整理磷酸鹽結(jié)合劑

1、精品文檔磷酸鹽結(jié)合劑創(chuàng)立時(shí)間：2021-08-02磷酸鹽結(jié)合劑phosphate binder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(wú)機(jī)材料.它是由磷酸與氧化物或氫氧化物或堿反響生成的耐火材料結(jié)合劑.磷酸鹽結(jié)合劑的結(jié)合形式屬化學(xué)反響結(jié) 合或聚合結(jié)合.磷酸與堿金屬或堿土金屬氧化物及其氫氧化物反響生成的結(jié)合劑多數(shù)為氣硬 性結(jié)合劑,即不須加熱在常溫下即可發(fā)生凝結(jié)與硬化作用.磷酸與兩性氧化物及其氫氧化物 或酸性氧化物反響生成的結(jié)合劑多數(shù)為熱硬性結(jié)合劑,即須經(jīng)加熱到一定溫度發(fā)生反響前方可產(chǎn)生凝結(jié)與硬化作用.磷酸鹽用作耐火材料的結(jié)合劑在產(chǎn)生陶瓷結(jié)合之前的中、低溫范圍 內(nèi)具有較強(qiáng)的結(jié)合強(qiáng)度,

2、所以被廣泛用作不定形和不燒耐火材料的結(jié)合劑.分類磷酸鹽的分類一般是以其化合物中所含的金屬氧化物M20與五氧化二磷P2O5的摩爾比R=M2O/P2O5來(lái)區(qū)分,其分類見表1.表1磷酸鹽結(jié)合劑的分類-«稱/(-MrO/PjOs分子式結(jié)構(gòu)正隔啟鹽含的結(jié)辛鹽2>R>1M 卄 jP *041 » = 2t4* 贊狀結(jié)構(gòu)的謂龍鹽(MPOa)vn1 4環(huán)狀或長(zhǎng)鏈狀趙聚硝戰(zhàn)鹽環(huán)狀.撬狀相互結(jié)tJR 0(PjOU.連續(xù)結(jié)構(gòu)但作為耐火材料結(jié)合劑的磷酸鹽那么分為兩類：1正磷酸鹽結(jié)合劑,即含一個(gè)磷原子化 合物的結(jié)合劑,如磷酸二氫鋁ALH2PO43、磷酸一氫鋁AI2HPO43；縮聚磷酸鹽結(jié)

3、合 劑,即含2個(gè)磷原子以上的磷酸鹽化合物,如三聚磷酸鈉Na5P3O10六偏磷酸鈉NaPO36 等.正磷酸鹽結(jié)合劑又可按其化合物名稱命名,主要有以下幾種：磷酸鋁結(jié)合劑,磷酸鋯結(jié) 合劑,磷酸鎂結(jié)合劑,磷酸鉻結(jié)合劑和復(fù)合磷酸鹽結(jié)合劑等.適合作耐火材料結(jié)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.磷酸鋁結(jié)合劑用氫氧化鋁與磷酸反響而制得,其反響式如下：Hhicmcu.-dtfr課* i寸 j的材啊 MKU-WAJ&ni;n I1k j, |- i .3. H -世他円鼻査Kt« 1<JU WMtt1 a利=*幻-MbO

4、r&c.ijpY 1 J眸世-44就幅喑站 A!jlfc Al TH蠶.心4 FjifX fbom-nNi反響生成的鋁的磷酸鹽也可用如下方式表示:*方Kfen甫a牛部NBPQ奄氏±L»JI J-3li -i. -A"lJ* 4f-ttdE-RB-lftC :HH-iv tm-ft-由此可計(jì)算出所生成的不同磷酸鹽中 AL2O3與P2O5摩爾比,一般用此摩爾比的百分?jǐn)?shù) 來(lái)表示磷酸鋁結(jié)合劑的中和度(Nm): H5 RWMN- 仔.Mr*faBdfai純粹磷酸的 Nm=0 AI(H2PO4)3 的 Nm33% AL2(HPO4)3的 Nm67% A1PO2的 Nm

5、lOO% 中和度對(duì)正磷酸鋁結(jié)合劑的膠凝性能影響很大.一般Nm在33%-67%之間的磷酸鋁結(jié)合劑具有較好的膠結(jié)性能,也即具有膠結(jié)性能的磷酸鋁化合物主要為磷酸二氫鋁(又稱一代磷酸鋁或雙氫磷酸鋁)和(磷酸一氫鋁)(又稱二代磷酸鋁).這類磷酸鹽結(jié)合劑有液體狀的和固態(tài)粉 末狀的.液體狀的是用活性AI(OH)3與H3PO4直接反響制得.中和度Nm<45的磷酸鋁結(jié)合劑是透 明的粘稠溶液,Nm>45的是乳白色粘稠懸浮液,一般以 Nm=35%45%水分含量不大于60% 的磷酸鋁結(jié)合劑的膠結(jié)性能為最好.此種結(jié)合劑為AI(H2PO4)3與AI2(HPO4)3或AIH3(PO4)3?3H2O的混合物.固態(tài)

