CN101265118B

CN101265118B - 一种微孔莫来石轻质骨料及其制备方法

Info

Publication number: CN101265118B
Application number: CN2008100548858A
Authority: CN
Inventors: 王履彬
Original assignee: XIAOYI JINGSHAN REFRACTORY MATERIAL CO Ltd
Current assignee: XIAOYI JINGSHAN REFRACTORY MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2008-04-26
Filing date: 2008-04-26
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2028-04-26
Also published as: CN101265118A

Abstract

本发明涉及耐火材料领域，具体为一种微孔莫来石轻质骨料及其制备方法，解决现有莫来石轻质骨料存在体积密度较大、耐压强度和耐火度较低以及热导率较高、孔径较大、气孔分布不均匀等问题，由铝矾土生料、煤矸石、锯末、石油焦炭制成，制备方法如下：将原料分别破碎，混合均匀；然后加入占原料总重量80-85％的水，进行湿磨；筛网过滤；成型，成型压力为6-8MPa；干燥，温度为180-200℃。时间为65-75h；在1400-1450℃下煅烧，时间为9-10天；破碎；筛分，即得到莫来石轻质骨料。本发明生产的产品具有气孔率高、体积密度小、平均孔径小、热导率小、耐压强度高、耐火度高等优点，可广泛用作隔热保温层，也可直接应用于加热炉等多种工业炉的工作衬、炉顶，适用范围较广。

Description

一种微孔莫来石轻质骨料及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料领域，具体为一种微孔莫来石轻质骨料及其制备方法。

背景技术

公知，莫来石本身具有许多优良物理特性，如低膨胀系数、低导热、低蠕变、低介电常数、高耐热冲击和高温强度等，莫来石的这些特性使得其在耐火材料、高温结构材料、微电子封装材料、光学材料等众多领域中得到广泛应用，有着重要的工业价值。以莫来石为原材料的耐火浇注料按气孔率分可分为致密骨料(又称重质骨料)和轻质骨料(又称多孔骨料)，致密骨料系指气孔率不大于30％的骨料，轻质骨料系指气孔率大于45％的骨料，以往人们通常使用重质骨料，其耐压强度较高，而导热系数较高，保温隔热性能差，浇注料自身比重较大，而且致密的骨料要求高温烧成，需要消耗大量的能源。

随着国家对降低能耗和节约能源的要求日益提高，轻质骨料在各个工业窑炉和燃烧器上已得到广泛应用，其体积密度和热导率较低，隔热性能较好，但由于隔热性、耐压强度和耐高温性能间的矛盾，一方面要求尽可能减少热损失，要求材料具有低热导率，另一方面要求材料具有足够的强度以承受自重并抵抗热气流的冲刷、摩擦和侵蚀。但是现有莫来石轻质骨料普遍很难解决上述矛盾，比如体积密度小于1.35g/cm³的轻质骨料长期使用温度只能在1300℃以下，耐压强度在5.8MPa左右，热导率一般在0.5左右w/(m·k)，而且其孔径较大(大都为毫米级)、且气孔分布不均匀，很大程度上影响了材料的隔热性能。

发明内容

本发明为了解决现有莫来石轻质骨料存在体积密度较大、耐压强度和耐火度较低以及热导率较高、孔径较大、气孔分布不均匀等问题，提供一种微孔莫来石轻质骨料及其制备方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种微孔莫来石轻质骨料，所述的轻质骨料由下列重量百分比的原料制成：

铝矾土生料35-40％，煤矸石14-20％，锯末4-13％，石油焦炭27-45％，上述石油焦炭中Fe₂O₃含量为1-2％，Al₂O₃含量为8-10％。所述石油焦炭，简称石油焦，由石油炼制的残油、渣油或沥青经高温焦化而得的固体残余物，主要的元素组成为碳，占有80wt％以上，其余的为氢、氧、氮、硫和金属元素，本发明以Fe₂O₃、Al₂O₃的含量来限定所选用的石油焦炭，其作用是作为添加剂，使铝矾土生料、煤矸石和锯末三种主原料在高温烧成中，原料内部短时间生成大量微小气孔，且气孔不随烧结过程的进行而聚集长大，最终在骨料中形成微米级且均匀分布的气孔；将该添加剂与其它三种主料以一定比例配合而制取的莫来石轻质骨料，使得骨料具有优异的保温隔热性能，热导率显著降低，但是与同类其它产品相比，其耐压强度、耐火度较高。

