CN103351166A

CN103351166A - 六铝酸钙/钙铝黄长石复相隔热保温耐火材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103351166A
Application number: CN 201210258839
Authority: CN
Inventors: 田玉明; 柴跃生; 白频波; 邱; 刘征官; 冯芙蓉; 郑建军; 孙刚; 宫长伟; 丁国巍
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2032-07-25
Also published as: CN103351166B

Abstract

本发明涉及一种六铝酸钙CA₆和钙铝黄长石C₂AS复相隔热保温耐火材料及其制备方法，属于耐火材料技术领域。本发明以皮江法工业炼镁产生的工业废渣镁渣、高岭土和工业氧化铝为原材料，镁渣、高岭土和氧化铝的重量百分比分别为：20～50％、0～24％和26～80％，三者之和为100％。按一定配比配料后使原料混合均匀，再添加一定量的粘结剂和造孔剂后，模压成型，在空气气氛中高温烧结制备主晶相为CA₆和C₂AS的复相隔热保温耐火材料。所述耐火材料的主要化学成分为CaO、Al₂O₃和SiO₂。本发明所涉及的这种耐火材料具有生产成本低、密度小、耐热冲击性、隔热保温效果好、机械强度高和耐磨性好等特点，可作为高温容器和窑炉的内衬高温材料等。

Description

六铝酸钙/钙铝黄长石复相隔热保温耐火材料及其制备方法

技术领域：

本发明设及一种利用镁渣制备的六铝酸钙/钙铝黄长石复相隔热保温耐火材料及其制备方法，属于耐火材料领域。

背景技术：

镁渣是金属镁厂采用皮江法炼镁时排出的一种工业废渣，主要化学成分为CaO、SiO₂、Al₂O₃。研究表明镁渣具有一定的火山灰活性。大多数镁渣的处理主要以堆放掩埋为主，利用途径很少，利用率极低，个别镁厂虽有将镁渣用于厂区临时道路和地坪填筑，但由于强度很低使用效果不佳，这样既浪费资源，又污染环境。

近年来，六铝酸钙作为一种新型的耐火材料骨料，具有独特的板片状晶体结构，有利于改善材料的隔热性能，另外其优良的高温体积稳定性、抗热震性、抗渣等性能，已经成功的应用于炼钢和陶瓷工业窑炉，但强度较低导致承担结构支撑作用和耐磨性较差。六铝酸钙(CaAl₁₂O₁₉，简称CA₆)是CaO-Al₂O₃系中Al₂O₃中含量最高的铝酸钙相，属六方晶系，垂直于C轴方向具有优先形成片状或板状的晶体的特性。其理论密度为3.79g·cm^-3，熔点为1875℃，热膨胀系数为8.0×10^-6℃^-1。

钙铝黄长石(Ca₂Al₂SiO₇，简称C₂AS)属四方晶系，其晶体一般呈厚板状或短柱状，有时也呈粒状。钙铝黄长石有足够的强度和耐磨性，在六铝酸钙/钙铝黄长石复相轻质保温耐火材料中对制品晶界起到补强作用，有助于提高制品机械强度和耐磨强度。

现有技术多采用纯化学原料合成CA₆，成本较高，工艺复杂，生产效率不高，且其机械强度利耐磨度不高，商业前景受到限制。本发明以工业镁渣、阳泉高岭土和工业氧化铝为原材料，通过高温反应烧结法制备了六铝酸钙/钙铝黄长石复相轻质保温耐火材料，该制备方法不仅能够低成本的制备性能优异的六铝酸钙/钙铝黄长石复相轻质保温耐火材料，且该材料具有耐高温、轻质、耐热冲市性、隔热保温效果好、机械强度高和耐磨性好的特点，可适用于高温容器和窑炉的内衬高温材料。同时本发明也为镁渣的综合处理与合理利用提供一条新的技术路线。

