磷酸鋁是不定形耐火材料中應用較為廣泛的一種磷酸鹽結(jié)合劑。磷酸鋁是由氫氧化鋁與正磷酸反應而制得的,反應時由于中和程度不同分別有磷酸二氫鋁,磷酸氫鋁和正磷酸鋁等三種不同產(chǎn)物,其反應式如下:
三種產(chǎn)物的混合物在水中的溶解度情況。其中磷酸二氫鋁溶解度最大,具有正常的膠凝性質(zhì),實踐中都希望磷酸鋁溶液有較多的磷酸二氫鋁。在磷酸二氫鋁的情況下,AL2O3/P2O5之比為0.33,實際上以此比例混合反應后并不是純的磷酸二氫鋁,而是存在AL2O3/P2O5比為0.3 和 0.35的兩種混合物,當AL2O3/P2O5<0.33時,溶液中存在的化合物為[H3PO4+AL(H2PO4)3]當AL2O3/P2O5>0.33時,溶液中存在的化合物為 其中除AL(H2PO4)外,絡合物為沉淀,也是磷酸二氫鋁變濁的原因。
磷酸二氫鋁干粉在水中同樣有很好的溶解度,因此用干粉磷酸二氫鋁作不定形耐火材料結(jié)合劑在許多情況下都是較為方便的。這種粉末是將磷酸二氫鋁溶液在常溫下真空蒸發(fā),然后在空氣中在95℃左右蒸發(fā)制得,工業(yè)上則用噴霧干燥器制取。
磷酸二氫鋁的水溶液為無色透明液體,PH2.0~3.0;50%濃度的磷酸二氫鋁溶液PH=2.0比重1.47~1.48,熔點22℃。如果磷酸二氫鋁濃度太低(如水:磷酸二氫鋁=20:1時),溶液變得不穩(wěn)定,發(fā)生分解反應。
磷酸二氫鋁的主要成分為AL(H2PO4)3,它在常溫下溶于水,與耐火材料混合后只要不存在促凝劑,這種混合料即可在長時間內(nèi)保持可塑性,做成的制品一般不硬化,加入3.8%的磷酸二氫鋁施工性能隨時間變化。我們看到,即使長時間放置其流動性也是較高的。這樣做成的試樣不加熱是沒有強度的,將材料成型后存放在模內(nèi),從外邊單面烘烤強度變化也不大,只在有60~90℃下試佯和模具放入干燥箱中,全面干燥時,強度才會隨時間而增加,當成型后的制品加熱到一定溫度后,磷酸二氫鋁即變成焦磷酸二氫鋁和偏磷酸鋁,并隨之發(fā)生聚合反應。
在400~500℃以上的溫度下形成的偏磷酸鋁聚合物AL(PO3)3,隨著聚合程度的提高,使得不定形耐火材料形成較強的粘結(jié),獲得強度,偏磷酸鋁發(fā)生聚合的同時也分解出部分P2O5而形成具有空間結(jié)構(gòu)的ALPO4。分解出來的P2O5還與耐火材料中的AL2O3反應形成ALPO4,這種ALPO4的生成同樣有利于不定形耐火材料強度的提高。磷酸二氫鋁的加熱變化過程