СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ α- и γ-AlО В ГЛИНОЗЕМИСТЫХ МАТЕРИАЛАХ Российский патент 2005 года по МПК G01N21/35 

Область техники

Изобретение относится к способам определения содержания основных фаз, входящих в состав материалов глиноземистого состава, и может быть использовано в технологии производства огнеупорных и керамических корундовых, высокоглиноземистых изделий и других продуктов, содержащих Al₂O₃ в значительном количестве.

Уровень техники

Известно, что материалы глиноземистого состава широко используются в металлургической, химической, машиностроительной и других отраслях промышленности, в новых областях техники. Эти материалы на разных технологических переделах, а также искусственное высокоглиноземистое сырье (технический глинозем) подвергают контролю на содержание α- и γ-форм Al₂O₃. Завершающей стадией изготовления корундовых изделий является высокотемпературная термообработка, в ходе которой происходит спекание материала и формирование важнейших физико-технических свойств [Кайнарский И.С., Дегтярева Э.В., Орлова Г.М. Корундовые огнеупоры и керамика. - М.: Металлургия, 1981. - 168 с.]. Качество высокотемпературного спекания определяется содержанием α-Al₂O₃, которое должно быть максимально высоким. В то же время стремятся к минимальному количеству γ-формы Al₂O₃ в обожженном материале.

Известен способ контроля содержания α- и γ-фаз Al₂O₃, например, путем растворения пробы в плавиковой кислоте с последующим взвешиванием прокаленного остатка [Августиник А.И. Методы контроля сырья и изделий промышленности силикатов. - Л.: Инж.-экономич. ин-т, 1931. - 487 с.]. Этот метод очень точный, но весьма трудоемкий и длительный, требует применения опасного реагента фтористоводородной кислоты.

Известен микроскопический способ определения α- и γ-Al₂O₃ по различному окрашиванию кристаллов при введении оксида хрома [патент Великобритании №954398, опубл. 1960 г.]. Однако этот метод малоточен, велико влияние субъективного фактора при оценке окраски кристаллов.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому изобретению, т.е. прототипом, является способ контроля качества спекания глиноземистых материалов путем определения α- и γ-фаз Al₂O₃, при котором образец шихты облучают ИК-излучением и регистрируют поглощение в диапазоне частот 400-1000 см^-1 и по относительной интенсивности полос пропускания в областях 513 и 1000 см^-1 по калибровочному графику определяют количественное содержание α- и γ-Al₂O₃, что позволяет судить о качестве спекания шихты корундовой керамики [а.с. 1081482, СССР. Способ контроля качества спекания шихты корундовой керамики. Королева Л.В., Б.И. 1984, №11].

Недостатком прототипа является то, что ИК-спектры α- и γ-форм Al₂O₃ в области 400-1100 см^-1 состоят из близко расположенных полос почти одинаковой интенсивности (фиг.1, кривые 1, 2), которые при наличии даже микропримесей сливаются друг с другом, образуя пологую кривую с трудно различимыми максимумами, что резко снижает точность определения содержания α- и γ-Al₂O₃.

Сущность изобретения

Изобретательская задача состояла в разработке способа определения α- и γ-фаз Al₂O₃ в глиноземистых материалах, позволяющего существенно повысить абсолютную и относительную точность определения, а также более надежно судить о качестве спекания корундовых материалов.

Поставленная задача решена разработкой способа определения содержания α-Al₂O₃ и γ-Al₂O₃ в глиноземистых материалах путем облучения материала ИК-излучением, заключающийся в том, что к глиноземистому материалу предварительно добавляют ортофосфорную кислоту до соотношения Р₂O₅/Al₂O₃, равного 1,0-3,0, обжигают при 900-1000°С 30-60 мин, измеряют поглощение лучей на ИК-спектрометре при выбранном волновом числе и определяют содержание α- и γ-форм Al₂O₃ в исходном материале по калибровочному графику.

Таким образом, способ определения отличается тем, что включает предварительный перевод оксида алюминия, содержащегося в глиноземистом материале, в циклотетрафосфат (тетраметафосфат) алюминия [Al(РО₃)₃(А), или Al₄(Р₄O₁₂)₃] в процессе термообработки при 900-1000°С исходного порошка совместно с ортофосфорной кислотой. ПК-спектр циклотетрафосфата алюминия представляет собой совокупность хорошо разрешенных узких полос высокой интенсивности (фиг.1, кривая 3).

