CN101817688A - 一种高纯高强轻质莫来石耐火骨料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高纯高强轻质莫来石耐火骨料以及制备方法。这种骨料以天然硅石和工业高纯氧化铝为起始物料，外加入结合剂、添加剂和可在高温下挥发的碳质烧失物，通过湿法共磨，真空压滤成形，坯体干燥后进行煅烧，烧后产物经破碎后得到该种高纯高强轻质莫来石耐火骨料。起始料的重量百分比为：天然硅石20％～30％、工业高纯氧化铝70～80％；外加的结合剂、添加剂和碳质烧失物的加入量分别占起始料总重量的百分比为：结合剂4％～6％、添加剂0.3％～1.0％和碳质烧失物25％～35％。这种轻质莫来石耐火骨料具有纯度高、高温体积稳定性好、隔热性好、强度高等优异的性能。

Description

一种高纯高强轻质莫来石耐火骨料及制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料领域所用的一种耐火骨料，尤其涉及一种轻质耐火材料用的高纯高强轻质莫来石耐火骨料以及制备方法。

背景技术

轻质耐火材料根据使用温度的不同可分两大类。一是普通类，其使用温度通常低于1200℃；另一类是高级隔热材料，使用温度通常高于1500℃，但价格昂贵、强度低，难以广泛应用；而使用温度在1200～1500℃之间的工业窑炉和热工设备的背衬大都使用的是定形制品，存在整体性不好、强度低、施工效率不够高等不足。因此开发使用温度在1200～1500℃，强度高、隔热性良好的轻质不定形耐火材料，这对于节能减耗、实现窑炉结构轻型化和简化十分必要。因此能满足这种轻质不定形耐火材料所用的原料成为关键。然而，现在所用的骨料普遍存在引入杂质多、高温体积稳定性差、隔热性能与强度不能兼顾等一些缺点，从而难于满足轻质不定形耐火材料的发展需要。

在国内专利文献CN 101265118A中表述了具有类似本发明的莫来石轻质骨料，但本发明与其有显著的不同。首先是使用的原料不同，其次是生产过程截然不同，最终产品的性能也有根本的不同。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题存在的不足，提供一种纯度高、高温体积稳定性好、隔热性好、高强度的轻质莫来石耐火骨料以及它的制备方法。

本发明所采用的技术方案是：这种高纯高强轻质莫来石耐火骨料以天然硅石和工业高纯氧化铝作为起始物料，外加入结合剂、添加剂和可在高温下挥发的碳质烧失物。起始物料的重量百分比为：天然硅石20％～30％、工业高纯氧化铝70～80％；外加的结合剂、添加剂和碳质烧失物的加入量分别占起始料总重量的百分比为：结合剂4％～6％、添加剂0.3％～1.0％和碳质烧失物25％～35％。

原料中所述的天然硅石，SiO₂含量大于98％；工业高纯氧化铝中，Al₂O₃的含量大于98％；所用的结合剂为工业糊精；烧失物为无烟煤、炭黑或石墨；添加剂为羟甲基纤维素。起始物料经破粉碎后在筒磨机内磨细混匀，混好的物料经真空压滤，通过练泥机与挤泥机使物料成为具有规则形状的坯体，坯体先经自然干燥，再在干燥窑内在100℃以上的温度下充分干燥。干燥后的坯体放于隧道窑内在1300℃以上的温度下煅烧，煅烧后得到的成品再经破碎成合适的粒度，就得到本发明的高纯高强轻质莫来石耐火骨料。