发明内容：

本发明目的在于针对制备CA₆系耐火材料的现有技术的不足，提供一种六铝酸钙/钙铝黄长石复相隔热保温耐火材料及其制备方法，采用镁渣、高岭土和工业氧化铝为原料制备六铝酸钙/钙铝黄长石复相隔热保温耐火材料，既提高了六铝酸钙系隔热保温耐火材料的机械强度和磨损性，又很好的利用镁渣达到保护环境的目的，同时降低了制备六铝酸钙系隔热保温耐火材料的生产成本。

本发明技术方案如下：

一种复相隔热保温耐火材料，该隔热保温耐火材料的主要物相为六铝酸钙CA₆/钙铝黄长石C₂AS复相；该复相的主要化学成份为：Al₂O₃含量55～85wt.％，CaO含在量10～30wt.％，SiO₂含量2～15wt.％，三者之和为100％。

一种利用镁渣制备六铝酸钙/钙铝黄长石复相隔热保温耐火材料的方法，该方法包括如下步骤：1)将过100目筛的镁渣、高岭土、氧化铝按照理论配比配料并以水为研磨介质球磨混料，球磨时间为30min，转速为300r/min，得到泥浆；2)将上述泥浆烘干并添加4wt.％的PVA塑化剂，然后造粒，形成粒状粉体；3)将粒状粉体在20MPa～40MPa压力下成型以形成坯体；4)将成型好的坯体在炉中烧结，烧结制度为：室温到1200℃阶段的升温速率为设备所允许的最快升温速率，1200℃到最终烧成温度的升温速率为2～5℃/min，最终烧成温度为1400～1550℃，在最终烧成温度下保温时间为0.5～4h，然后随炉冷至室温，即得到六铝酸钙/钙铝黄长石复相隔热保温耐火材料。

所述镁渣的主要成份为：CaO含量40～55wt.％，SiO₂含量20～30wt.％，Al₂O₃含量2～5wt.％，Fe₂O₃含量约9wt.％，MgO含量6～10wt.％，其添加量为20～50wt.％；高岭土主要成份为：CaO含量0～3wt.％，SiO₂含量40～50wt.％，Al₂O₃含量35～60wt.％，其添加量为0～24wt.％；工业氧化铝为市售工业原料，其质量要求为Al₂O₃纯度≥94.0wt.％，原料的颗粒尺寸大小为1.00mm，其添加量为26～80wt.％。

本发明所述的六铝酸钙/钙铝黄长石复相隔热保温耐火材料及其制备方法，既可以降低制备六铝酸钙/钙铝黄长石复相隔热保温耐火材料的成本，又可以实现镁渣的综合利用，还可得到密度小、耐热冲击性、隔热保温效果好、机械强度高和耐磨性好的复相隔热保温耐火材料。

具体实施方式：

下面结合实施实例对本发明做详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明的原料为：冶炼镁产生的工业废渣镁渣、高岭土和工业氧化铝。所述镁渣主要成份为：CaO含量40～55wt.％，SiO₂含量20～30wt.％，Al₂O₃含量2～5wt.％，Fe₂O₃含量约9wt.％，MgO含量6～10wt.％，其添加量为20～50wt.％；高岭土主要成份为：CaO含量0～3wt.％，SiO₂含量40～50wt.％，Al₂O₃含量35～60wt.％，其添加量为0～24wt.％；工业氧化铝为市售工业原料，其质量要求为Al₂O₃纯度≥94.0wt.％，原料的颗粒尺寸大小为1.00mm，其添加量为26～80wt.％。

实施例1：

按照重量百分比镁渣38.56％、高岭土4.83％和工业氧化铝56.61％配料，以水为研磨介质球磨混料，球磨时间为30min，转速为300r/min，然后将烘干后的原料添加4wt.％的PVA塑化剂造粒，并于20MPa下成型。成型后将坯体放在炉中在空气气氛下进行烧结，以设备允许最快升温速率加热到1200℃，再以2℃/min的升温速率加热到1400℃，并保温0.5h，后随炉冷却至室温，即得到六铝酸钙/钙铝黄长石复相材料。