6、粉末狀磷酸鋁結(jié)合劑是用液狀磷酸二氫鋁為主要的溶液在 常溫下真空蒸發(fā),之后在空氣中于95C左右蒸發(fā)制得,工業(yè)上是用噴霧枯燥器噴霧枯燥制得. 固體磷酸二氫鋁結(jié)晶形態(tài)為斜方六面體結(jié)晶,有極強(qiáng)的吸水性,遇水易溶解.液狀磷酸鋁結(jié)合劑的粘度與溫度、濃度和組成有關(guān).粘度隨磷酸二氫鋁含量的提升而增 大,如圖1所示.在同樣的濃度下,粘度那么隨著溫度升高而下降,如圖2所示.而組成與AL2O3/P2O5摩爾比有關(guān),其粘度隨 AL2O3/P2O5摩爾比的提升而增大,如圖 3所示.艸冊(cè)Aa *£Ut站 PAxi減和h -tm(MFI),UMi(K：W)HU(FA).圖IAI(H2PO4)3含量對(duì)磷酸鋁結(jié)合劑粘

7、度的影響$ XHi0 *Mim呦1N-!i Ii li "'刪1=1呱詞llwmm秫啣1=4圖2溫度對(duì)磷酸鋁結(jié)合劑粘度的影響S &Hit nmilIMtimm&O1兒+刖列?=4i t li "'UKfl=IKPOi), ifeIJl>Mi=D圖3AL2O3/P2O摩爾比對(duì)磷酸鋁結(jié)合劑粘度的影響磷酸鋁結(jié)合劑加熱過(guò)程中發(fā)生的相變化與其AL2O3/P2O5摩爾比有關(guān),以原始組成AL2O3/P2O5=0.43為例,其加熱過(guò)程相變化示于圖 4.Nm=0.43的磷酸鋁結(jié)合劑其組成物有 AI2(HPO4)2、AI(H2PO4)3和ALH3(PO4)

8、2BH2Q 3種化合物加熱過(guò)程相轉(zhuǎn)變是不同的.但加 熱到約1300E以上時(shí)均轉(zhuǎn)變?yōu)锳LPO4鱗石英型的).加熱到大于1760E時(shí),AIPO4也會(huì)逐漸 分解成AL2O3并逸出P2O5磷酸鋯結(jié)合劑用氫氧化鋯與正磷酸反響可制得磷酸鋯結(jié)合劑,其反響如下:K 1bjis!. h L*肛】iNNiLIdEliKIJJtX|卯|反響生成的鋯的磷酸鹽也可寫成如下形式:1 *卜IMHittiWU!1l|£軸1輸lilt41W冊(cè)同磷酸鋁結(jié)合劑一樣,磷酸鋯結(jié)合劑中具有膠結(jié)性能的化合物為磷酸二氫鋯和磷酸一氫鋯,也即中和度Nm在0.51之間具有膠結(jié)性能.此類結(jié)合劑不適于長(zhǎng)期保存.表 2為各種 鋯的磷酸鹽的化學(xué)

9、組成.表2鋯的磷酸鹽結(jié)合劑的化學(xué)組成M jC >/PC>A輅網(wǎng)Ar ai忙硝味子的幻!r +<£=« A 1!> P-O * 3« = 2 3 v -1 «"0氏H亠n n® 3 .4環(huán)秋五民4秋1 A/2 AQjtMjzO 環(huán)帳' M：鐵楨互細(xì)劉枕化'7-HS掄一D磷酸鎂結(jié)合劑用正磷酸與鎂質(zhì)材料反響制得,可采用的鎂質(zhì)材料有氧化鎂、氫氧化鎂、輕燒鎂砂等、正磷酸與氧化鎂反響生成的鎂的磷酸鹽中只有Mg(H2PO4)2可溶于水中,其組成為11%Mg和89%H3PO4因此磷酸鎂膠結(jié)劑就是磷酸二氫鎂的溶液

10、.磷酸二氫鎂的配制方法：按MgO/P2O5=,將必要數(shù)量的鎂質(zhì)材料分批地倒入濃度為 60% 的正磷酸溶液中,每倒入一批物料都須仔細(xì)不斷攪拌直至MgC完全溶解.此溶解反響時(shí)會(huì)釋放出大量的熱,因此必須將反響器置于流水中冷卻.冷卻后的溶液經(jīng)過(guò)過(guò)濾即可制得液狀磷 酸鎂結(jié)合劑,也可將磷酸二氫鎂溶液經(jīng)過(guò)噴霧枯燥后制得粉狀磷酸二氫鎂使用.磷酸二氫鎂加熱過(guò)程中會(huì)發(fā)生如下脫水和轉(zhuǎn)化反響:貞一 MIjCVPQ,jk3K 1 f H辛勧第牌z>jr=RiMu+.n®W* S r4 a M » li 4rMJTl -尹心RY磷酸鎂結(jié)合劑可作剛玉質(zhì)、尖晶石質(zhì)和鋯英石質(zhì)等耐火材料的結(jié)合劑.磷酸鉻

