CN103864403A - 基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖及其制备方法 - Google Patents

基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。所采用的技术方案是：先以50~85wt%的蓝晶石尾矿、10~36wt%的塑性黏土、2~18wt%的α-Al2O3和1~5wt%的硅微粉为原料混合，再外加所述原料30~60wt%的造孔剂、0.4~1.4wt%的结合剂和15~50wt%的水，混合均匀，困料12~24小时，成型，自然干燥，110℃条件下烘烤10~16小时，升温至1300~1550℃，保温2~8小时，即得基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖。本发明具有环境友好、生产成本低和工艺简单的特点，所制备的基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖耐压强度高、热震稳定性能优良、体积密度低和导热系数低，尤其是重烧线变化率小，适用于工业窑炉的工作面内衬。

Description

基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖及其制备方法
技术领域
本发明属于莫来石轻质隔热砖技术领域，具体涉及一种基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。
背景技术
莫来石轻质砖是一种Al2O3含量为50~80wt%、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，可直接接触火焰，具有耐高温、轻度高、导热系数小和节能效果显著的特点，适用于裂解炉、热风炉、陶瓷辊道窑、电瓷抽屉窑、玻璃坩埚和各种电炉的内衬。目前，生产莫来石轻质砖的主要原料是铝矾土、蓝晶石和硅线石等。但随着矿产资源的不断开采，其优质资源也在逐渐减少。
蓝晶石尾矿为蓝晶石矿开采过程中排放的工业废弃物，不仅造成资源的浪费，还会大面积侵占耕地，淤塞河道，带来严重的环境污染和生态破坏。以蓝晶石尾矿作原料，不仅价格低廉、生产成本低、竞争力强、产品附加值高和具有明显的经济效益，且能减轻环境的压力，具有显著的环保效益和社会效益。
目前，已有针对蓝晶石尾矿再利用的技术，如“一种蓝晶石尾矿制备玻璃纤维的方法”（CN103193382A）专利技术，公开了一种以蓝晶石尾矿为主要原料制备玻璃纤维的技术，该技术在很大程度上解决了蓝晶石尾矿的利用问题，但是该技术工艺相对复杂，成本相对较高，不利于工业化生产。又如“一种莫来石轻质砖及其制备方法”（CN103011856A）专利技术，公开了一种利用蓝晶石微粉制备莫来石轻质砖的方法，但该技术是将蓝晶石作为膨胀剂使用，加入量不大，并且工艺相对复杂，生产周期较长，工业化生产得不到保证。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的在于提供一种环境友好、生产成本低和工艺简单的基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖的制备方法，用该方法制备的莫来石轻质隔热砖耐压强度高、热震稳定性能优良、体积密度低和导热系数低，尤其是重烧线变化率小。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先以50~85wt%的蓝晶石尾矿、10~36wt%的塑性黏土、2~18wt%的α-Al2O3和1~5wt%的硅微粉为原料混合，再外加所述原料30~60wt%的造孔剂、0.4~1.4wt%的结合剂和15~50wt%的水，混合均匀，困料12~24小时，成型，自然干燥，110℃条件下烘烤10~16小时，升温至1300~1550℃，保温2~8小时，即得基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖。
所述蓝晶石尾矿的主要化学组分是：SiO2为35~40wt%，Al2O3为48~53wt%，ZrO2为1.0~10wt%；蓝晶石尾矿的粒径小于0.074mm。
所述塑性黏土的主要化学组分是：Al2O3为23~32wt%、SiO2 为46~61wt%、Fe2O3 为0.5~2.0wt%、CaO+MgO为0.25~0.42wt%、K2O+Na2O为0.75~0.98wt%、TiO2为0.45~0.63wt%和烧失为11~25wt%；塑性黏土的粒径小于0.15mm。
所述α-Al2O3的粒径小于0.068mm。
所述硅微粉的粒径小于0.031mm。
所述成型为挤出成型、半干法机压成型和半干法振动加压成型中的一种。
所述造孔剂为锯末或为糠。
所述结合剂为聚乙烯醇、纸浆废液和硅溶胶的一种或两种。
由于采用上述技术方案，本发明采用以蓝晶石尾矿作为主要原料制备莫来石轻质隔热砖的方法，能有效地将蓝晶石尾矿回收利用，避免因将其直接堆放或填埋而对环境产生污染，节约资源和环境友好、生产成本低和适合工业化生产。本发明经成型、烧成后即可在钢铁、陶瓷等热工行业的筑炉保温中使用，工艺简单。