制备的六铝酸钙/钙铝黄长石复相材料，主要物相是CaAl₁₂O₁₉和Ca₂Al₂SiO₇，其中Al₂O₃含量60wt.％，CaO含量28wt.％，SiO₂含量12wt.％。

实施例2：

按照重量百分比镁渣29.07％、高岭土3.64％和工业氧化铝67.29wt.％配料，以水为研磨介质球磨混料，球磨时间为30min，转速为300r/min，然后将烘干后的原料添加4wt.％的PVA塑化剂造粒，并于30MPa下成型。成型后将坯体放在炉中在空气气氛下进行烧结，以设备允许最快升温速率加热到1200℃，然后以5℃/min的升温速率加热到1500℃，保温3h，后随炉冷却至室温，即得到六铝酸钙/钙铝黄长石复相材料。

制备的六铝酸钙/钙铝黄长石复相材料，主要物相是CaAl₁₂O₁₉和Ca₂Al₂SiO₇，其中Al₂O₃含量71wt.％，CaO含量20wt.％，SiO₂含量9wt.％。

实施例3：

按照重量百分比镁渣20.77％和工业氧化铝79.22％配料，以水为研磨介质球磨混料，球磨时间为30min，转速为300r/min，然后将烘干后的原料添加4wt.％的PVA塑化剂造粒，并于40MPa下成型。成型后将坯体放在炉中在空气气氛下进行烧结，以设备允许最快升温速率加热到1200℃，然后以4℃/min的升温速率加热到1550℃，保温4h，后随炉冷却至室温，即得到六铝酸钙/钙铝黄长石复相材料。

制备的六铝酸钙/钙铝黄长石复相材料，主要物相是CaAl₁₂O₁₉和Ca₂Al₂SiO₇，其中Al₂O₃含量81wt.％，CaO含量15wt.％，SiO₂含量4wt.％。

Claims

1.一种复相隔热保温耐火材料，其特征在于：该隔热保温耐火材料的主要物相为六铝酸钙CA₆/钙铝黄长石C₂AS复相；该复相的主要化学成份为：Al₂O₃含量55～85wt.％，CaO含量10～30wt.％，SiO₂含量2～15wt.％，三者之和为100％。

2.一种利用镁渣制备六铝酸钙/钙铝黄长石复相隔热保温耐火材料的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)将过100目筛的镁渣、高岭土、氧化铝按照理论配比配料并以水为研磨介质球磨混料，球磨时间为30min，转速为300r/min，得到泥浆；

2)将上述泥浆烘干并添加4wt.％的PVA塑化剂，然后造粒，形成粒状粉体；

3)将粒状粉体在20MPa～40MPa压力下成型以形成坯体；

4)将成型好的坯体在炉中烧结，烧结制度为：室温到1200℃阶段的升温速率为设备所允许的最快升温速率，1200℃到最终烧成温度的升温速率为2～5℃/min，最终烧成温度为1400～1550℃，在最终烧成温度下保温时间为0.5～4h，然后随炉冷却至室温，即得到六铝酸钙/钙铝黄长石复相隔热保温耐火材料。

3.根据权利要求2所述制备六铝酸钙/钙铝黄长石复相隔热保温耐火材料的方法，其特征是：

所述镁渣的主要成份为：CaO含量40～55wt.％，SiO₂含量20～30wt.％，Al₂O₃含量2～5wt.％，Fe₂O₃含量约9wt.％，MgO含量6～10wt.％，其添加量为20～50wt.％；

高岭土主要成份为：CaO含量0～3wt.％，SiO₂含量40～50wt.％，Al₂O₃含量35～60wt.％，其添加量为0～24wt.％；

工业氧化铝为市售工业原料，其质量要求为Al₂O₃纯度≥94.0wt.％，原料的颗粒尺寸大小为1.00mm，其添加量为26～80wt.％。