11、結(jié)合劑用正磷酸與含鉻材料反響制得.所用的含鉻材料有鉻酸酐CrO3、氧化鉻、 氫氧化鉻、揮發(fā)性酸的鉻鹽或鉻鐵礦.用 CrO3制備時(shí)可將CrO3直接參加濃度為60%勺磷酸 中攪拌即可制得.此種結(jié)合劑受熱后CrO3復(fù)原成Cr2O3,從而生成鉻的磷酸鹽.用其他含鉻 材料制備時(shí),可用密度為1.7g/ cm 3的正磷酸混合,加熱即可制得膠結(jié)性良好的綠色液體. 磷酸鉻結(jié)合劑的化學(xué)組成如表3所示.表3鉻的磷酸鹽結(jié)合劑化學(xué)組成 MrO/l-X J,tAMi涯IW報(bào)一號(hào)A i -i' -wfl jJrt f- rrj M n無(wú)匝m格左二=氏A M E 4- *“fT+ 鼻此1工.21 斗些M L>s

12、n *呂. 4站、鐵我吐fat些43W兩X鹽1A衛(wèi)爭(zhēng)ll >印缺* 誡鐵HIM細(xì)卩«= o復(fù)合磷酸鹽結(jié)合劑有鋁鉻磷酸鹽、鎂鉻磷酸鹽和鈉鉻磷酸鹽等結(jié)合劑.鋁鉻磷酸鹽結(jié) 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AL2O3Cr2O32P2O5 的結(jié)合劑具有較好的膠結(jié)性能,這種結(jié)合劑可長(zhǎng)期保存而不影響其結(jié)合性能.鎂鉻磷酸鹽 結(jié)合劑是用MgC和Cr2O3的混合物與正磷酸反響而制得.鎂鉻磷酸鹽結(jié)合劑的化學(xué)組成列 于表4.鈉鉻磷酸鹽結(jié)合劑是用重鉻酸鈉 Na2cr2O72H2O與正磷酸混合反響制得.其配制比 例為30%-60%勺重鉻酸鈉,10%-70%勺濃度為60%

13、勺正磷酸和適量的水,可視使用條件不 同加以調(diào)整.表4鎂鉻磷酸鹽結(jié)合劑的化學(xué)組成/e M tO/p±Oi介T承iHBS W£t7 3WPd古 i 仔輸味訐的結(jié)*A 1TW r *罩P電?3«*卡i = 2 3 %4 ,K= 1<mpo3>wn * 3 v 4壞狀戰(zhàn)性謎林鈕雅殆帙鹽JLAOf O -c ocjr/>-cr 、殲軼 M+U2LirS ；f£Wft ：.蹲/ OrPtOs >_三聚磷酸鈉結(jié)合劑用正磷酸和純堿為原料經(jīng)過(guò)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. 其生產(chǎn)過(guò)程分為3個(gè)階

14、段.第1階段為磷酸與 純堿的中和反響,制取磷酸鈉鹽的混合液,其反響式如下：M*Ar awfl.OZP-iHClg齊 iM M-U-«-3K£ S Jl - !JJ JB -WNV VUw屜A* I£ 曲iLkI AJK W D«*尸 v >FF-4* -Hl-4ftArIK. H-lteM, O反響生成物為磷酸一氫鈉和磷酸二氫鈉.第 2階段為限制磷酸鈉中和溶液中的中和度, 所謂中和度系指磷酸一氫鈉在磷酸一氫鈉和磷酸二氫鈉含量之和中所占的摩爾百分?jǐn)?shù),即：AWtii.MMiiiU-w rA- l 忙 £« 譽(yù)FMflwM-h亠n i

15、H X 1.3 -4 _ =-jv3!-h-ji MipO - jrf*i|C?h4 Oa q rj ?h tq. A; Mt 'MHO根據(jù)理論計(jì)算,當(dāng)由Na2HPO和 NaH2PO縮聚為三聚磷酸鈉時(shí),其中和度應(yīng)限制在66.67%,這時(shí)的產(chǎn)品中三聚磷酸鈉和五氧化磷的理論值分別為100%5 57.88%.第3階段為將制得的磷酸鈉混合液進(jìn)行枯燥脫水,縮聚成三聚磷酸鈉,其反響式如下：If># jr j«.HflWfr!. MV- AA#r 厶 f- r et M- U-M_ - alas :ji_ an - .HW MM rw Mii1 s- *+ «K +4j M