本发明制备的基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖：体积密度为0.7~1.2g/cm3，导热系数为0.19~0.34W/(m·K)(600℃)，耐压强度为1.7~7.8MPa，重烧线变化率为-0.50~0.20%(1400℃×12h)，满足GB/T3995-2006要求的≤2%；而且蓝晶石尾矿中氧化锆含量比较高，利于所制备的莫来石轻质砖热震稳定性能的提高，能很好地满足目前热工工业生产要求。
因此，本发明具有环境友好、生产成本低和工艺简单的特点，所制备的基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖耐压强度高、热震稳定性能优良、体积密度低和导热系数低，尤其是重烧线变化率小，适用于工业窑炉的工作面内衬。
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：
所述蓝晶石尾矿的主要化学组分是：SiO2为35~40wt%，Al2O3为48~53wt%，ZrO2为1.0~10wt%；蓝晶石尾矿的粒径小于0.074mm。
所述塑性黏土的主要化学组分是：Al2O3为23~32wt%、SiO2 为46~61wt%、Fe2O3 为0.5~2.0wt%、CaO+MgO为0.25~0.42wt%、K2O+Na2O为0.75~0.98wt%、TiO2为0.45~0.63wt%和烧失为11~25wt%；塑性黏土的粒径小于0.15mm。
所述α-Al2O3的粒径小于0.068mm。
所述硅微粉的粒径小于0.031mm。
所述造孔剂为锯末或为糠。
所述结合剂为聚乙烯醇、纸浆废液和硅溶胶的一种或两种。
实施例1
一种基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先以50~60wt%的蓝晶石尾矿、26~36wt%的塑性黏土、9~16wt%的α-Al2O3和3~5wt%的硅微粉为原料混合，再外加所述原料0.9~1.2wt%的聚乙烯醇、50~60wt%的锯末和40~50wt%的水，混合均匀，困料12~24小时，半干法振动加压成型，自然干燥，110℃条件下烘烤14~16小时，在1400~1500℃的条件下保温6~8小时，即得基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖。
本实施例1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0.24~0.28W/(m·K)(600℃)，耐压强度为4.2~6.7MPa，重烧线变化率为-0.50~-0.35%(1400℃×12h)。
实施例2
一种基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先以55~65wt%的蓝晶石尾矿、20～30wt%的塑性黏土、10~18wt%的α-Al2O3和2~4wt%的硅微粉为原料混合，再外加所述原料0.4~0.6wt%的纸浆废液、45~55wt%的锯末和25～35wt%的水，混合均匀，困料12~24小时，半干法振动加压成型，自然干燥，110℃条件下烘烤12~14小时，在1350~1450℃的条件下保温4~7小时，即得基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖。
本实施例2所制得的莫来石轻质砖的体积密度为0.7~0.9g/cm3，导热系数为0.20~0.25W/(m·K)(600℃)，耐压强度为1.7~3.5MPa，重烧线变化率为-0.40~-0.30%(1400℃×12h)。
实施例3
一种基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先以60~70wt%的蓝晶石尾矿、12~22wt%的塑性黏土、8~16wt%的α-Al2O3和2~5wt%的硅微粉为原料混合，再外加所述原料0.6~0.9wt%的聚乙烯醇、0.1~0.3wt%的纸浆废液、35~45wt%的锯末和25~35wt%的水，混合均匀，困料12~24小时，半干法机压成型，自然干燥，110℃条件下烘烤10~12小时，在1350~1400℃的条件下保温3~6小时，即得基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖。
本实施例3所制得的莫来石轻质砖的体积密度为0.8~0.9g/cm3，导热系数为0.23~0.26W/(m·K)(600℃)，耐压强度为3.1~5.2MPa，重烧线变化率为-0.30~-0.20%(1400℃×12h)。
实施例4
一种基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先以65~75wt%的蓝晶石尾矿、15~23wt%的塑性黏土、7~13wt%的α-Al2O3和1~4wt%的硅微粉为原料混合，再外加所述原料0.4~0.7wt%的硅溶胶、40~50wt%的锯末和30~45wt%的水，混合均匀，困料12~24小时，挤出成型，自然干燥，110℃条件下烘烤14~16小时，在1400~1450℃的条件下保温2~5小时，即得基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖。
