CN102276242A

CN102276242A - 一种莫来石轻质砖及其制备方法

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Publication number: CN102276242A
Application number: CN2011101866012A
Authority: CN
Inventors: 李远兵; 刘静静; 黄志明; 赵雷; 李亚伟; 雷中兴; 金胜利; 王兴东; 李淑静
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2031-07-05
Also published as: CN102276242B

Abstract

本发明涉及一种莫来石轻质砖及其制备方法。其技术方案是：先以50～90wt％的煤矸石和10～50wt％的矾土为原料，外加上述原料8～16wt％的造孔剂、0.5～5wt％的膨胀剂和0.05～0.5wt％的结合剂，混合均匀；再外加上述原料25～40wt％的水，制成泥料，在温度为20～40℃和湿度为25～80％的条件下困料24～36h；然后将困料后的泥料挤压成型，在室温条件下自然干燥12～36h，最后在60～120℃条件下烘烤12～24h，在1300～1550℃条件下保温2.5～12h，即得莫来石轻质砖。本发明具备节约资源、环境友好和可连续生产的优点，所制得的莫来石质轻质砖具有高的强度和良好的抗热震稳定性特点，能直接用于工业窑炉的工作面内衬，具有良好的经济效益和社会效益。

Description

一种莫来石轻质砖及其制备方法

技术领域

本发明属于轻质耐火材料技术领域，具体涉及一种莫来石轻质砖及其制备方法。

背景技术

莫来石轻质砖为含Al₂O₃50％～80％，以莫来石(3Al₂O₃·2SiO₂)为主晶相和结合相的新型优质隔热耐火材料。由于其较高的高温结构强度、较低的高温蠕变率、较小的热膨胀系数和良好的抗热震性能，可用作直接接触火焰的窑炉的工作面内衬，会显著提高窑炉的节能效果。目前生产轻质隔热砖大多是以蓝晶石、硅线石和铝矾土为主要原料，但我国这些资源相对短缺，且以上述原料生产莫来石轻质砖成本太高。我国是煤炭资源大国，在采煤过程中产生了大量的固体废弃物，如何有效地利用这些固体废弃物已成为资源合理利用的技术关键。

煤矸石是在采煤和洗煤过程中筛选出的一种固体废弃物，除在水泥工业和微米级多孔陶瓷中作为掺杂物少量利用外，大量的煤矸石还没有得到有效利用。据相关资料显示，国内煤矸石的储量大约10亿吨以上，且每年以1亿吨的速率在增长。目前，煤矸石的堆积占用了大量的土地，且逸出的硫化物会污染大气、农田和水体，把煤矸石作为一种耐火原料加以大量利用实际上还是空缺状态。

目前，制备莫来石轻质砖的方法主要有泡沫法、燃尽物加入法、气体发生法和多孔材料法，各方法都有其优缺点，但所用原料大部分都是不可再生资源，极少采用高掺杂量固体废弃物煤矸石来制备莫来石轻质砖。《一种轻质耐火砖》(申请号：03100439.3，公开号：CN1424280A)专利技术公开了一种以莫来石为主晶相，钙长石为结合相的轻质耐火砖的制备方法。该方法以70wt％蓝晶石，1～40wt％锻烧煤矸石为原料，外加少量矾土、高岭石粘土和蒙脱石粘土，振动浇注成型。该方法的主要缺点体现在：(1)固体废弃物煤矸石的利用率太低，最高使用量仅为40wt％，生产成本相对较高。(2)所用煤矸石为煅烧煤矸石，没能充分利用煤矸石烧失部分造孔和其成分碳燃烧释放的热量，间接的造成了煤矸石的浪费。(3)该方法是用以泡沫法浇注成型，生产周期长，生产效率低。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供了一种利用固体废物制备莫来石轻质砖的方法；所制得的莫来石轻质砖具有较高的强度、较低的体积密度和导热系数。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先以50～90wt％的煤矸石和10～50wt％的矾土为原料，外加上述原料8～16wt％的造孔剂、0.5～5wt％的膨胀剂和0.05～0.5wt％的结合剂，混合均匀；再外加上述原料25～40wt％的水，制成泥料，在温度为20～40℃和湿度为25～80％的条件下困料24～36h；然后将困料后的泥料挤压成型，在室温条件下自然干燥12～36h，最后在60～120℃条件下烘烤12～24h，在1300～1550℃条件下保温2.5～12h，即得莫来石轻质砖。

所述煤矸石的主要化学组分是：Al₂O₃为25～40wt％、SiO₂为30～45wt％、Fe₂O₃为0.1～1.0wt％、TiO₂为2.0～2.5wt％、C为2.0～10.0wt％和烧失为16～25wt％；其粒径小于0.5mm。

