整理磷酸盐结合剂

1、精品文档磷酸盐结合剂创立时间：2021-08-02磷酸盐结合剂phosphate binder以酸性正磷酸盐或缩聚磷酸盐为主要化合物并具有胶凝性能的无机材料.它是由磷酸与氧化物或氢氧化物或碱反响生成的耐火材料结合剂.磷酸盐结合剂的结合形式属化学反响结 合或聚合结合.磷酸与碱金属或碱土金属氧化物及其氢氧化物反响生成的结合剂多数为气硬 性结合剂,即不须加热在常温下即可发生凝结与硬化作用.磷酸与两性氧化物及其氢氧化物 或酸性氧化物反响生成的结合剂多数为热硬性结合剂,即须经加热到一定温度发生反响前方可产生凝结与硬化作用.磷酸盐用作耐火材料的结合剂在产生陶瓷结合之前的中、低温范围 内具有较强的结合强度,

2、所以被广泛用作不定形和不烧耐火材料的结合剂.分类磷酸盐的分类一般是以其化合物中所含的金属氧化物M20与五氧化二磷P2O5的摩尔比R=M2O/P2O5来区分,其分类见表1.表1磷酸盐结合剂的分类-«称/(-MrO/PjOs分子式结构正隔啟盐含的結辛盐2>R>1M 卄 jP *041 » = 2t4* 赞状结构的谓龍盐(MPOa)vn1 4环状或长链状趙聚硝战盐环状.撬状相互结tJR 0(PjOU.连续结构但作为耐火材料结合剂的磷酸盐那么分为两类：1正磷酸盐结合剂,即含一个磷原子化 合物的结合剂,如磷酸二氢铝ALH2PO43、磷酸一氢铝AI2HPO43；缩聚磷酸盐结

3、合 剂,即含2个磷原子以上的磷酸盐化合物,如三聚磷酸钠Na5P3O10六偏磷酸钠NaPO36 等.正磷酸盐结合剂又可按其化合物名称命名,主要有以下几种：磷酸铝结合剂,磷酸锆结 合剂,磷酸镁结合剂,磷酸铬结合剂和复合磷酸盐结合剂等.适合作耐火材料结合剂的缩聚 磷酸盐主要有：焦磷酸钠Na4P2O7,三聚磷酸钠,六偏磷酸钠、超聚磷酸钠Na2P4O11等.磷酸铝结合剂用氢氧化铝与磷酸反响而制得,其反响式如下：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反响生成的铝的磷酸盐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-由此可计算出所生成的不同磷酸盐中 AL2O3与P2O5摩尔比,一般用此摩尔比的百分数 来表示磷酸铝结合剂的中和度(Nm): H5 RWMN- 仔.Mr*faBdfai纯粹磷酸的 Nm=0 AI(H2PO4)3 的 Nm33% AL2(HPO4)3的 Nm67% A1PO2的 Nm

5、lOO% 中和度对正磷酸铝结合剂的胶凝性能影响很大.一般Nm在33%-67%之间的磷酸铝结合剂具有较好的胶结性能,也即具有胶结性能的磷酸铝化合物主要为磷酸二氢铝(又称一代磷酸铝或双氢磷酸铝)和(磷酸一氢铝)(又称二代磷酸铝).这类磷酸盐结合剂有液体状的和固态粉 末状的.液体状的是用活性AI(OH)3与H3PO4直接反响制得.中和度Nm<45的磷酸铝结合剂是透 明的粘稠溶液,Nm>45的是乳白色粘稠悬浮液,一般以 Nm=35%45%水分含量不大于60% 的磷酸铝结合剂的胶结性能为最好.此种结合剂为AI(H2PO4)3与AI2(HPO4)3或AIH3(PO4)3?3H2O的混合物.固态

6、粉末状磷酸铝结合剂是用液状磷酸二氢铝为主要的溶液在 常温下真空蒸发,之后在空气中于95C左右蒸发制得,工业上是用喷雾枯燥器喷雾枯燥制得. 固体磷酸二氢铝结晶形态为斜方六面体结晶,有极强的吸水性,遇水易溶解.液状磷酸铝结合剂的粘度与温度、浓度和组成有关.粘度随磷酸二氢铝含量的提升而增 大,如图1所示.在同样的浓度下,粘度那么随着温度升高而下降,如图2所示.而组成与AL2O3/P2O5摩尔比有关,其粘度随 AL2O3/P2O5摩尔比的提升而增大,如图 3所示.艸册Aa *£Ut站 PAxi减和h -tm(MFI),UMi(K：W)HU(FA).图IAI(H2PO4)3含量对磷酸铝结合剂粘

7、度的影响$ XHi0 *Mim呦1N-!i Ii li "'删1=1呱詞llwmm秫啣1=4图2温度对磷酸铝结合剂粘度的影响S &Hit nmilIMtimm&O1儿+刖列?=4i t li "'UKfl=IKPOi), ifeIJl>Mi=D图3AL2O3/P2O摩尔比对磷酸铝结合剂粘度的影响磷酸铝结合剂加热过程中发生的相变化与其AL2O3/P2O5摩尔比有关,以原始组成AL2O3/P2O5=0.43为例,其加热过程相变化示于图 4.Nm=0.43的磷酸铝结合剂其组成物有 AI2(HPO4)2、AI(H2PO4)3和ALH3(PO4)

