概述【1】【2】【6】【7】

硅酸鋁可分為無定形SiO2-Al2O3和晶型SiO4-AlO4,是常見的固體酸催化劑,也是常用的載體。超細(xì)硅酸鋁(Ultra-fineAluminiumSilicate)是一種人工合成的硅鋁化合物，屬硅酸和鋁化合物形成的硅酸鋁鹽，也屬硅酸鹽系列產(chǎn)品，是一種新型功能型硅酸鹽產(chǎn)品。超細(xì)硅酸鋁具有極好的懸浮性、較小的粒度和極高的白度等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在印染、油墨、皮革、涂料、橡膠、造紙等行業(yè)。硅酸鋁纖維，是一種輕質(zhì)的纖維狀耐火材料，具有重量輕、導(dǎo)熱率低、比熱容小、耐高溫、熱穩(wěn)定性好以及耐機(jī)械震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，是作為高溫用纖維質(zhì)隔熱材料而快速發(fā)展起來的。目前，在特殊工業(yè)領(lǐng)域，主要是利用硅酸鋁纖維作高溫絕熱材料來廣泛應(yīng)用的。

種類及性質(zhì)【5】【7】【8】

1.超細(xì)硅酸鋁

概述：超細(xì)硅酸鋁(Ultra-fineAluminiumSilicate)是一種人工合成的硅鋁化合物，屬硅酸和鋁化合物形成的硅酸鋁鹽，也屬硅酸鹽系列產(chǎn)品，是一種新型功能型硅酸鹽產(chǎn)品。

理化性質(zhì)：超細(xì)硅酸鋁是一種無定型的松散的白色粉末，其原級(jí)粒子大小為35nm，二次粒子直徑在0.1~1.0μm之間。比表面為110m2/g，折射率為1.46，白色強(qiáng)度在460nm波長處為98%，相對(duì)白度為95%，相對(duì)密度為2.1。超細(xì)硅酸鋁是化學(xué)惰性體，在酸性介質(zhì)和堿性介質(zhì)中都是穩(wěn)定的；具有pH緩沖性，其pH換充值范圍為9.5~10.5，表面具有多羥基性，在水性介質(zhì)中容易潤濕和分散。

應(yīng)用：超細(xì)硅酸鋁是一種新型的功能型硅酸鹽產(chǎn)品，其具有白度高、顆粒小、懸浮性好等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于涂料、油墨、印染、橡膠、塑料、造紙、皮革等領(lǐng)域。在室內(nèi)外建筑涂料中，用超細(xì)硅酸鋁代替鈦白粉不僅具有鈦白增效作用，降低涂料成本，而且可明顯改進(jìn)產(chǎn)品性能。把超細(xì)硅酸鋁摻入農(nóng)用塑料薄膜中，可改善其透光性，增加農(nóng)作物的光合作用強(qiáng)度，從而可使農(nóng)作物產(chǎn)量提高8-20%。在造紙工業(yè)中應(yīng)用超細(xì)硅酸鋁，可明顯增加紙張的白度，提高產(chǎn)品的使用壽命及改善其外觀。

2.硅酸鋁纖維 

概述：泛指的陶瓷纖維即為硅酸鋁纖維，是一種輕質(zhì)的纖維狀耐火材料，具有重量輕、導(dǎo)熱率低、比熱容小、耐高溫、熱穩(wěn)定性好以及耐機(jī)械震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，其組成SiO2:Al2O3=1～1.2,Al2O3含量愈高,耐熱性愈好,性狀和玻璃短纖維相似,能耐1000～1500℃的高溫,硅酸鋁纖維這類纖維還具有高溫抗氧化性能、高溫強(qiáng)度高、抗高溫蠕變等優(yōu)點(diǎn)，是作為高溫用纖維質(zhì)隔熱材料而快速發(fā)展起來的。目前，在特殊工業(yè)領(lǐng)域，主要是利用硅酸鋁纖維作高溫絕熱材料來廣泛應(yīng)用的。
分類及組成：依纖維內(nèi)部的化學(xué)成分以及礦物相組成的不同，可以將硅酸鋁纖維分為四大類，如表1所示。表1中第1類：標(biāo)準(zhǔn)硅酸鋁纖維；第二類：高純硅酸鋁纖維；第三類：高純含鋁硅酸鋁纖維；第四類：高純含鋯硅酸鋁纖維；第五類：莫來石纖維；第六類：氧化鋁纖維，其中，第3類纖維的使用溫度，高于第1、2類，第4類纖維含有一定的氧化鋯，雖然SiO2含量也較高，但是由于氧化鋯的加入，阻止了晶體的長大，因此，使用溫度與第3類纖維相接近。前四類硅酸鋁纖維均為非晶態(tài)纖維，一般在1000℃長時(shí)間使用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)析晶現(xiàn)象，生成莫來石、方石英等晶體，伴隨著纖維彈性的下降、密度的增加，使纖維逐漸變脆并最終碎解，影響其使用壽命。而表中后兩類硅酸鋁纖維，本身屬于晶質(zhì)纖維，只有在很高的溫度下才會(huì)出現(xiàn)上述析晶現(xiàn)象，因此，這兩類纖維的使用溫度都比較高。1500℃以下，多晶莫來石纖維是較為穩(wěn)定的，但是，當(dāng)溫度超過1500℃以上時(shí)，其晶粒也會(huì)長大，從而導(dǎo)致耐高溫性能的喪失