所述矾土的主要化学组分是：Al₂O₃为60～72wt％、SiO₂为8～20wt％、Fe₂O₃为0.5～1.5wt％、TiO₂为2.0～3.0wt％、K₂O+NaO为0.4～1.2wt％、CaO+MgO为0.2～0.6wt％和烧失为13.5～14.5wt％；其粒径小于0.15mm。

所述的结合剂为羧甲基纤维素、硅溶胶、纸浆废液中的一种以上。

所述的造孔剂为糠、锯末、聚苯乙烯球中的一种。

所述的膨胀剂为蓝晶石、红柱石和硅线石中的一种，其粒径小于0.15mm。

所述的挤压成型的压力为1.5～10MPa。

由于采用上述技术方案，本发明所采用的主要原料煤矸石为目前利用价值不大的固体废弃物，环境友好，节约资源，生产成本低；通过挤压成型，烧成后即可用作直接接触火焰的窑炉工作面内衬，可连续生产，工艺简单；烧成过程中利用煤矸石挥发分造孔，提高了莫来石轻质砖的保温性能。本发明用燃尽物加入法挤压成型，所制备的莫来石轻质砖体积密度0.6～1.3g/cm³，导热系数最低达到0.18～0.55w/(m·k)，耐压强度1.5-20.0MPa，能很好地满足工业窑炉要求。

因此，本发明具有节约资源、环境友好和可连续生产的优点，所制得的莫来石质轻质砖具有较高的强度和良好的抗热震稳定性特点，能直接用于工业窑炉的工作面内衬，具有良好的经济效益和社会效益。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。

为避免重复，先将本具体实施方式所涉及到的有关技术参数统一描述如下：

膨胀剂蓝晶石、红柱石和硅线石的粒径小于0.15mm；

挤压成型的压力为1.5～10MPa；

煤矸石的主要化学组分是：Al₂O₃为25～40wt％、SiO₂为30～45wt％、Fe₂O₃为0.1～1.0wt％、TiO₂为2.0～2.5wt％、C为2.0～10.0wt％和烧失为16～25wt％；其粒径小于0.5mm；

矾土的主要化学组分是：Al₂O₃为60～72wt％、SiO₂为8～20wt％、Fe₂O₃为0.5～1.5wt％、TiO₂为2.0～3.0wt％、CaO+MgO为0.2～0.6wt％、K₂O+NaO为0.4～1.2wt％和烧失为13.5～14.5wt％；其粒径小于0.15mm。

实施例1：

一种莫来石轻质砖及其制备方法。先以50～60wt％的煤矸石和40～50wt％的矾土为原料，外加上述原料13～16wt％的糠、0.5～2.0wt％的蓝晶石和0.1～0.3wt％的羧甲基纤维素，混合均匀；再外加上述原料25～28wt％的水，制成泥料，在温度为20～40℃和湿度为25～80％的条件下困料24～36h；然后将困料后的泥料挤压成型，在室温条件下自然干燥30～36h，最后在60～120℃条件下烘烤20～24h，在1300～1350℃条件下保温2.5～6h，即得莫来石轻质砖。

本实施例1所制得的莫来石轻质砖的体积密度为1.0～1.3g/cm³，导热系数为0.38～0.55w/(m·k)，耐压强度达到12.4～20.0MPa。

实施例2

一种莫来石轻质砖及其制备方法。先以60～70wt％的煤矸石和30～40wt％的矾土为原料，外加上述原料12～15wt％的锯末、1.0～2.5wt％的蓝晶石和0.1～0.3wt％的硅溶胶，混合均匀；再外加上述原料28～30wt％的水，制成泥料，在温度为20～40℃和湿度为25～80％的条件下困料24～36h；然后将困料后的泥料挤压成型，在室温条件下自然干燥26～32h，最后在60～120℃条件下烘烤18～22h，在1310～1360℃条件下保温3～7h，即得莫来石轻质砖。

本实施例2所制得的莫来石轻质砖的体积密度为0.9～1.2g/cm³，导热系数为0.35～0.50w/(m·k)，耐压强度达到8.0～16.8MPa。

实施例3

一种莫来石轻质砖及其制备方法。先以70～75wt％的煤矸石和25～30wt％的矾土为原料，外加上述原料11～14wt％的糠、1.5～3.0wt％的蓝晶石和0.1～0.3wt％的纸浆废液，混合均匀；再外加上述原料30～32wt％的水，制成泥料，在温度为20～40℃和湿度为25～80％的条件下困料24～36h；然后将困料后的泥料挤压成型，在室温条件下自然干燥24～30h，最后在60～120℃条件下烘烤16～20h，在1320～1380℃条件下保温2.5～6h，即得莫来石轻质砖。