本实施例4所制得的莫来石轻质砖的体积密度为0.8~1.1g/cm3，导热系数为0.25~0.31W/(m·K)(600℃)，耐压强度为5.6~7.8MPa，重烧线变化率为-0.20~-0.10%(1400℃×12h)。
实施例5
一种基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先以70~80wt%的蓝晶石尾矿、12~20wt%的塑性黏土、3~7wt%的α-Al2O3和2~5wt%的硅微粉为原料混合，再外加所述原料0.3~0.5wt%的纸浆废液、0.2~0.6wt%的硅溶胶、30~40wt%的锯末和35~45wt%的水，混合均匀，困料12~24小时，半干法振动加压成型，自然干燥，110℃条件下烘烤14~16小时，在1400~1450℃的条件下保温2~5小时，即得基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖。
本实施例5所制得的莫来石轻质砖的体积密度为0.8~1.0g/cm3，导热系数为0.26~0.29W/(m·K)(600℃)，耐压强度为4.2~6.3MPa，重烧线变化率为-0.15~0.10%(1400℃×12h)。
实施例6
一种基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先以75~85wt%的蓝晶石尾矿、10~18wt%的塑性黏土、2~6wt%的α-Al2O3和1~3wt%的硅微粉为原料混合，再外加所述原料0.7~1.1wt%的聚乙烯醇、0.1~0.3wt%的硅溶胶、30~40wt%的锯末和25~40wt%的水，混合均匀，困料12~24小时，挤出成型，自然干燥，110℃条件下烘烤12~16小时，在1300~1400℃的条件下保温4~6小时，即得基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖。
本实施例6所制得的莫来石轻质砖的体积密度为0.7~0.8g/cm3，导热系数为0.19~0.24W/(m·K)(600℃)，耐压强度为2.9~4.8MPa，重烧线变化率为0.10~0.20%(1400℃×12h)。
实施例7
一种基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先以50~60wt%的蓝晶石尾矿、22~32wt%的塑性黏土、12~18wt%的α-Al2O3和2~4wt%的硅微粉为原料混合，再外加所述原料0.8~1.1wt%的聚乙烯醇、35~45wt%的糠和15~30wt%的水，混合均匀，困料12~24小时，半干法机压成型，自然干燥，110℃条件下烘烤10~12小时，在1450~1550℃的条件下保温3~5小时，即得基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖。
本实施例7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0.25~0.34W/(m·K)(600℃)，耐压强度为3.3~5.7MPa，重烧线变化率为-0.40~-0.30%(1400℃×12h)。
实施例8
一种基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先以55~65wt%的蓝晶石尾矿、25~34wt%的塑性黏土、6~16wt%的α-Al2O3和3~5wt%的硅微粉为原料混合，再外加所述原料0.5~0.7wt%的聚乙烯醇、0.2~0.4wt%的纸浆废液、30~40wt%的糠和20~30wt%的水，混合均匀，困料12~24小时，半干法机压成型，自然干燥，110℃条件下烘烤10~12小时，在1400~1450℃的条件下保温2~5小时，即得基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖。
本实施例8所制得的莫来石轻质砖的体积密度为0.9~1.1g/cm3，导热系数为0.24~0.32W/(m·K)(600℃)，耐压强度为3.8~5.5MPa，重烧线变化率为-0.35~-0.25%(1400℃×12h)。
实施例9
一种基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先以60~70wt%的蓝晶石尾矿、16~24wt%的塑性黏土、8~16wt%的α-Al2O3和1~3wt%的硅微粉为原料混合，再外加所述原料0.5~0.8wt%的硅溶胶、42~50wt%的糠和20~35wt%的水，混合均匀，困料12~24小时，半干法振动加压成型，自然干燥，110℃条件下烘烤12~14小时，在1350~1450℃的条件下保温4~6小时，即得基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖。
本实施例9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0.22~0.27W/(m·K)(600℃)，耐压强度为2.5~5.1MPa，重烧线变化率为-0.25~-0.15%(1400℃×12h)。
