CN101423408A - 一种莫来石—高硅氧玻璃复相材料及其制备方法 - Google Patents

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祝泉
代旭娟
智利彪
赵雷
牛琛雁
李亚伟
金胜利
李淑静
桑绍柏
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Abstract

本发明涉及一种莫来石-高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)及其制备方法。所采用的技术方案是：先将60～100wt％的电熔刚玉除尘粉和0～40wt％的SiO2细粉混和，经搅拌后成型；然后在空气气氛下于反应炉中以2～5℃/min的升温速度升温，升温至1300～1600℃，保温2～8h，自然冷却。本发明所用原料为电熔刚玉除尘粉，利用其中的氧化铝、氧化硅作为合成莫来石的组分，氧化钾等杂质可以形成玻璃相。该方法以废弃物为原料合成莫来石-高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)可以变废为宝、减少环境污染，降低生产成本。同时，所制备的莫来石-高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)不含方石英和刚玉，具有耐火度高、膨胀系数低、耐磨损、抗热震性优良的特点。

Description

一种莫来石—高硅氧玻璃复相材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合耐火材料生产技术领域。尤其涉及一种莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)及其制备方法。
背景技术
电熔刚玉除尘粉是电熔刚玉生产过程中产生的固体废弃物。电熔刚玉除尘粉的化学成分主要以Al2O3，SiO2，K2O，MgO，Fe2O3，Na2O和CaO等为主，在一般情况下，Al2O3为20～56wt％、SiO2为10～50wt％、K2O为0.3～20wt％。其化学成分的比例随着各生产厂家的原料及操作条件不同而略有变化。
电熔刚玉除尘粉通常被作为垃圾遗弃，既污染环境、又需要大量的处置场地、且处理费用高。随着工业进程的发展，它的生成量也越来越多。如何对其综合利用是一个世界范围的重要课题。目前国内外对其再利用主要集中在如下几个方面：
1、建材制品：采用焙烧、浸出方法分离出铝钙渣，得到建材制品；
2、超细氢氧化铝：主要是将电熔棕刚玉或电熔亚白刚玉除尘粉采用焙烧、浸出方法分离出浸出液，对浸出液进行碳酸化分解，然后沉淀分离出固体颗粒，洗涤、烘干得到超细氢氧化铝；
3、金属镓：主要是将电熔棕刚玉或电熔亚白刚玉除尘粉采用焙烧、浸出方法分离出浸出液，对浸出液进行碳酸化分解，然后沉淀分离出浸出液，进行深度碳酸化，沉淀分离出固体颗粒，烘干得到富镓产品，然后分离出金属镓；
4、钾肥：主要是将电熔棕刚玉或电熔亚白刚玉除尘粉采用焙烧、浸出方法分离出浸出液，对浸出液进行碳酸化分解，然后沉淀分离出浸出液，进行深度碳酸化，沉淀分离出浸出液，然后蒸发结晶、烘干，得到钾肥；
5、白刚玉微粉：通过对电熔棕刚玉或电熔亚白刚玉除尘粉理化性能的检测，酸洗、络合等化学、煅烧处理，得到粒度为2.5～20μm，外观、化学成分均合格的白刚玉微粉进行回收。
6、棕刚玉排尘粉涂料：对棕刚玉排尘粉性能研究开发的基础上，研制出几种棕刚玉排尘粉涂料，其性能良好，价格便宜。
另外，莫来石—高硅氧玻璃复相材料(即莫来卡特)不含方石英和刚玉。具有针状莫来石交织网络结构。但是，目前都采用天然矿石为原料制备莫来石—高硅氧玻璃材料，如“用红柱石微粉制备莫来石—高硅氧玻璃材料的方法”(CN 1184788A)涉及用红柱石微粉制备莫来石—高硅氧玻璃材料，“用蓝晶石微粉制备莫来石—高硅氧玻璃材料的方法”(CN1184789A)涉及用蓝晶石微粉制备莫来石—高硅氧玻璃材料。但上述方法的原料价格高。
发明内容
本发明的目的是提供一种能减少环境污染、降低成本、将废弃物电熔刚玉除尘粉再次资源化利用的制备莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)的方法。用该方法所制备的莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)具有耐火度高、膨胀系数低、耐磨损、抗热震性优良。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先将60～100wt％的电熔刚玉除尘粉和0～40wt％的SiO2细粉混和，经搅拌后成型；然后在空气气氛下于反应炉中以2～5℃/min的升温速度升温，升温至1300～1600℃，保温2～8h，自然冷却。
其中：电熔刚玉除尘粉为电熔棕刚玉除尘粉、电熔亚白刚玉除尘粉中的一种以上，电熔刚玉除尘粉的粒径小于100μm，电熔刚玉除尘粉的主要化学组分是：Al2O3为20～56wt％、SiO2为10～50wt％、K2O为0.3～20wt％；SiO2细粉为硅微粉、石英粉和石英玻璃粉中的一种以上，SiO2细粉的粒径小于100目；反应炉为气氛炉、电弧炉、感应炉和烧结炉中的一种。
由于采用上述技术方案，本发明所用原料为电熔刚玉除尘粉，利用其中的氧化铝、氧化硅作为合成莫来石的组分，氧化钾等杂质可以形成玻璃相。电熔刚玉除尘粉为电熔刚玉工业生产的废弃物，使用该方法以废弃物为原料合成莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)可以变废为宝、减少环境污染，降低生产莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)的成本，具有广泛的社会和经济价值。同时，所制备的莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)不含方石英和刚玉，具有耐火度高、膨胀系数低、耐磨损、抗热震性优良的特点。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种莫来石—高硅氧玻璃复相材料及其制备方法，先将60～65wt％电熔亚白刚玉除尘粉、5～6wt％的硅微粉、10～13wt％的石英粉和20～21wt％的石英玻璃粉混和，经搅拌后成型；然后在空气气氛下于气氛炉中以2～3℃/min的升温速度加温到1300～1400℃，保温2～3h，最后自然冷却到室温。
其中：电熔亚白刚玉除尘粉的化学组分是：Al2O3为42.18％、SiO2为18.76％、K2O为12.82％、MgO为1.22％、Na2O为1.88％、TiO2为2.10％、Fe2O3为2.72％、其它为18.32％。
本实施例1所制备的莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)经X—射线衍射分析，主要物相为莫来石相和玻璃相。体积密度为1.65g/cm3～1.70g/cm3，显气孔率为35％～37％。
实施例2
一种莫来石—高硅氧玻璃复相材料及其制备方法，将65～70wt％的电熔棕刚玉除尘粉、10～13wt％的石英粉和20～22wt％的石英玻璃粉混和，经搅拌后成型；然后在空气气氛下于电弧炉中以3～4℃/min的升温速度加温到1400～1500℃，保温3～4h，最后自然冷却到室温。
其中：电熔棕刚玉除尘粉的化学组分是：Al2O3为41.36％、SiO2为22.13％、K2O为12.82％、MgO为2.26％、Na2O为2.28％、TiO2为2.11％、Fe2O3为2.72％、其它为14.32％。
