高铝水泥与磷酸盐结合剂在耐火浇注料的使用

 

磷酸盐结合剂的物理化学性质

     无水纯净的磷酸为无色的斜方柱状晶体,易溶于水,熔点42℃,P205=72%。磷酸一般为无色粘稠的液体,是不挥发非氧化性中强酸。磷酸为高沸点的三元酸(k1-7.1X10-3,k2=6.3X10-8、k3=4.4×10-3),与大多数金属易迅速反应,析出氢气和生成相应的磷酸盐:与碱性氧化物反应可以生成三种类型的盐(正盐、一氢盐、二氢盐),至于生成那种盐主要根据磷酸与碱的量来确定,一般与弱碱性
氧化物作用以生成酸式磷酸盐为主。

磷酸二氢铝

    磷酸二氢铝胶结剂是由磷酸(HPO1)和氢氧化铝A1(OID为原料配制的:将15.9g的磨细的A1(OlD)3与浓度为60%(比重1.42g/cm)的100gHO,混合后,加热到60-80℃,约1h,或煮沸8-10min。正磷酸(HPO1)和氢氧化铝反应的中和程度(Nm)不同而形成各种磷酸铝胶结剂,这里的Nm=A1O/PO100%(克分子)。正磷酸HPO的中和程度最小Nm=0,磷酸铝APO的中和程度最大Nm=100%。中和程度对磷酸盐胶结剂的胶凝性能影响最大,只有酸性磷酸盐(Nm100%)才具有胶凝性能。Nm为3367%的磷酸铝胶结剂都具有良好的胶凝性能。以Nm=35-48%水分不大于60%的胶结剂的胶凝性为最好中和程度Nm〈30%的磷酸铝是透明的粘稠液体,Nm=30-70%的是乳白色的粘稠悬浮液。大多数人认为磷酸铝溶液是由HA1(PO1)22H0组成的。这些溶液是一种无毒的多电解质溶液,对皮肤的侵蚀比水玻璃小得多。

磷酸盐结合的高铝质耐火材料胶凝硬化和增强机制

    磷酸盐结合的高铝水泥质耐火材料的硬化机理是磷酸盐胶结剂与物料的化学反应和黏附胶结的结果。化学反应是由于生成含水的磷酸二氢铝,磷酸一氢铝以及它们的聚合作用。胶结剂中的正磷酸和磷酸盐完全中和时则生成不溶于水的磷酸铝,从而材料具有强度。

    胶结剂中原有的或新生成的不同中和程度的磷酸盐起初在材料中处于胶体状态,而材料颗粒表面上存在一层磷酸盐或正磷酸盐的胶体薄膜,起黏附作用,但强度较低。在干燥过程中,材料受热而失去物理水和部分化学结合水,提高了磷酸盐的浓度。同时,加热过程中磷酸盐与氧化物反应,磷酸二氧铝转化为磷酸一氢铝,这样材料由黏附作用转化为化学作用。

    加热有助于胶结剂中产生新的化合物,也提高了黏附性能,且胶体状的磷酸盐转变成结晶状的,因此,材料强度得到提高。随着加热温度提高,强度进一步提高,是由于形成AIPO4和A1の2的链状和环状四面体构成聚合骨架的结果。

    磷酸盐结合的高铝质耐火材料在中温下(300-1000℃)加热实际上没有强度损失,或损失不大。这是因为化学结合水是逐渐失去的,磷酸盐胶结作用逐渐被陶瓷结合作用所代替的缘故。些磷酸盐在1000-1200C由结晶状态转化成液相,在此温度范围内材料存在液相是有利的,它可以加速材料的低温烧结,提高材料的强度。

磷酸盐结合的高铝质不定形耐火材料

    我国于70年代初研制了性能优良的用于砌筑高炉用的高铝砖的701泥浆。其配比为,A2O3含量>70%的高铝矾土熟料,粒度要求<0.125mm,其中<0.088mm占65-80%,结合剂为浓度85%,比重1.7的工业磷酸15-17.5%(外加),增塑剂为浓度1-4%的牛皮胶水18-24%(外加)。环境温度20℃,以上,泥浆经24h困料后即可使用。

    该泥浆还可用于焦炉喷补。701泥浆性能如下:耐火度>1770℃,抗渣,抗铁性能均优于铝酸盐水泥,热膨胀率与高铝砖近似,加热到1400C为1~-1.2%:加热到300℃以上就具有一定的粘结强度,1400℃烧后冷态强度为4.0-12.0MPa:1350℃的热态粘结强度为1.2-5.0MPa:该泥浆保水性好,採砖时间(粘结时间)20-30s不流淌,无花脸和空隙。

 

 

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