本发明的原理在于利用Al₂O₃与SiO₂在较高的温度下发生反应，形成一种性质稳定、性能优异的莫来石相，莫来石本身具有较低的导热系数，低的热膨胀性及优良的高温性能，采用铝硅系材料，合成轻质莫来石原料，非常适合于用来制做隔热材料。此外，在所采用的起始物料中，加入了一定量的在高温下可以燃烧而消耗掉的碳质材料，从而可在所制得的材料内部产生大量的微气孔，由于气相材料的导热系数要远小于固相材料，因此也可以使所得到的莫来石骨料的导热系数进一步降低。同时，由于莫来石骨料内部的气孔呈封闭的球形结构，而具有球形结构的物体其抗压能力最强，故所制得的莫来石骨料还具有较高耐压强度。本发明还采用了更合理的湿法真空压滤挤出成形工艺，大大减少了坯体内部因多余水分导致的大气孔，使产物轻质莫来石骨料内部气孔孔径更为微小，根据传热学原理，在高温条件下，气孔孔径越小，越有利于导热系数的降低，从而使材料有更优异的隔热保温性能，另外，气孔孔径减小也有利于材料强度的提高。

这样，本发明所制得的莫来石骨料有良好的隔热能力、优异的耐压强度以及良好的高温体积稳定性。

本发明，高纯高强轻质莫来石耐火骨料的制备方法为：

步骤一、准备原料，把天然硅石、工业高纯氧化铝、无烟煤分别破粉碎，粒度要小于200目。

步骤二、配制混合料，将按一定配比的天然硅石粉、工业高纯氧化铝、无烟煤及外加剂糊精、添加剂羟甲基纤维素加入筒磨机后，再向筒磨机内加入占全部料重约100～130％的水，用刚玉球作研磨介质，进行研磨，全部物料在筒磨机内磨12～36小时得到物料粒度600-700目的料浆。

步骤三、真空压滤、练泥与挤泥，在真空压滤机内将料浆压滤成饼状。将压滤好的料饼在练泥机内处理后，经挤泥机挤成尺寸为230×114×65mm的坯体。

步骤四、自然干燥和烘干，坯体在室温条件下自然干燥24～72小时，将坯体在干燥器内100～200℃的温度下干燥24～36小时。

步骤五、煅烧和破碎，将干燥后的坯体于高温窑内在1300～1400℃下煅烧，升温速率为5℃/min，烧24～36小时后得到块状莫来石制品；将煅烧后的块状莫来石经鄂式和圆锥破碎机破碎就得到这种高纯高强轻质莫来石耐火骨料。

所得到骨料的体积密度介于1.1～1.3g/cm³之间，气孔率为50～70％，经XRD分析表明骨料中莫来石的含量高于60％，骨料内部的气孔孔径主要处于10μm以下，集中分布在3μm左右，通过SEM分析表明，所制得的骨料内部颗粒与气孔间分布非常均匀。

本发明的有益效果在于：纯度高，带入的杂质成分少，从而使最终得到的产物在高温下收缩变形小，高温体积稳定性好，有利于保持工业窑炉墙衬的整体结构；利用湿法共磨所配制物料，使物料间相互分散均匀，且粒度更小；通过真空压滤挤压成形，可排除坯体中的大气孔，可使得到的莫来石骨料内部的气孔更为微小，且均匀分布，不易出现聚集，能提升材料的隔热能力；且骨料内部气孔呈封闭的球形结构，使骨料具有更高的耐压强度。

具体实施方式

以下实施例详细地说明了本发明。

实施例1

将天然硅石粉与Al₂O₃含量大于98％的工业氧化铝按28∶72的比例配制，外加无烟煤30％、糊精4％、羟甲基纤维素0.4％(均为占起始料总重量的百分比)。将上述原料称量好后，与研磨介质刚玉球、水一起加入筒磨机内。三者比例为，原料∶研磨介质∶水为1∶1∶1(质量比)。筒磨机转速设定为20r/m，共磨时间为24h。

将共磨好的原料引入真空压滤机内进行压滤，压滤好的料浆经练泥后投入挤泥机内，挤出后切割得到方形坯体。坯体先放在室温环境中进行自然干燥，时间为48h。之后，再将自然干燥后的坯体在110℃的干燥器内烘干24h。烘干后的坯体入窑进行高温煅烧，升温速率为5℃/min，最高煅烧温度为1350℃，保温时间为36h。产品出窑后，经破碎得到这种高纯高强轻质莫来石骨料。