制备上述微孔莫来石轻质骨料的方法，包括如下步骤：(1)将铝矾土生料、煤矸石、锯末及石油焦炭分别破碎，混合均匀，石油焦炭的破碎粒径小于等于5mm；(2)然后加入占上述原料总重量80-85％的水，进行湿磨；(3)筛网过滤，得到目数为400-450目的筛下物，其含水量为15-20％；(4)成型，成型压力为6-8MPa；(5)干燥，温度为180-200℃，时间为65-75h；(6)在1400-1450℃下煅烧，时间为9-10天；(7)破碎；(8)筛分，即得到莫来石轻质骨料。上述步骤(2)中所用设备为球磨机，步骤(4)中所用设备为本领域常用的各种成型机，最终产品可根据用户的需求，通过破碎、筛分工艺制成不同粒级的轻质骨料。

按照本发明所述配方及制备方法得到的莫来石轻质骨料，在其煅烧完后选取外观较好的轻质砖，经钢铁研究总院采用PHILIPS ADP-10D型X射线衍射仪检测，该骨料中主要物相为莫来石(Al₆Si₂O₁₃)，含量为80-90％，其次为刚玉相(Al₂O₃)，还可见少量金红石(TiO₂)和钙长石(CaAl₂Si₂O₈)，由于莫来石相含量较高，可大大提高耐火材料的耐火度，同时最终产品的性能也大大提高；此外，通过能谱仪分析结果也证明，本发明所述轻质骨料中O、Al、Si、Ca、Ti、Fe等元素的含量，如附图1所示，Al的含量较高，Fe等干扰杂质的含量较低；再者，通过扫描电镜得出的电镜照片可清楚的看到莫来石的断口形貌，如图2、3所示，为莫来石的低倍结构示意图，可看出其显微结构均匀，品粒细小，气孔多为封闭型，如图4、5所示，在高倍观察下，莫来石晶粒发育多呈短柱状，其轴向尺寸在5-10微米之间，各晶粒之间存在气孔，其大小多为10微米以下，而且气孔分布较均匀。最后，经检测，本发明所述微孔莫来石轻质砖的理化性能如下表1所示：

同时，上述理化性能指标经国家耐火材料质量监督检验测试中心检测并验证，见附件1，名称为微孔高强高隔热莫来石轻质砖的检验报告。由上述表格及附件1可看出，本发明所述各项性能指标远远优于传统轻质骨料，尤其是体积密度、常温耐压强度及热导率、平均孔径。

本发明与现有技术相比，采用铝矾土生料、煤矸石、锯末和添加剂石油焦炭为原料，采用独特的制备方法制成莫来石轻质骨料，具有以下优点：

1、原料来源广泛，有效利用了废物，生产方法简单，成本较低；

2、最终产品中的莫来石相含量较高，达到80％以上；

3、平均孔径较小，集中分布在7-8.5μm之间，且气孔分布均匀，使得产品具有很好的保温隔热性能，热导率较低、体积密度较小，但其常温耐压强度较高，耐火度较高；

4、较高的荷重软化温度及较小的重烧线变化率，与同类产品比较，使用温度更高，寿命更长，更安全；

总之，本发明生产的产品具有气孔率高、体积密度小、平均孔径小、热导率小、耐压强度高、耐火度高等优点，可广泛用作隔热保温层，也可直接应用于加热炉等多种工业炉的工作衬、炉顶，适用范围较广。

附图说明

图1为利用本发明所述莫来石轻质骨料制成的耐火砖的能谱分析结果示意图

图2为利用本发明所述莫来石轻质骨料制成的耐火砖在显微镜低倍下的光镜照片(×500)

图3为利用本发明所述莫来石轻质骨料制成的耐火砖在显微镜低倍下的光镜照片(×1000)

图4为利用本发明所述莫来石轻质骨料制成的耐火砖在显微镜低倍下的光镜照片(×2000)

图5为利用本发明所述莫来石轻质骨料制成的耐火砖在显微镜低倍下的光镜照片(×2500)

