1.CaO-Al2O3系耐火材料的發展應用:
隨著社會的進步和工業的快速發展,能源問題已經成為現今人們最為關注的內容之一,能源的短缺制約了經濟的發展和生活水平的提高,六鋁酸鈣正是在這種前提下走入了人們的視線中。
對CA的研究可以追溯到20世紀初對CaO-Al2O3和CaO-Al2O3-SiO2兩個系統相圖的研究。CaO-Al2O3和CaO-Al2O3-SiO2兩系統的相平衡關係早在1909年和1915年便被研究過,只是沒有提到C6這個化合物。直到1949年才被確定它在CaO-MgO-Al2O3-SiO2系中的穩定區。1957年在研究四元系高鋁相區的相平衡時,證實了CA的存在。
我國學者高振昕於1956年在燒結礬土的鈣質溶洞中就發現結晶異常完好的CA6,並做了化學分析和顯微結構觀察,在20世紀70年代末補做了X射線分析和掃描電鏡形貌分析。高振昕用不同的分析手段有效地鑑別了剛玉和CA,為CA的深入研究奠定了基礎。
六鋁酸鈣作為一種新型環保、隔熱性能優良的保溫隔熱材料已經引起了國內外研究人員的高度重視,它與傳統的耐火材料相比有著諸多的優異的耐火性能。
(1)在鹼環境中有足夠的抗化學侵蝕能力;
(2)在還原氣氛中高度穩定,抗熱衝擊性能高;
(3)自身導熱係數低,膨脹係數接近氧化鋁;
(4)在幾種多元系統中有較低的溶解性等。
由此可見,六鋁酸鈣因其特有的晶體結構和性質,使其作為新型的耐火材料得到重視,在高溫行業中具有廣泛的應用前景。
2.CAO-Al2O3系耐火材料CA6的結構性能:
六鋁酸鈣(CaAl2O19,簡寫為CA6,礦物名稱:黑鋁鈣石)是CaO-Al2O3系中Al2O3含量最高的鋁酸鈣相,其理論密度為3.38g/cm3,熔點高達1875℃,熱膨脹係數為8.0×10-6℃-1,與Al2O3(8.6×10–6℃-1)非常接近,這說明在兩種材料之間的膨脹失配可能性低,兩種材料可以按照技術以任何比例配合使用。從礦物的膠凝性來看,六鋁酸鈣是一種具有較強抗水化能力的鋁鈣系耐高溫化合物,基本無水化活性,是目前備受關注的一種耐火材料。
從CaO-Al2O3系相圖可知,CaO-Al2O3系統有5個化合物,它們是C3A、C12A7、CA、CA2和CA6。其中C3A和CA6為不一致熔化合物,其餘為一致熔化合物。但有資料介紹,C12A在通常溼度的空氣中為一致熔化合物,若在完全乾燥的氣氛中發現C3A與CA在160℃形成低共熔物,組成(質量分數)為50.65% Al2O3、49.35% CaO。故此時一致熔化合物C12A在狀態圖中便沒有它的穩定相區。相圖中所有化合物幾乎都為矽酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥中的重要物相。
鋁酸三鈣(C3A)是鋁酸鹽水泥中的重要礦物,在白雲石耐火材料中也可能見到,它在加熱到1535℃時分解為CaO和液相。C3A與水反應強烈,當鋁酸鹽水泥中C3A多時,水泥就會硬化過快。
鋁酸一鈣(CA)是高鋁水泥、鋁-60水泥和氧化鋁水泥的主要礦物成分一般呈無色柱狀或長條片狀晶體,屬於單斜晶系,密度2.98g/cm3,硬度6.5,熔點1600℃。遇水後將發生水化反應而硬化。但水化溫度不同,水化產物有差別。
水化產物中,CAH10(CA·10H2O)稱為水化一鋁酸鈣,針狀或板狀結晶,強度高,C2AH8(CA·8H2O)稱為水化二鋁酸鈣,結晶狀態與水化一鋁酸鈣類同,C3AH6(C3A·6H2O)稱為水化鋁酸三鈣結晶呈偏三八面體或立方體,結晶體強度偏低,AH3(Al2O3·3H2O)稱為鋁膠,顆粒狀。
二鋁酸一鈣(CA2)是鋁-70水泥的主要礦物成分,也是鋁-60水泥、氧化鋁水泥和高鋁水泥的礦物組成之一,它呈柱狀或針狀無色晶體,屬四方晶系,密度2.91g/cm3,熔點1750℃,CA2與CA相比,其熔點高,水化速度較慢,早期強度低,後期強度高。遇水水化反應與CA類似,只是水化產物中,鋁膠AH3較多。
七鋁酸十二鈣(C12A7)是鋁酸鹽水泥中的一種次要礦物成分,屬立方晶系,圓粒狀或八面體結晶,密度2.69g/cm3,熔點1415℃。C12A7遇水具有速凝特性,在水泥中含量不宜太多。在電熔氧化鋁水泥中,往往含有一定量的C12A7,因此凝結速度快,需加緩凝劑後使用。
六鋁酸一鈣(CA6),存在於鋁酸鹽水泥中,一般為六方板狀晶體,在1850℃不一致熔,形成剛玉和液相。CA6的水硬性很弱,幾乎無膠凝性。一般來說,在鋁酸鈣礦物中隨著Al2O3含量的增加,熔點升高,但膠凝性質下降。