实施例2

将天然硅石粉与Al₂O₃含量大于98％的工业氧化铝按25∶75的比例配制，外加30％的炭黑、5％的糊精、0.7％的羟甲基纤维素(均为占起始料的百分比)。将上述原料称量好后，与研磨介质刚玉球、水一起加入筒磨机内。三者比例为，原料∶研磨介质∶水为1∶1∶1.2(质量比)。筒磨机转速设定为20r/m，共磨时间为24h。将共磨好的物料引入真空压滤机内进行压滤，压滤好的料浆经练泥后投入挤泥机内，挤出后切割得到方形坯体。坯体先放在室温环境中进行自然干燥，时间为36h。之后，再将自然干燥后的坯体在110℃的干燥器内烘干36h。烘干后的坯体入窑进行高温煅烧，升温速率为5℃/min，最高煅烧温度为1400℃，保温时间为24h。产品出窑后，经破碎得到这种高纯高强轻质莫来石骨料。

实施例3

将天然硅石粉与Al₂O₃含量大于98％的工业氧化铝按20∶80的比例配制，外加28％的石墨、6％的糊精、0.7％的羟甲基纤维素(均为占起始料的百分比)。将上述原料称量好后，与研磨介质刚玉球、水一起加入筒磨机内。三者比例为，原料∶研磨介质∶水为1∶1∶1.3(质量比)。筒磨机转速设定为24r/m，共磨时间为36h。将共磨好的物料引入真空压滤机内进行压滤，压滤好的料浆经练泥后投入挤泥机内，挤出后切割得到方形坯体。坯体先放在室温环境中进行自然干燥，时间为72h。之后，再将自然干燥后的坯体在110℃的干燥器内烘干24h。烘干后的坯体入窑进行高温煅烧，升温速率为5℃/min，最高煅烧温度为1400℃，保温时间为24h。产品出窑后，经破碎得到这种高纯高强轻质莫来石骨料。

Claims (4)

1.一种高纯高强轻质莫来石耐火骨料，其特征在于：选用天然硅石和工业高纯氧化铝为起始料，外加入结合剂、添加剂和碳质烧失物，起始料的重量百分比为：天然硅石20％～30％、工业氧化铝70～80％；外加结合剂、添加剂和碳质烧失物的加入量分别占起始料总重量的百分比为：结合剂4％～6％、添加剂0.3％～1.0％和碳质烧失物25％～35％。

2.根据权利要求1所述的高纯高强轻质莫来石耐火骨料，其特征在于：结合剂为工业糊精，烧失物为无烟煤、炭黑或石墨，添加剂为羟甲基纤维素。

3.根据权利要求1所述的高纯高强轻质莫来石耐火骨料，其特征在于：工业氧化铝中Al₂O₃的含量大于98％。

4.根据权利要求1所述的高纯高强轻质莫来石耐火骨料的制备方法，其特征在于：步骤一、准备原料，把天然硅石、工业高纯氧化铝、无烟煤分别破粉碎，粒度要小于200目；

步骤二、配制混合料，将按一定配比的天然硅石粉、工业高纯氧化铝、无烟煤及外加剂糊精、添加剂羟甲基纤维素加入筒磨机后，再向筒磨机内加入占全部料重约100～130％的水，用刚玉球作研磨介质，进行研磨，全部物料在筒磨机内磨12～36小时得到物料粒度600-700目的料浆；

步骤三、真空压滤、练泥与挤泥，在真空压滤机内将料浆压滤成饼状，将压滤好的料饼在练泥机内处理后，经挤泥机挤成尺寸为230×114×65mm的坯体；

步骤四、自然干燥和烘干，坯体在室温条件下自然干燥24～72小时，将坯体在干燥器内100～200℃的温度下干燥24～36小时；

步骤五、煅烧和破碎，将干燥后的坯体于高温窑内在1300～1400℃下煅烧，升温速率为5℃/min，烧24～36小时后得到块状莫来石制品；将煅烧后的块状莫来石经鄂式和圆锥破碎机破碎就得到这种高纯高强轻质莫来石耐火骨料。