实施例10
一种基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先以65~75wt%的蓝晶石尾矿、12~20wt%的塑性黏土、5~12wt%的α-Al2O3和2~5wt%的硅微粉为原料混合，再外加所述原料0.2~0.4wt%的纸浆废液、0.3~0.5wt%的硅溶胶、45~55wt%的糠和25~35wt%的水，混合均匀，困料12~24小时，挤出成型，自然干燥，110℃条件下烘烤12~14小时，在1300~1400℃的条件下保温4~6小时，即得基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖。
本实施例10所制得的莫来石轻质砖的体积密度为0.7~0.9g/cm3，导热系数为0.20~0.28W/(m·K)(600℃)，耐压强度为2.2~4.5MPa，重烧线变化率为-0.10~0.15%(1400℃×12h)。
本具体实施方式采用以蓝晶石尾矿作为主要原料制备莫来石轻质隔热砖的方法，能有效地将蓝晶石尾矿回收利用，避免因将其直接堆放或填埋而对环境产生污染，节约资源和环境友好、生产成本低和适合工业化生产。本具体实施方式经成型、烧成后即可在钢铁、陶瓷等热工行业的筑炉保温中使用，工艺简单。
本具体实施方式制备的基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖：体积密度0.7~1.2g/cm3，导热系数0.19~0.34W/(m·K)(600℃)，耐压强度1.7~7.8MPa，重烧线变化率-0.50~0.20%(1400℃×12h)，满足GB/T3995-2006要求的≤2%；而且蓝晶石尾矿中氧化锆含量比较高，利于所制备的莫来石轻质砖热震稳定性能的提高，能很好地满足目前热工工业生产要求。
因此，本具体实施方式具有环境友好、生产成本低和工艺简单的特点，所制备的莫来石轻质隔热砖耐压强度高、热震稳定性能优良、体积密度低和导热系数低，尤其是重烧线变化率小，适用于工业窑炉的工作面内衬。

Claims (9)

1.一种基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于先以50~85wt%的蓝晶石尾矿、10~36wt%的塑性黏土、2~18wt%的α-Al2O3和1~5wt%的硅微粉为原料混合，再外加所述原料30~60wt%的造孔剂、0.4~1.4wt%的结合剂和15~50wt%的水，混合均匀，困料12~24小时，成型，自然干燥，110℃条件下烘烤10~16小时，升温至1300~1550℃，保温2~8小时，即得基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖。
2.根据权利要求1所述的基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述蓝晶石尾矿的主要化学组分是：SiO2为35~40wt%，Al2O3为48~53wt%，ZrO2为1.0~10wt%；蓝晶石尾矿的粒径小于0.074mm。
3.根据权利要求1所述的基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述塑性黏土的主要化学组分是：Al2O3为23~32wt%、SiO2 为46~61wt%、Fe2O3 为0.5~2.0wt%、CaO+MgO为0.25~0.42wt%、K2O+Na2O为0.75~0.98wt%、TiO2为0.45~0.63wt%和烧失为11~25wt%；塑性黏土的粒径小于0.15mm。
4.根据权利要求1所述的基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述α-Al2O3的粒径小于0.068mm。
5.根据权利要求1所述的基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述硅微粉的粒径小于0.031mm。
6.根据权利要求1所述的基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述成型为挤出成型、半干法机压成型和半干法振动加压成型中的一种。
7.根据权利要求1所述的基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述造孔剂为锯末或为糠。
8.根据权利要求1所述的基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述结合剂为聚乙烯醇、纸浆废液和硅溶胶的一种或两种。
9.一种基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖，其特征在于所述莫来石轻质隔热砖是根据权利要求1~8项中任一项所述的基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖的制备方法所制备的莫来石轻质隔热砖。
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