本实施例3所制得的莫来石轻质砖的体积密度为0.8～1.0g/cm³，导热系数为0.28～0.40w/(m·k)，耐压强度达到6.8～12.4MPa。

实施例4

一种莫来石轻质砖及其制备方法。先以75～80wt％的煤矸石和20～25wt％的矾土为原料，外加上述原料10～13wt％的聚苯乙烯球、1.0～2.5wt％的红柱石、0.1～0.25wt％的羧甲基纤维素和0.05～0.1wt％的硅溶胶，混合均匀；再外加上述原料32～35wt％的水，制成泥料，在温度为20～40℃和湿度为25～80％的条件下困料24～36h；然后将困料后的泥料挤压成型，在室温条件下自然干燥20～26h，最后在60～120℃条件下烘烤14～18h，在1350～1400℃条件下保温3～8h，即得莫来石轻质砖。

本实施例4所制得的莫来石轻质砖的体积密度为0.8～1.15g/cm³，导热系数为0.28～0.48w/(m·k)，耐压强度达到6.8～13.5MPa。

实施例5

一种莫来石轻质砖及其制备方法。先以80～85wt％的煤矸石和15～20wt％的矾土为原料，外加上述原料9～12wt％的锯末、3.0～4.5wt％的红柱石、0.1～0.25wt％的羧甲基纤维素和0.1～0.15wt％的纸浆废液，混合均匀；再外加上述原料35～38wt％的水，制成泥料，在温度为20～40℃和湿度为25～80％的条件下困料24～36h；然后将困料后的泥料挤压成型，在室温条件下自然干燥16～22h，最后在60～120℃条件下烘烤13～17h，在1400～1450℃条件下保温6～11h，即得莫来石轻质砖。

本实施例5所制得的莫来石轻质砖的体积密度为0.8～1.1g/cm³，导热系数为0.28～0.45w/(m·k)，耐压强度达到6.8～13.0MPa。

实施例6

一种莫来石轻质砖及其制备方法。先以85～90wt％的煤矸石和10～15wt％的矾土为原料，外加上述原料8～11wt％的糠、2.5～4.0wt％的红柱石、0.15～0.3wt％的硅溶胶和0.1～0.15wt％的纸浆废液，混合均匀；再外加上述原料38～40wt％的水，制成泥料，在温度为20～40℃和湿度为25～80％的条件下困料24～36h；然后将困料后的泥料挤压成型，在室温条件下自然干燥12～18h，最后在60～120℃条件下烘烤12～16h，在1380～1420℃条件下保温5～10h，即得莫来石轻质砖。

本实施例6所制得的莫来石轻质砖的体积密度为0.7～1.0g/cm³，导热系数为0.25～0.40w/(m·k)，耐压强度达到5.5～12.4MPa。

实施例7

一种莫来石轻质砖及其制备方法。先以60～70wt％的煤矸石、30～40wt％的矾土为原料，外加上述原料10～13wt％的聚苯乙烯球、2.0～3.5wt％的红柱石、0.1～0.2wt％的羧甲基纤维素、0.05～0.1wt％的硅溶胶和0.1～0.15wt％的纸浆废液，混合均匀；再外加上述原料28～30wt％的水，制成泥料，在温度为20～40℃和湿度为25～80％的条件下困料24～36h；然后将困料后的泥料挤压成型，在室温条件下自然干燥26～32h，最后在60～120℃条件下烘烤18～22h，在1400～1450℃条件下保温5～10h，即得莫来石轻质砖。

本实施例7所制得的莫来石轻质砖的体积密度为1.0～1.2g/cm³，导热系数为0.38～0.50w/(m·k)，耐压强度达到12.4～16.8MPa。

实施例8

一种莫来石轻质砖及其制备方法。先以65～75wt％的煤矸石、25～35wt％的矾土为原料，外加上述原料10～13wt％的糠、2.5～4.0wt％的硅线石、0.15～0.3wt％的硅溶胶和0.05～0.1wt％的羧甲基纤维素，混合均匀；再外加上述原料28～31wt％的水，制成泥料，在温度为20～40℃和湿度为25～80％的条件下困料24～36h；然后将困料后的泥料挤压成型，在室温条件下自然干燥24～30h，最后在60～120℃条件下烘烤16～20h，在1500～1550℃条件下保温8～12h，即得莫来石轻质砖。