表1為硅酸鋁纖維分類及其化學(xué)組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

特性：硅酸鋁纖維為非晶體，在980℃以上開始析晶，產(chǎn)生石英、莫來石、剛玉三種晶體。由不同晶體構(gòu)成的纖維具有不同的使用特性。與析晶進(jìn)行的同時(shí)，纖維密度增大(纖維收縮)而彈性降低。一般約到1300℃莫來石含量直線上升，達(dá)到1600℃時(shí)含量將保持不變。在1250℃~1300℃之間出現(xiàn)方石英，直到1450℃仍不斷增加;當(dāng)溫度再增加時(shí)又重新熔化而減少。因方石英形成時(shí)會(huì)產(chǎn)生極大的應(yīng)力，足以使纖維結(jié)構(gòu)破碎粉化，故纖維變脆。而莫來石和剛玉相可適當(dāng)減緩方石英的有害作用。此外，隨著析晶的增多和晶體的長大，纖維也會(huì)變脆甚至破損，從而限制了纖維的使用溫度和壽命。由此可知，第3類纖維的使用溫度高于第1類和第2類。而第4類纖維盡管Si02含量較高，但因含4%的Cr2O3，阻止了纖維間接觸部位的晶體長大和燒結(jié)，故使用溫度接近第3類纖維。除此之外，當(dāng)纖維中含有TiO2時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生這一效果。當(dāng)在高溫下長時(shí)間使用時(shí)，Cr2O3因氧化蒸發(fā)而含量減少，其耐高溫性將接近第2類纖維。

制備方法【1】【2】【3】【4】

1.無定形硅酸鋁的制備：

共沉淀法是用水玻璃與酸化硫酸鋁為原料,進(jìn)行中和反應(yīng)。主要反應(yīng)式為:

圖1為共沉淀法的反應(yīng)方程式

反應(yīng)完畢后,繼續(xù)保持45℃溫度下攪拌2h,后用去離子水洗滌,直到測(cè)得洗液的電導(dǎo)率符合要求時(shí),放入烘箱中烘6～8小時(shí),然后放入箱式電阻爐中以設(shè)計(jì)的溫度(400～600℃)進(jìn)行焙燒2h,稱量裝瓶。

2.硅酸鋁載體的制備

分步沉淀法是在一定濃度的水玻璃溶液中加入稀硫酸,生成SiO2水凝膠,經(jīng)老化后在pH值為9.0下加入硫酸鋁溶液,再加氨水作沉淀劑,生成硅酸的凝膠后繼續(xù)攪拌陳化2h,經(jīng)去離子水洗滌至電導(dǎo)率符合要求時(shí),將樣品放入烘箱中干燥,在焙燒溫度400～600℃下焙燒2h,活化后制成硅酸鋁載體,稱量裝瓶。

3.超細(xì)硅酸鋁的制備

（1）制備原理

在攪拌條件下,將含鋁廢液緩慢加入確定濃度的Na2SiO3溶液中,并控制適宜的溫度、pH值進(jìn)行反應(yīng)、聚合,使之產(chǎn)生硅酸鋁膠體從溶液中析出。為防止顆粒團(tuán)聚,則對(duì)硅酸鋁的原生粒子進(jìn)行表面修飾,以降低其比表面能,抑制顆粒長大。

（2）制備過程

取濃度為26.4%的Na2SiO3溶液60ml,置于60℃的恒溫水浴中,待恒溫后,向其中緩慢滴加殘液,并不斷攪拌,使生成的粒子均勻。當(dāng)pH值為4.5時(shí)停止滴加(一般殘液用量約240ml),繼續(xù)攪拌并加入0.5gTween-80(約占目標(biāo)樣品總量的1%)。體系在攪拌條件下陳化2h,過濾,期間加入少量鋁片,以防止Fe2+氧化而難以除去。再將濾餅用蒸餾水?dāng)噭?洗滌除去雜質(zhì)離子。洗滌后的濾餅用水?dāng)嚦扇闋钜?用10%的Na2CO3溶液調(diào)節(jié)pH值為10.0,過濾、并將濾餅置于烘箱中200℃烘干,即得樣品。

4.納米硅酸鋁的制備

（1）化學(xué)沉淀法

采用偏鋁酸鈉(鋁土礦的堿溶出物)與酸性硅溶膠(泡花堿的酸化脫鈉產(chǎn)物)經(jīng)中和、沉淀、干燥后得到結(jié)晶硅酸鋁,再加入礦化劑,經(jīng)1200℃高溫煅燒后得到無水硅酸鋁,最后加入助磨劑經(jīng)超細(xì)粉碎、分級(jí)而得到本產(chǎn)品。

（2）微波干燥法

1)溶液的配制(0.1mol/L偏鋁酸鈉和0.1mol/L硅酸溶液)分別稱取6gAlCl3?6H2O和4gNaOH固體混和反應(yīng),并用蒸餾水定容于250mL的容量瓶中:稱取7.1gNa2SiO3?9H2O固體,在其中慢慢滴加HCl溶液,直至生成弱酸性硅酸溶液(接近生成硅酸溶膠),并用蒸餾水定容于250mL的容量瓶中。

2)重復(fù)配置硅酸溶液并測(cè)其pH值,得到pH值不等的硅酸溶液(分別為pH=6.5、pH=6.0、pH=5.5、pH=5.0、pH=4.5、pH=4.0)。

3)在小燒杯中先加入30mL蒸餾水和一定量的PVP,再用移液管移取5mL偏鋁酸鈉于小燒杯中,慢慢在其中滴加不同pH值的硅酸溶液5mL(滴加過程中加入表面活性劑),控制速度,以使生成的粒子盡可能地細(xì)小(同時(shí)測(cè)pH值,觀察現(xiàn)象)。  

4)在微波爐中于90℃的溫度條件下進(jìn)行陳化;離心后將樣品置于空氣中干燥,得到硅酸鋁粉末。

主要參考資料

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