本实施例2所制备的莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)经X—射线衍射分析，主要物相为莫来石相和玻璃相。体积密度为1.72g/cm3～1.90g/cm3，显气孔率为22％～32％。
实施例3
一种莫来石—高硅氧玻璃复相材料及其制备方法，将70～75wt％的电熔亚白刚玉除尘粉、15～16wt％的硅微粉和10～14wt％的石英玻璃粉混和，经搅拌后成型，成型后在空气气氛下于感应炉中以4～5℃/min的升温速度加温到1500～1600℃，保温4～5h，最后自然冷却到室温。
其中：电熔亚白刚玉除尘粉的化学组分是：Al2O3为31.78％、SiO2为20.16％、K2O为13.82％、MgO为3.02％、Na2O为2.88％、TiO2为3.10％、Fe2O3为3.42％、其它为21.82％。
本实施例3所制备的莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)经X—射线衍射分析，主要物相为莫来石相和玻璃相。体积密度为1.91g/cm3～2.12g/cm3，显气孔率为2％～18％。
实施例4
一种莫来石—高硅氧玻璃复相材料及其制备方法，将75～80wt％的电熔亚白刚玉除尘粉、10～15wt％的硅微粉、5～10wt％的石英粉混和，经搅拌后成型；然后在空气气氛下于烧结炉中以2～4℃/min的升温速度加温到1300～1500℃，保温5～6h，最后自然冷却到室温。
其中：电熔亚白刚玉除尘粉的化学组分是：Al2O3为32.56％、SiO2为28.56％、K2O为11.82％、MgO为2.79％、Na2O为2.84％、TiO2为1.89％、Fe2O3为2.22％、其它为17.32％。
本实施例4所制备的莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)经X—射线衍射分析，主要物相为莫来石相和玻璃相。体积密度为1.70g/cm3～1.92g/cm3，显气孔率为20％～33％。
实施例5
一种莫来石—高硅氧玻璃复相材料及其制备方法，将80～85wt％的电熔棕刚玉除尘粉、15～20wt％的硅微粉混和，经搅拌后成型；然后在空气气氛下于烧结炉中以3～5℃/min的升温速度加温到1400～1600℃，保温6～7h，最后自然冷却到室温。
其中：电熔棕刚玉除尘粉的化学组分是：Al2O3为31.78％、SiO2为37.78％、K2O为9.70％、MgO为2.02％、Na2O为1.40％、TiO2为1.10％、Fe2O3为1.42％、其它为14.80％。
本实施例5所制备的莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)经X—射线衍射分析，主要物相为莫来石相和玻璃相。体积密度为1.71g/cm3～1.93g/cm3，显气孔率为24％～36％。
实施例6
一种莫来石—高硅氧玻璃复相材料及其制备方法，将85～90wt％的电熔棕刚玉除尘粉、10～15wt％的石英粉混和，经搅拌后成型；然后在空气气氛下于烧结炉中以4～5℃/min的升温速度加温到1300～1500℃，保温6～8h，最后自然冷却到室温。
其中：电熔棕刚玉除尘粉的化学组分是：Al2O3为30.15％、SiO2为38.97％、K2O为9.14％、MgO为2.02％、Na2O为1.40％、TiO2为1.10％、Fe2O3为1.42％、其它为15.80％。
本实施例6所制备的莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)经X—射线衍射分析，主要物相为莫来石相和玻璃相。体积密度为1.70g/cm3～1.94g/cm3，显气孔率为25％～38％。
实施例7
一种莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)及其制备方法，将90～95.5wt％的电熔棕刚玉除尘粉、5～10wt％的石英玻璃粉混和，经搅拌后成型，然后在空气气氛下于烧结炉中以3～4℃/min的升温速度加温到1400～1600℃，保温2～4h，最后自然冷却到室温。
其中：电熔棕刚玉除尘粉的化学组分是：Al2O3为28.15％、SiO2为41.53％、K2O为8.88％、MgO为2.02％、Na2O为1.40％、TiO2为1.10％、Fe2O3为1.42％、其它为15.50％。
本实施例7所制备的莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)经X—射线衍射分析，主要物相为莫来石相和玻璃相。体积密度为1.69g/cm3～1.86g/cm3，显气孔率为18％～26％。
实施例8
一种莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)及其制备方法，将95.5～100wt％的电熔棕刚玉除尘粉、0.5～5wt％的硅微粉混和，经搅拌后成型，成型后在空气气氛下于烧结炉中以2～5℃/min的升温速度加温到1500～1600℃，保温4～6h，最后自然冷却到室温。
其中：电熔棕刚玉除尘粉的化学组分是：Al2O3为23.71％、SiO2为38.76％、K2O为9.79％、MgO为2.02％、Na2O为2.40％、TiO2为1.10％、Fe2O3为2.42％、其它为19.80％。
本实施例8所制备的莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)经X—射线衍射分析，主要物相为莫来石相和玻璃相。体积密度为1.59g/cm3～1.83g/cm3，显气孔率为22％～32％。
实施例9
一种莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)及其制备方法，将50～55wt％的电熔棕刚玉除尘粉和45～50wt％的电熔亚白刚玉除尘粉混和，经搅拌后成型；然后空气气氛下于烧结炉中以2～5℃/min的升温速度加温到1500～1600℃，保温4～6h，最后自然冷却到室温。
其中：电熔棕刚玉除尘粉的化学组分是：Al2O3为30.42％、SiO2为46.58％、K2O为8.82％、MgO为1.16％、Na2O为1.88％、TiO2为1.10％、Fe2O3为1.72％、其它为8.32％；电熔亚白刚玉除尘粉的化学组分是：Al2O3为21.35％、SiO2为29.72％、K2O为12.82％、MgO为2.09％、Na2O为2.88％、TiO2为2.10％、Fe2O3为3.72％、其它为25.32％。
本实施例9所制备的莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)经X—射线衍射分析，主要物相为莫来石相和玻璃相。体积密度为1.57g/cm3～1.79g/cm3，显气孔率为21％～35％。
本实施例1～9中所涉及到的电熔棕刚玉除尘粉、电熔亚白刚玉除尘粉的粒径小于100μm；硅微粉、石英粉和石英玻璃粉的粒径小于100目。
本具体实施方式所用原料为电熔刚玉除尘粉，利用其中的氧化铝、氧化硅作为合成莫来石的组分，氧化钾等杂质可以形成玻璃相。电熔刚玉除尘粉为电熔刚玉工业生产的废弃物，使用该方法以废弃物为原料合成莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)可以变废为宝、减少环境污染，降低生产莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)的成本，具有广泛的社会和经济价值。同时，所制备的莫来石—高硅氧玻璃复相材料(莫来卡特)不含方石英和刚玉，具有耐火度高、膨胀系数低、耐磨损、抗热震性优良的特点。