本实施例8所制得的莫来石轻质砖的体积密度为0.8～1.2g/cm³，导热系数为0.28～0.50w/(m·k)，耐压强度达到6.8～16.8MPa。

实施例9

一种莫来石轻质砖及其制备方法。先以75～85wt％的煤矸石和15～25wt％的矾土为原料，外加上述原料12～15wt％的锯末、2.5～4.0wt％的硅线石、0.1～0.2wt％的羧甲基纤维素和0.05～0.15wt％的硅溶胶，混合均匀；再外加上述原料34～37wt％的水，制成泥料，在温度为20～40℃和湿度为25～80％的条件下困料24～36h；然后将困料后的泥料挤压成型，在室温条件下自然干燥18～24h，最后在60～120℃条件下烘烤14～20h，在1500～1550℃条件下保温6～11h，即得莫来石轻质砖。

本实施例9所制得的莫来石轻质砖的体积密度为0.7～1.1g/cm³，导热系数为0.25～0.45w/(m·k)，耐压强度达到5.5～13.0MPa。

实施例10

一种莫来石轻质砖及其制备方法。先以80～90wt％的煤矸石、10～20wt％的铝矾土为原料，外加上述原料8～11wt％的糠、3.5～5.0wt％的蓝晶石、0.1～0.2wt％的纸浆废液和0.2～0.3wt％的羧甲基纤维素，混合均匀；再外加上述原料35～38wt％的水，制成泥料，在温度为20～40℃和湿度为25～80％的条件下困料24～36h；然后将困料后的泥料挤压成型，在室温条件下自然干燥12～18h，最后在60～120℃条件下烘烤12～16h，在1330～1380℃条件下保温2.5～6h，即得莫来石轻质砖。

本实施例10所制得的莫来石轻质砖的体积密度为0.6～0.9g/cm³，导热系数为0.18～0.32w/(m·k)，耐压强度达到1.5～9.5MPa。

本实施方式用来源丰富，价格低廉的固体废弃物煤矸石为主要原料，大大降低了生产成本。另外，本发明也巧妙的利用了煤矸石中挥发分烧失造孔和成分碳的燃烧释放热量，在制品烧成过程中可节约能源，且所得成品的导热系数有所降低。还有本发明采用燃尽物加入法经挤压成型制得的莫来石轻质砖的体积密度为0.6～1.3g/cm³，导热系数为0.25～0.60w/(m·k)，耐压强度达到20.0MPa，可用作直接接触火焰的窑炉工作面内衬。

因此本具体实施方式具有废物资源化、工艺简单化的优点，省去了处理这些废物所用土地和能量，且所得的莫来石轻质砖亦具有较高的强度、较低的体积密度和导热系数，具有良好的经济价值和社会价值。

Claims

1.一种莫来石轻质砖的制备方法，其特征在于先以50～90wt％的煤矸石和10～50wt％的矾土为原料，外加上述原料8～16wt％的造孔剂、0.5～5wt％的膨胀剂和0.05～0.5wt％的结合剂，混合均匀；再外加上述原料25～40wt％的水，制成泥料，在温度为20～40℃和湿度为25～80％的条件下困料24～36h；然后将困料后的泥料挤压成型，在室温条件下自然干燥12～36h，最后在60～120℃条件下烘烤12～24h，在1300～1550℃条件下保温2.5～12h，即得莫来石轻质砖。

2.根据权利要求1所述的莫来石轻质砖的制备方法，其特征在于所述煤矸石的主要化学组分是：Al₂O₃为25～40wt％、SiO₂为30～45wt％、Fe₂O₃为0.1～1.0wt％、TiO₂为2.0～2.5wt％、C为2.0～10.0wt％和烧失为16～25wt％；其粒径小于0.5mm。

3.根据权利要求1所述的莫来石轻质砖的制备方法，其特征在于所述矾土的主要化学组分是：Al₂0₃为60～72wt％、SiO₂为8～20wt％、Fe₂O₃为0.5～1.5wt％、TiO₂为2.0～3.0wt％、K₂O+NaO为0.4～1.2wt％、CaO+MgO为0.2～0.6wt％和烧失为13.5～14.5wt％；其粒径小于0.15mm。

4.根据权利要求1所述的莫来石轻质砖的制备方法，其特征在于所述的结合剂为羧甲基纤维素、硅溶胶、纸浆废液中的一种以上。

5.根据权利要求1所述的莫来石轻质砖的制备方法，其特征在于所述的造孔剂为糠、锯末、聚苯乙烯球中的一种。

6.根据权利要求1所述的莫来石轻质砖的制备方法，其特征在于所述的膨胀剂为蓝晶石、红柱石和硅线石中的一种，其粒径小于0.15mm。

7.根据权利要求1所述的莫来石轻质砖的制备方法，其特征在于所述的挤压成型的压力为1.5～10MPa。

8.根据权利要求1～7项中任一项所述的莫来石轻质砖的制备方法所制备的莫来石轻质砖。