MgAl2O4前驅(qū)體在機(jī)械活化過程中的鍵變化研究.pdf

1、本文以氫氧化鎂、氧化鎂、三水鋁石和氧化鋁為原料,分別配制了兩種不同組成的鎂鋁尖晶石前驅(qū)體:氫氧化鎂-三水鋁石混合物和氧化鎂-氧化鋁混合物。通過對上述混合物體系進(jìn)行不同時(shí)間的機(jī)械活化,研究了機(jī)械活化時(shí)間以及前驅(qū)體的組成和晶體結(jié)構(gòu)對機(jī)械活化過程中鎂鋁尖晶石前驅(qū)體化學(xué)鍵變化的影響,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了機(jī)械活化引起的前驅(qū)體化學(xué)鍵變化對鎂鋁尖晶初始生成溫度和完全生成溫度的影響。
　　 氫氧化鎂-三水鋁石混合物在機(jī)械活化過程中出現(xiàn)明顯的

2、化學(xué)鍵變化。XRD結(jié)果顯示混合物原料的結(jié)晶度隨機(jī)械活化時(shí)間的延長而降低,呈現(xiàn)無定形化的變化趨勢;SEM、BET和EDS分析證實(shí)前驅(qū)體顆粒粒徑在機(jī)械作用下逐漸細(xì)化,機(jī)械活化20 h后的前驅(qū)體中鎂、鋁組分在亞微米級上混合均勻,相互嵌入;TG-DTA研究表明,氫氧化物的結(jié)構(gòu)在機(jī)械活化的作用下受到破壞,致使原料的脫水機(jī)制發(fā)生改變,機(jī)械活化20 h后氫氧化鎂的初始分解溫度從機(jī)械活化前的426℃降低至270.9℃,而三水鋁石的初始分解溫度則由機(jī)械活

3、化前的331℃逐漸降低至132.5℃;FTIR研究顯示機(jī)械活化對氫氧化鎂-三水鋁石混合物中的化學(xué)鍵破壞明顯,前驅(qū)體中的部分O-H、Al-O和Mg-O鍵在機(jī)械作用力增強(qiáng)到一定程度時(shí)發(fā)生化學(xué)鍵的弱化、扭轉(zhuǎn)、變形或者斷裂,機(jī)械活化20 h后的前驅(qū)體中氫氧化鎂和三水鋁石結(jié)構(gòu)水的O-H的伸縮和變形振動(dòng)以及歸屬于三水鋁石Al-OH-Al鍵的平動(dòng)峰逐漸減弱至消失,且歸屬于Mg-O和Al-O鍵的特征峰強(qiáng)度明顯減弱、寬化并向高波數(shù)藍(lán)移。不同機(jī)械活化時(shí)間下

4、制備的前驅(qū)體在不同溫度條件下煅燒,其XRD研究結(jié)果表明氫氧化鎂-三水鋁石混合物經(jīng)過20 h的機(jī)械活化后,鎂鋁尖晶石的初始生成溫度由機(jī)械活化前的1000℃降低到700℃,完全生成溫度則由機(jī)械活化前的1300℃降低至800℃。
　　 相比較而言,氧化鎂-氧化鋁混合物在機(jī)械活化過程中呈現(xiàn)類似的鍵變化規(guī)律。XRD、SEM、BET和EDS的研究結(jié)果表明,氧化鎂-氧化鋁混合物在機(jī)械活化過程中的鍵變化程度比氫氧化鎂-三水鋁石混合物有所降低,F

5、TIR分析證實(shí)氧化鎂.氧化鋁混合物在機(jī)械活化過程中隨著機(jī)械活化時(shí)間的延長、機(jī)械作用力的增大,其Al-O和Mg-O鍵受到的破壞越嚴(yán)重,原子間的化學(xué)鍵作用力將逐漸減弱,進(jìn)而出現(xiàn)化學(xué)鍵的扭轉(zhuǎn)、變形甚至部分化學(xué)鍵斷裂,但與氫氧化鎂-三水鋁石混合物相比,氧化物體系的紅外特征峰變化趨勢辦明顯減小。對不同機(jī)械活化時(shí)間下制備的前驅(qū)體在不同溫度條件下煅燒,結(jié)果發(fā)現(xiàn)機(jī)械活化氧化鎂-氧化鋁混合物20 h以后,鎂鋁尖晶石的初始生成溫度由機(jī)械活化前的800℃降低

6、為700℃,完全生成溫度由機(jī)械活化前的1300℃降低為1000℃。
　　 混合物在機(jī)械活化過程中出現(xiàn)化學(xué)鍵變化的本質(zhì)原因是機(jī)械活化使前驅(qū)體原料顆粒逐漸細(xì)化,晶格受到破壞,無序度增大,晶體內(nèi)部缺陷增加,組分之間能夠相互嵌入,固相反應(yīng)時(shí)組分之間的擴(kuò)散距離減小,提高了反應(yīng)物的活性,從而有效降低了鎂鋁尖晶的初始生成溫度和完全生成溫度;由于含-OH的氫氧化鎂和三水鋁石比氧化鎂和氧化鋁彈性模量小、硬度低,機(jī)械活化時(shí)更易發(fā)生化學(xué)鍵變化,相同活