Claims (5)

1、一种莫来石—高硅氧玻璃复相材料的制备方法，其特征在于先将60～100wt％的电熔刚玉除尘粉和0～40wt％的SiO2细粉混和，经搅拌后成型；然后在空气气氛下于反应炉中以2～5℃/min的升温速度升温，升温至1300～1600℃，保温2～8h，自然冷却。
2、根据权利要求1所述的莫来石-高硅氧玻璃复相材料的制备方法，其特征在于所述的电熔刚玉除尘粉为电熔棕刚玉除尘粉、电熔亚白刚玉除尘粉中的一种以上，电熔刚玉除尘粉的粒径小于100μm，电熔刚玉除尘粉的主要化学组分是：Al2O3为20～56wt％、SiO2为10～50wt％、K2O为0.3～20wt％。
3、根据权利要求1所述的莫来石—高硅氧玻璃复相材料的制备方法，其特征在于所述的SiO2细粉为硅微粉、石英粉和石英玻璃粉中的一种以上，SiO2细粉的粒径小于100目。
4、根据权利要求1所述的莫来石—高硅氧玻璃复相材料的制备方法，其特征在于所述的反应炉为气氛炉、电弧炉、感应炉和烧结炉中的一种。
5、根据权利要求1～4项中的任一项所述的莫来石—高硅氧玻璃复相材料的制备方法所制备的莫来石—高硅氧玻璃复相材料。
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