CN100378027C

CN100378027C - 一种多孔莫来石陶瓷材料的制备方法

Info

Publication number: CN100378027C
Application number: CNB2006100195522A
Authority: CN
Inventors: 李楠; 鄢文; 李淑静
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2006-07-06
Filing date: 2006-07-06
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2026-07-06
Also published as: CN1884193A

Abstract

本发明涉及多孔莫来石陶瓷材料及其制备方法，所采用的技术方案是：按重量百分含量将10～50%的煤矸石粉、50～90%的 Al(OH)₃ 粉进行配料，外加上述混合料重量的2～10%的水及0～10%的添加剂，经搅拌、成型，再将成型坯体在110℃下干燥4～24小时，然后在1400～1600℃温度下烧成，保温1～8小时。本发明制备的产品化学成分主要是 SiO₂ 与 Al₂O₃ ，其主晶相为莫来石或莫来石—刚玉。它是一种气孔率高(38%～65%)、平均孔径小(100nm～15μm)、气孔分布均匀、强度高的轻质保温耐火材料。

Description

一种多孔莫来石陶瓷材料的制备方法

一、技术领域

本发明属于多孔陶瓷材料领域。尤其涉及一种以莫来石、刚玉为主要相成分的轻质保温耐火材料的制备方法。

二、背景技术

目前的保温材料大都属于Al₂O₃-SiO₂系材料(王维邦.耐火材料工艺学.冶金工业出版社，2003)，主要物相为刚玉、莫来石、石英物相与玻璃相。这些保温材料孔径较大，且孔分布不均匀。从造孔工艺角度看，目前制备多孔陶瓷材料及轻质保温耐火材料的方法主要有两种：

1、加入可燃物法

在陶瓷或耐火材料粉料中加入可燃物，如锯末、煤粉、焦碳粉，发泡聚苯乙烯球等，经成型、烧成后，可燃物烧去在材料中形成气孔。如“轻质莫来石砖的研制与应用”(《陶瓷工程》，2002，12)技术，以莫来石熟料、工业氧化铝、高岭土为原料，以锯末屑、泡沫聚苯乙烯珠粒为添加剂，制备了轻质莫来石砖。这种方法的缺点是：当可燃物烧不尽时，易在材料中形成“黑芯”；可燃物粉在粉料中易团聚，造成材料内气孔大小不均、气孔分布不均等缺点，加入可燃物粉的量收到限制，不可制备出气孔率很高的材料。

2、泡沫法

将陶瓷或耐火材料粉制成泥浆，在泥浆中加松香皂等发泡剂与固化剂经搅拌使在泥浆中形成气泡。泥浆经浇注成型、固化与烧结后即得到多孔陶瓷材料。如“一种轻质耐火砖”(CN03100439.3)的技术，公开了以蓝晶石和煅烧煤矸石为原料，采用泡沫法成型，制备了以莫来石为主晶相、钙长石为结合相的轻质耐火砖。这种方法制得的多孔陶瓷材料中的气孔大小与分布受发泡剂及搅拌等因素的影响很大。很难得到气孔分布均匀以及气孔孔径分布均匀的材料。

以上两种方法制备的多孔材料中，产生气孔的物质(赋孔材料)都是陶瓷材料原料以外的材料。由它们所产生的气孔受赋孔材料的组成、粒径或者发泡条件的影响很大，很难制得气孔分布均匀，显微结构与性能稳定的多孔材料，特别是难以制得微孔材料。

从使用原料角度看，现有制备多孔莫来石材料的原料包括：粘土、铝矾土，蓝晶石，莫来石，煤矸石，工业氧化铝及一些添加剂。其中使用铝矾土居多，这样就大量占据铝资源，与炼铝行业产生资源冲突。

虽然文献“煤矸石合成莫来石熟料研究”(《矿物岩石》，第18卷，第4期)报导了以煤矸石和Al(OH)₃为原料制备了莫来石熟料，但其制备的是致密材料，容重＞2.51g/cm³。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种气孔率高、平均孔径小、气孔分布均匀、强度高的以莫来石、刚玉为主晶相的轻质保温耐火材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：按重量百分含量将10～50％的煤矸石粉、50～90％的Al(OH)₃粉进行配料，外加上述混合料重量的2～10％的水及0～10％的添加剂，经搅拌、成型后，再将成型坯体在110℃下干燥4～24小时。然后在1400～1600℃温度下烧成，保温1～8小时。