Способ контроля основан на различной скорости взаимодействия α-и γ-форм Al₂O₃ с ортофосфорной кислотой, поэтому при определенном времени термообработки α- и γ-фазы Al₂O₃ имеют разное пропускание ИК-лучей при наиболее характерных волновых числах, что позволяет построить калибровочный график и определить по нему содержание этих фаз.

Для построения калибровочного графика были получены ИК-спектры для чистых α- и γ-форм Al₂O₃, переведенных в циклотетрафосфат алюминия (фиг.1, кривые 4, 5), а также для искусственных смесей с соотношением α-Al₂O₃:γ-Al₂O₃=20:80, 40:60, 60:40 и 80:20, подготовленных тем же способом. Для калибровочного графика (фиг.2) предлагаются значения волновых чисел: 509, 640 и 738 см^-1, так как в этих областях тангенс угла наклона калибровочного графика максимальный, а следовательно, чувствительность и точность метода максимальная.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Пример 1. Готовят глиноземистый материал в виде искусственной смеси, состоящей из 1,0 г (1,0 мас.%) α-Al₂O₃ и 99,0 г (99,0 мас.%) γ-Al₂O₃. К этому материалу добавляют раствор ортофосфорной кислоты до соотношения Р₂О₅/Al₂O₃, равного 3,0, тщательно перемешивают и обжигают при температуре 1000°С в течение 60 мин. Потом материал помещают в кювету ИК-спектрометра и измеряют пропускание лучей при выбранной длине волны (фиг.3, кривая 1). По калибровочному графику определяют количество α- и γ-фаз. Затем сравнивают содержание α-Al₂O₃ и γ-Al₂O₃, входящих в исходный глиноземистый материал, с полученными величинами и рассчитывают абсолютную и относительную точность определения [Скуг Д., Уэст Д. Основы аналитической химии. - М.: Мир, 1979, с.57].

Пример 2. Готовят глиноземистый материал в виде искусственной смеси, состоящей из 50,0 г (50,0 мас.%) α-Al₂O₃ и 50,0 г (50,0 мас.%) γ-Al₂O₃. К этому материалу добавляют раствор ортофосфорной кислоты до соотношения Р₂O₅/Al₂O₃, равного 2,0, тщательно перемешивают и обжигают при температуре 950°С в течение 45 мин. Последующие операции те же, что и в примере 1. ИК-спектр данного материала приведен на фиг.3, кривая 2.

Пример 3. Готовят глиноземистый материал в виде искусственной смеси, состоящей из 99,0 г (99,0 мас.%) α-Al₂O₃ и 1,0 г (1,0 мас.%) γ-Al₂O₃. К этому материалу добавляют раствор ортофосфорной кислоты до соотношения Р₂O₅/Al₂O₃, равного 1,0, тщательно перемешивают и обжигают при температуре 900°С в течение 30 мин. Последующие операции те же, что и в примере 1. Кривая 3 на фиг.3 иллюстрирует ИК-спектр полученного материала.

Результаты опытов представлены в таблице.

Таким образом, предложенный способ определения содержания α- и γ-Al₂O₃ в глиноземистых материалах позволяет решить поставленную задачу, а именно: повысить абсолютную и относительную точность установления фазового состава материалов, а значит получить более достоверную информацию о качестве спекания материала.

Изобретение относится к способам определения содержания основных фаз, входящих в состав материалов глиноземистого состава и может быть использовано в технологии производства огнеупорных и керамических корундовых, высокоглиноземистых изделий и других продуктов, содержащих Al₂O₃ в значительном количестве. Способ заключается в том, что к глиноземистому материалу добавляют ортофосфорную кислоту до соотношения P₂O₅/Al₂O₃, равного 1,0-3,0, обжигают при 900-1000°С 30-60 мин, измеряют поглощение лучей на ИК-спектрометре при выбранном волновом числе и определяют содержание α- и γ-Al₂О₃ в исходном материале по калибровочному графику. Изобретение позволяет повысить абсолютную и относительную точность установления фазового состава материалов, а значит получить более достоверную информацию о качестве спекания материала. 3 ил., 1 табл.

Способ определения содержания α- и γ-Al₂О₃ в глиноземистых материалах, включающий облучение материала ИК-излучением, измерение поглощения при выбранном волновом числе с помощью ИК-спектрометра и определение содержания α-Al₂О₃ и γ-Al₂О₃ по калибровочному графику, отличающийся тем, что к глиноземистому материалу предварительно добавляют ортофосфорную кислоту до соотношения Р₂O₅/Al₂O₃, равного 1,0÷3,0, и обжигают при 900-1000°С в течение 30÷60 мин.