8、2BH2Q 3种化合物加热过程相转变是不同的.但加 热到约1300E以上时均转变为ALPO4鳞石英型的).加热到大于1760E时,AIPO4也会逐渐 分解成AL2O3并逸出P2O5磷酸锆结合剂用氢氧化锆与正磷酸反响可制得磷酸锆结合剂,其反响如下:K 1bjis!. h L*肛】iNNiLIdEliKIJJtX|卯|反响生成的锆的磷酸盐也可写成如下形式:1 *卜IMHittiWU!1l|£轴1輸lilt41W册同磷酸铝结合剂一样,磷酸锆结合剂中具有胶结性能的化合物为磷酸二氢锆和磷酸一氢锆,也即中和度Nm在0.51之间具有胶结性能.此类结合剂不适于长期保存.表 2为各种 锆的磷酸盐的化学

9、组成.表2锆的磷酸盐结合剂的化学组成M jC >/PC>A辂网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环秋五民4秋1 A/2 AQjtMjzO 环帳' M：铁桢互细刘枕化'7-HS抡一D磷酸镁结合剂用正磷酸与镁质材料反响制得,可采用的镁质材料有氧化镁、氢氧化镁、轻烧镁砂等、正磷酸与氧化镁反响生成的镁的磷酸盐中只有Mg(H2PO4)2可溶于水中,其组成为11%Mg和89%H3PO4因此磷酸镁胶结剂就是磷酸二氢镁的溶液

10、.磷酸二氢镁的配制方法：按MgO/P2O5=,将必要数量的镁质材料分批地倒入浓度为 60% 的正磷酸溶液中,每倒入一批物料都须仔细不断搅拌直至MgC完全溶解.此溶解反响时会释放出大量的热,因此必须将反响器置于流水中冷却.冷却后的溶液经过过滤即可制得液状磷 酸镁结合剂,也可将磷酸二氢镁溶液经过喷雾枯燥后制得粉状磷酸二氢镁使用.磷酸二氢镁加热过程中会发生如下脱水和转化反响: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磷酸镁结合剂可作刚玉质、尖晶石质和锆英石质等耐火材料的结合剂.磷酸铬

11、结合剂用正磷酸与含铬材料反响制得.所用的含铬材料有铬酸酐CrO3、氧化铬、 氢氧化铬、挥发性酸的铬盐或铬铁矿.用 CrO3制备时可将CrO3直接参加浓度为60%勺磷酸 中搅拌即可制得.此种结合剂受热后CrO3复原成Cr2O3,从而生成铬的磷酸盐.用其他含铬 材料制备时,可用密度为1.7g/ cm 3的正磷酸混合,加热即可制得胶结性良好的绿色液体. 磷酸铬结合剂的化学组成如表3所示.表3铬的磷酸盐结合剂化学组成 MrO/l-X J,tAMi涯IW报一号A i -i' -wfl jJrt f- rrj M n無匝m格左二=氏A M E 4- *“fT+ 鼻此1工.21 斗些M L>s

12、n *吕. 4站、铁我吐fat些43W两X盐1A卫爭ll >印缺* 诫铁HIM细卩«= o复合磷酸盐结合剂有铝铬磷酸盐、镁铬磷酸盐和钠铬磷酸盐等结合剂.铝铬磷酸盐结 合剂是用铝的磷酸盐与50%-60%铬的磷酸盐混合搅拌制得,以其组成为AL2O3Cr2O32P2O5 的结合剂具有较好的胶结性能,这种结合剂可长期保存而不影响其结合性能.镁铬磷酸盐 结合剂是用MgC和Cr2O3的混合物与正磷酸反响而制得.镁铬磷酸盐结合剂的化学组成列 于表4.钠铬磷酸盐结合剂是用重铬酸钠 Na2cr2O72H2O与正磷酸混合反响制得.其配制比 例为30%-60%勺重铬酸钠,10%-70%勺浓度为60%

13、勺正磷酸和适量的水,可视使用条件不 同加以调整.表4镁铬磷酸盐结合剂的化学组成/e M tO/p±Oi介T承iHBS W£t7 3WPd古 i 仔输味讦的结*A 1TW r *罩P電?3«*卡i = 2 3 %4 ,K= 1<mpo3>wn * 3 v 4坏狀战性谜林钮雅殆帙盐JLAOf O -c ocjr/>-cr 、歼轶 M+U2LirS ；f£Wft ：.蹲/ OrPtOs >_三聚磷酸钠结合剂用正磷酸和纯碱为原料经过中和和聚合而制得的. 三聚磷酸钠分子式 为Na5P3O10又称焦偏磷酸钠或三磷酸五钠. 其生产过程分为3个阶

