０ 干 燥 ２ ｈ 再 经 过 ８ ０ 一 ０ ０ 焙 烧 ， 得 到 比 表 面 积 为 ０℃ ４， ｏ ℃ １０ ℃ ２ ６ ｇｉ ５ ６ｍ ・ － 的ＭＡ 粉 体 硝 酸盐 体 系制 备 的前驱 物 含有 非 品态 的 Ｓ Ａ（ Ｈ Ｉ ） Ｏ 、Ｍｇ ＩＯ ）・ Ｈ Ｏ 。 Ｈ ． ３ 以及 少量的碳酸盐 和硝酸根离 子 ，在干 Ａ（
２ 固 相
为５ ～ １ ｇ－ ～ ０ ｌ １ ｈ ，粉体受污染少 ，没备简单 ： ｗ ｆ ２）蒸发分解 法 。蒸发 分解 法是利 用溶剂蒸发 和盐类 自身分解 生 产粉状 物 ，再经焙烧制备粉体 的方法 。Ａ ａ ｄ ｋＡ．Ｋ ｌ１ ｔ 等将ＡＩ ５ （ ） ＮＯ 和ＭｇＮ ・ ＨＯ 于蒸 馏水 Ｌ ，并 Ｊ 入聚 乙烯薛 ，其作 用是使金 （ Ｏ ） ６ ，溶 ， ｝ ｜ Ｊ ｕ
技 术 创 新
南肛科 技 １ ５ Ｊ０ ９１ 期 ４ 年第
纳 米 镁 铝 尖 晶 石 粉 体 制 备 方 法 研 究
辛 辉 朱 玉 丽
（平 顶 山 工 业 职 业 技 术 学 院 化 工 系 ）
摘 要 针 对 目前 常见的镁铝尖 晶石粉 体制备的 工艺方法和产物 的性 能特征进行 对比分析 ，找到能够 兼顾粉体 的粒度和纯度 两个 重要性能指标的工 艺方法 利 用金属 醇盐为前驱 物，结合物理手段 ，可以实现粒度 与纯度兼顾的 目标 关 键 词 镁 铝 尖 晶 石 粉 体 制 备 方 法
水热 合成 法一 般 以氧化物 或氢 氧化物 为原料 ，在密封 压 力容 器 中 ， 以 水 为 溶 媒 ，在 高 温 高 压 条 件 下 制 得 粉 体 。 以 Ａ （ Ｈ Ｉ ） Ｏ 和
Ｍｇ Ｈ ． （ ） Ｏ 为原料 ，经水热 合成过 程 ，在４ ａ ５ ℃条件下制备组 成 ＭＰ 、２ ０ Ｍｇ Ｈ Ａ Ｏ Ｈ （ ） Ｏ 和（ １ Ｏ ）的复 合粉体 ，其 粒径 在２ ０ ｍ —１ 范围 ，经过焙 烧 制得尖 晶石粉体 。水热法可 获得Ｊ ｎ 到 儿十ｎ 的粉 体 ，粉体 晶粒 Ｌｍ ｍ 发 育较完整 ，粒径 分布均匀 ，团聚程度低 ，易得到合适的化学 汁量物 和 品粒 形态 ，并且制 备过程 污染小 、 成本低 ， ｔ 生产 周期较长 。
６ 燃 烧 合 成 法
技 术 创 新
．
燃烧合成法是利用反应物 燃烧的热效应在短时 内产生高温来 合成粉体的方法。此法将Ｍｇ Ｏ ・ Ｈ Ｏ、Ａ （ Ｏ ） ・ ＨＯ （ ６ Ｎ Ｉ ９ ： 和尿素溶 Ｎ
ＭＡ 制得的粉体 不含多孔层 ，成 分均 匀性优于ＭＡ 由此可 见，丙三 Ｇ 醇可 以阻止Ｍｇ 的 偏析 ，使尖晶石的化学成分更 『均匀 ： Ｏ Ｊ ｕ （ 冷冻 干燥法 冷冻干燥法 是将金 属盐 水溶液 喷雾到低温液 ４）
由肛精 ２ １年鄹期 ９１
体上 ，使 液滴瞬时决速冷冻 ，然后在低温降压 条件 下升华脱水 ，再通 过热 分解 制备粉体 的方法 。以洁净的铝溶胶和 甲氧基镁作为起始反应 物， 按配 比将锚溶胶缓慢 引入到 甲氧基镁溶胶 中便可形成尖 品石前驱
尖品 石粉 ，平均粒 径可达 ２ ～ ５ ｍ，比表面 积为４ 一 ０ ・ ～ ５４ｎ Ｏ ６ ｍ： ｇ ，产 量
沉淀法是 最简 、最方便的湿化 学法 ，但其致命缺陷是很难制 得 高纯产物 ：从 制备过 程看 ，当全部 原料 试剂和添Ｊ 剂均为分析纯时 ， Ｊ ｕ 最终 产物 的纯度仍达 不到． ．％；另外 ， 体的 聚是 湿化学法普遍 ）９ ９ 粉 存在的问题 ，为解决颗粒 团聚Ｊ 入的添Ｊ 剂也会影响粉体的纯度 。 Ｊ ｕ Ｊ ｕ
能。
１ 沉淀 法
混 合” ’ ，有机 单体 丙烯酰胺 （ — Ｏ 为 凝胶 ，Ｎ，Ｎ 亚 甲基双 丙烯 ｃＨ Ｎ ） ’ 一 酰胺 为交联 剂 ，过 硫酸 铵（ Ｈ） Ｏ水 溶液为 引发剂 ，４ 基乙二胺 Ｎ Ｓ ， 一
（ ） 催 化 剂 ，选 用 Ｊ ２ １ ｃ Ｈ Ｎ， 为 Ａ一 ８ 试剂 为 分 散 剂 ，用 ＮＨ ・Ｈ Ｏ 节
属离子均匀嵌 入在 聚合物 的删络结构中以防 偏析和沉 聚。将 混合液在 １１１０ ３） ６ ℃下 热并不 断搅拌蒸发 ，随着溶 剂减少 ，硝 酸盐离 子形成 ～ Ｕ 使聚 乙烯 醇 分解的 氧化环 境 ， 、当溶 剂完全蒸发 后 ，硝 酸盐 自身也 分 解 ，形成松软的粉状物 ．在 ｌ）ｌ （｝℃焙烧２ 便可生成品态 的尖 品石粉 ， （ｌ ｈ wk.baidu.com粒尺寸约为３ ｈ Ｏ ｍ ｆ 气 溶胶热 解法 ， Ｍｇ Ｏ ） ・ Ｈ Ｏ ３） 用 （ ＾ ， 和Ａ （ Ｏ ・ ＨＯ Ｎ ， Ｉ ９ 配制 Ｎ 成 一定浓 度的溶液 （ ＭＡ） ，并 Ｊ 入ｗｔ．％丙三阵形 成溶液（ Ｊ ｕ Ｏ５ ＭＡＧ） 经 气溶胶发 生器喷至反应器 内 ，经过 干燥 、热解 、氧化和结 晶化，最终 制 得粉体 该法制 备的粉体 为球 形 、 度分布很窄 、无 团聚 ， 粒 但粉体 微 粒常 为厚壁 中空 球 。Ｔ Ｍ分析 显示 由ＭＡ Ｅ 所制得 的微粒表面有一 多 孔 层 ，该 多孔层 为热 分解过 程 中Ｍｇ 从 中心 偏析至表 面所 致 ，而 由 Ｏ