图6为本发明所述表1中孔容积率的测试图谱

具体实施方式

实施例1：

微孔莫来石轻质骨料，由下列重量百分比的原料制成：铝矾土生料35％，煤矸石20％，锯末13％，石油焦炭32％，上述石油焦炭中Fe₂O₃含量为1％，Al₂O₃含量为8％，制备方法包括以下步骤：(1)将铝矾土生料、煤矸石、锯末及石油焦炭分别破碎，混合均匀；(2)然后加入占上述原料总重量80％的水，进行湿磨；(3)筛网过滤，得到目数为400目的筛下物，其含水量为15％；(4)成型，成型压力为6MPa；(5)干燥，温度为180℃，时间为65h；(6)在1400℃下煅烧，时间为9天；(7)破碎；(8)筛分，即得到莫来石轻质骨料。

实施例2：

微孔莫来石轻质骨料，由下列重量百分比的原料制成：铝矾土生料40％，煤矸石14％，锯末4％，石油焦炭42％，上述石油焦炭中Fe₂O₃含量为2％，Al₂O₃含量为10％，制备方法包括以下步骤：(1)将铝矾土生料、煤矸石、锯末及石油焦炭分别破碎，混合均匀；(2)然后加入占上述原料总重量85％的水，进行湿磨；(3)筛网过滤，得到目数为450目的筛下物，其含水量为20％；(4)成型，成型压力为8MPa；(5)干燥，温度为200℃，时间为75h；(6)在1450℃下煅烧，时间为10天；(7)破碎；(8)筛分，即得到莫来石轻质骨料。

实施例3：

微孔莫来石轻质骨料，由下列重量百分比的原料制成：铝矾土生料38％，煤矸石16％，锯末10％，石油焦炭36％，上述石油焦炭中Fe₂O₃含量为2％，Al₂O₃含量为9％，制备方法包括以下步骤：(1)将铝矾土生料、煤矸石、锯末及石油焦炭分别破碎，混合均匀；(2)然后加入占上述原料总重量82％的水，进行湿磨；(3)筛网过滤，得到目数为420目的筛下物，其含水量为18％；(4)成型，成型压力为7MPa；(5)干燥，温度为195℃，时间为70h；(6)在1425℃下煅烧，时间为9天；(7)破碎；(8)筛分，即得到莫来石轻质骨料。

实施例4：

微孔莫来石轻质骨料，由下列重量百分比的原料制成：铝矾土生料36％，煤矸石16％，锯末8％，石油焦炭40％，上述石油焦炭中Fe₂O₃含量为1％，Al₂O₃含量为8％，制备方法包括以下步骤：(1)将铝矾土生料、煤矸石、锯末及石油焦炭分别破碎，混合均匀；(2)然后加入占上述原料总重量84％的水，进行湿磨；(3)筛网过滤，得到目数为435目的筛下物，其含水量为16％；(4)成型，成型压力为6MPa；(5)干燥，温度为185℃，时间为68h；(6)在1430℃下煅烧，时间为9天；(7)破碎；(8)筛分，即得到莫来石轻质骨料。

Claims

1.一种微孔莫来石轻质骨料，其特征是所述的轻质骨料由下列重量百分比的原料制成：

铝矾土生料35-40％，煤矸石14-20％，锯末4-13％，石油焦炭27-45％，上述石油焦炭中Fe₂O₃含量为1-2％，Al₂O₃含量为8-10％。

2.制备如权利要求1所述的微孔莫来石轻质骨料的方法，其特征是包括如下步骤：

(1)将铝矾土生料、煤矸石、锯末及石油焦炭分别破碎，混合均匀；

(2)然后加入占上述原料总重量80-85％的水，进行湿磨；

(3)筛网过滤，得到目数为400-450目的筛下物，其含水量为15-20％；

(4)成型，成型压力为6-8MPa；

(5)干燥，温度为180-200℃，时间为65-75h；

(6)在1400-1450℃下煅烧，时间为9-10天；

(7)破碎；

(8)筛分，即得到莫来石轻质骨料。

3.根据权利要求1所述的微孔莫来石轻质骨料，其特征是得到的莫来石轻质骨料的体积密度为1.0～1.2g/cm³，常温耐压强度≥12MPa，热导率为0.24～0.26w/(m.k)，平均孔径为7-8.5μm，孔径小于10μm的孔容积率≥70％。