14、段.第1阶段为磷酸与 纯碱的中和反响,制取磷酸钠盐的混合液,其反响式如下：M*Ar awfl.OZP-iHClg齐 iM M-U-«-3K£ S Jl - !JJ JB -WNV VUw屉A* I£ 曲iLkI AJK W D«*尸 v >FF-4* -Hl-4ftArIK. H-lteM, O反响生成物为磷酸一氢钠和磷酸二氢钠.第 2阶段为限制磷酸钠中和溶液中的中和度, 所谓中和度系指磷酸一氢钠在磷酸一氢钠和磷酸二氢钠含量之和中所占的摩尔百分数,即：AWtii.MMiiiU-w rA- l 忙 £« 誉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根据理论计算,当由Na2HPO和 NaH2PO缩聚为三聚磷酸钠时,其中和度应限制在66.67%,这时的产品中三聚磷酸钠和五氧化磷的理论值分别为100%5 57.88%.第3阶段为将制得的磷酸钠混合液进行枯燥脱水,缩聚成三聚磷酸钠,其反响式如下：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*-为了制取较纯的三聚磷酸钠产品,工业上通常采用薄膜枯燥或喷雾枯燥法生产.三聚磷酸钠为白色粉末,表观密度为 0.500.75g/Cm3,熔点为622度,易溶于水,水 溶液的pH值为9.49.7.三聚磷酸钠在水中的溶解度有瞬时溶解度和最终 稳定平衡溶解 度之不同,在室温下瞬时溶解度约为,35g/100gH2O,最终溶解度约为15g/100gH2O.其溶解 度与温度的关系列于表5.用三聚磷酸钠作为碱性耐火材料的结合剂,加水溶解后会水解成 磷酸二氢钠和磷酸一氢

17、钠,此两种化合物会与碱性耐火材料中的 MgO反响生成钠镁磷酸盐而 产生结合作用.表5三聚磷酸钠在水中的溶解度与温度的关系« kfl-MtO/PAJ?-3m3po*古1牛质乐子的结构KMft2>A>1M«+jP-Oh4i ?i=3i 3n 4t m*IUW購(MKhh状輻炖麒jMtO曲a讎狀轴互坡合KHIL2W(PA).六偏磷酸钠结合剂由纯碱和正磷酸制得磷酸二氢钠,再经加热脱水和缩聚而制得.制备 过程的反响式如下：fl-fit塔构聂3MiPTl.!1 = 2i 陆"rKttM构jMfl yPrfJu五Jft-O潼悽馆构制得的六偏磷酸钠熔体为玻璃状.此盐最

18、早为格雷哈姆(Graham)发现,故又称为 格雷哈姆盐六偏磷酸钠是玻璃体状磷酸钠盐系列中的一种.其组成结构主要取决于Na2O/P2O5的比值.玻璃状磷酸钠盐的Na2O/P2O5：匕值为1.01.7,而六偏磷酸钠中的Na2O/P2O5：匕值 为1.其结构为长链状,如下所示：£ 需井于式zMjPOgft曲站构社乳 4 «W=(MFOrK坏狀或艮ismjM/J jPiOi玮狀,'KU*血3玻璃状工业六偏磷酸钠在水中溶解缓慢,故用作耐火材料结合剂时须经过粉碎成粉末状 方可加速其溶解,它可以任何比例与水混合.六偏磷酸钠水溶液的浓度与粘度和温度的关系 见图5.11HJlI1 1

19、 r1!1IIHI1；IllimFnilu1对I(i1 1iil：ll»1'U*liltiionIMIiV(l(lIMM图5不同浓度的六偏磷酸钠水溶液其粘度与温度的关系同三聚磷酸钠一样,六偏磷酸钠在水溶液中也会水解,而且随温度升高水解加速.水解 的产物为磷酸二氢钠.在水溶液中如果有以下金属离子存在时,会大大促进六偏磷酸钠水解 反响,其促进顺序如下：PF临p *企4*1fuJ： M nv 4JtM事MW x 廿f叭叶 0W m M- AkST A =- 1JVI P><jO)a_r-fI H,ra X l»< M込他iiWiw ck烈厝十农«

20、;： -e9 .4m-HI 9W4MdMr4a.<= -i.-= x >«» >MI BCM A-Mta.jW O< i*o- y._六偏磷酸钠用作碱性耐火材料的结合剂时,水解后生成的正磷酸盐也会与碱性耐火材料 中的MgO和CaO反响生成含镁或钙的复合磷酸盐而产生较强的结合强度.应用在耐火材料工业中,正磷酸盐主要用作中性和酸性耐火材料的结合剂,缩聚磷酸盐 主要用作碱性耐火材料的结合剂.正磷酸盐结合剂的主要化合物为磷酸二氢盐和磷酸一氢盐,它们会与碱性耐火材料中的碱性氧化物,如MgO和CaO发生剧烈的中和反响而产生瞬间凝固,难以施工.同时由于凝固 速度太快难以形成致