16、u -LA.» H-HBI-Hicb1U-. «_ 1sr.bbA mn* Aw nn rfrm W4. E 匚-M 尸亠*-為了制取較純的三聚磷酸鈉產(chǎn)品,工業(yè)上通常采用薄膜枯燥或噴霧枯燥法生產(chǎn).三聚磷酸鈉為白色粉末,表觀密度為 0.500.75g/Cm3,熔點(diǎn)為622度,易溶于水,水 溶液的pH值為9.49.7.三聚磷酸鈉在水中的溶解度有瞬時(shí)溶解度和最終 穩(wěn)定平衡溶解 度之不同,在室溫下瞬時(shí)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(guān)系列于表5.用三聚磷酸鈉作為堿性耐火材料的結(jié)合劑,加水溶解后會(huì)水解成 磷酸二氫鈉和磷酸一氫

17、鈉,此兩種化合物會(huì)與堿性耐火材料中的 MgO反響生成鈉鎂磷酸鹽而 產(chǎn)生結(jié)合作用.表5三聚磷酸鈉在水中的溶解度與溫度的關(guān)系« kfl-MtO/PAJ?-3m3po*古1牛質(zhì)樂(lè)子的結(jié)構(gòu)KMft2>A>1M«+jP-Oh4i ?i=3i 3n 4t m*IUW購(gòu)(MKhh狀輻燉麒jMtO曲a讎狀軸互坡合KHIL2W(PA).六偏磷酸鈉結(jié)合劑由純堿和正磷酸制得磷酸二氫鈉,再經(jīng)加熱脫水和縮聚而制得.制備 過(guò)程的反響式如下：fl-fit塔構(gòu)聶3MiPTl.!1 = 2i 陸"rKttM構(gòu)jMfl yPrfJu五Jft-O潼悽館構(gòu)制得的六偏磷酸鈉熔體為玻璃狀.此鹽最

18、早為格雷哈姆(Graham)發(fā)現(xiàn),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(jié)構(gòu)主要取決于Na2O/P2O5的比值.玻璃狀磷酸鈉鹽的Na2O/P2O5：匕值為1.01.7,而六偏磷酸鈉中的Na2O/P2O5：匕值 為1.其結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)鏈狀,如下所示：£ 需井于式zMjPOgft曲站構(gòu)社乳 4 «W=(MFOrK壞狀或艮ismjM/J jPiOi瑋狀,'KU*血3玻璃狀工業(yè)六偏磷酸鈉在水中溶解緩慢,故用作耐火材料結(jié)合劑時(shí)須經(jīng)過(guò)粉碎成粉末狀 方可加速其溶解,它可以任何比例與水混合.六偏磷酸鈉水溶液的濃度與粘度和溫度的關(guān)系 見圖5.11HJlI1 1

19、 r1!1IIHI1；IllimFnilu1對(duì)I(i1 1iil：ll»1'U*liltiionIMIiV(l(lIMM圖5不同濃度的六偏磷酸鈉水溶液其粘度與溫度的關(guān)系同三聚磷酸鈉一樣,六偏磷酸鈉在水溶液中也會(huì)水解,而且隨溫度升高水解加速.水解 的產(chǎn)物為磷酸二氫鈉.在水溶液中如果有以下金屬離子存在時(shí),會(huì)大大促進(jìn)六偏磷酸鈉水解 反響,其促進(jìn)順序如下：PF臨p *企4*1fuJ： M nv 4JtM事MW x 廿f叭葉 0W m M- AkST A =- 1JVI P><jO)a_r-fI H,ra X l»< M込他iiWiw ck烈厝十農(nóng)«

20、;： -e9 .4m-HI 9W4MdMr4a.<= -i.-= x >«» >MI BCM A-Mta.jW O< i*o- y._六偏磷酸鈉用作堿性耐火材料的結(jié)合劑時(shí),水解后生成的正磷酸鹽也會(huì)與堿性耐火材料 中的MgO和CaO反響生成含鎂或鈣的復(fù)合磷酸鹽而產(chǎn)生較強(qiáng)的結(jié)合強(qiáng)度.應(yīng)用在耐火材料工業(yè)中,正磷酸鹽主要用作中性和酸性耐火材料的結(jié)合劑,縮聚磷酸鹽 主要用作堿性耐火材料的結(jié)合劑.正磷酸鹽結(jié)合劑的主要化合物為磷酸二氫鹽和磷酸一氫鹽,它們會(huì)與堿性耐火材料中的堿性氧化物,如MgO和CaO發(fā)生劇烈的中和反響而產(chǎn)生瞬間凝固,難以施工.同時(shí)由于凝固 速度太快難以形成致