其中：添加剂或为MgCO₃、或为CaCO₃、或为MgCO₃和CaCO₃的混合物，粒径均≤88μm；煤矸石粉、Al(OH)₃粉的粒径均为10～88μm；成型或是机械压制、或是手工捣打，机械压制的压力为10～400Mpa。

由于采用上述技术方案，以煤矸石和Al(OH)₃粉为原料，利用其分解原位产生气孔，合成多孔莫来石材料(气孔率＞38％，容重＜2.00g/cm³)。这种方法所获得的材料气孔分布均匀，并可利用煤矿产生的废料煤矸石，有利于环境保护。

本发明制备的产品化学成分主要是SiO₂与Al₂O₃，其主晶相为莫来石或莫来石-刚玉。它是一种平均孔径为100nm～15μm、气孔分布均匀、强度高的轻质保温耐火材料。

四、具体实施方式

实施例1

一种多孔莫来石陶瓷材料的制备方法：将粒径为53～75μm的煤矸石粉和Al(OH)₃粉分别按重量百分含量为32～16％、68～84％进行配料，外加上述混合料重量的2～10％的水，混合搅拌。困料18～24小时，在压力为30～50Mpa条件下机压成型，成型坯体在空气中自然干燥24小时，再在110℃下干燥8～16小时，在1500℃下烧成，保温时间为3～5小时。

用本实施例的制备方法所获得的产品，可得到显气孔率为54～62％、容重为1.42～1.50g/cm³、平均孔径为400～600nm的莫来石-刚玉轻质保温材料。

实施例2

一种多孔莫来石陶瓷材料的制备方法：将粒径为10～88μm的煤矸石粉和Al(OH)₃粉分别按重量百分含量为46～32％、54～68％进行配料，外加上述混合料重量的2～10％的水、1.5～2.5％的MgCO₃和1.0～2.0％的CaCO₃混合搅拌。困料18～24小时，在80～100Mpa压力下机压成型。在空气中自然干燥16～24小时，再在110℃下干燥8～16小时，在1500℃下烧成，保温时间为3～5小时。

用本实施例的制备方法所获得的产品，可得到显气孔率在40～50％，容重在1.74～1.91g/cm³、平均孔径为3.273～4.475μm、耐压强度为54～60Mpa的刚玉-莫来石轻质保温材料。

实施例3

一种多孔莫来石陶瓷材料的制备方法：将粒径介于10～88μm的煤矸石粉和Al(OH)₃粉，分别按重量百分含量为46～50％、54～50％进行配料，外加上述混合料重量的2～10％的水和1.9～2.9％的MgCO₃混合搅拌。困料16～24小时，在30～50Mpa压力下机压成型。在空气中自然干燥24～32小时，再在110℃下干燥16～24小时，在1500℃下烧成，保温时间为3～5小时。

用本实施例的制备方法所获得的产品，可得到显气孔率在44～48％，容重在1.88～1.92g/cm³、平均孔径为2.202～3.247μm、耐压强度为52～58Mpa的莫来石-刚玉石轻质保温材料。

Claims

1.一种多孔莫来石陶瓷材料的制备方法，其特征在于按重量百分含量将10～50％的煤矸石粉、50～90％的Al(OH)₃粉进行配料，外加上述混合料重量的2～10％的水及0～10％的添加剂，经搅拌、成型，成型坯体在110℃下干燥4～24小时，然后在1400～1600℃温度下烧成，保温1～8小时。

2.根据权利要求1所述的多孔莫来石陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述的煤矸石粉、Al(OH)₃粉的粒径均为10～88μm。

3.根据权利要求1所述的多孔莫来石陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述的添加剂或为MgCO₃、或为CaCO₃、或为MgCO₃和CaCO₃的混合物，粒径均≤88μm。

4.根据权利要求1所述的多孔莫来石陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述的成型或是机械压制、或是手工捣打，机械压制的压力为10～400Mpa。