CN103951452A

CN103951452A - 一种微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的制备方法

Info

Publication number: CN103951452A
Application number: CN201410187528.4A
Authority: CN
Inventors: 郭会师; 叶方保; 李文凤; 李腾飞; 马四凯
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2014-05-06
Filing date: 2014-05-06
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2034-05-06
Also published as: CN103951452B

Abstract

本发明涉及一种微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的制备方法，包括如下步骤实现：①以蓝晶石、辅料、胶凝材料为原料，外加一定量的分散剂、调凝剂和稳泡剂，并进行预混合，再外加一定量的水，混合制备出均匀的料浆；②向料浆中外加一定量的发泡剂，用机械搅拌发泡，制备出均匀的泡沫料浆；③将泡沫料浆注入模具中，并在室温环境中静置使其固化成型；④坯体脱模后经干燥、烧成得到微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料。本发明所制备的制品具有气孔孔径微细（20~200μm）、体积密度低、气孔率高、强度高、烧成线变化率小、热导率低和使用温度高等优点。原料主要为蓝晶石，其余多为耐火材料行业常用物料，无毒且廉价。工艺简单易控，适合工业化生产。

Description

一种微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料、陶瓷技术领域。具体说是涉及一种微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的制备方法。

背景技术

全球经济的高速发展伴随着与日俱增的能源消耗，合理利用能源实现可持续发展，是当今人类的共同使命，符合我国的国情与国策。高温行业是工业生产中的主要耗能行业，各种工业窑炉能耗巨大，约占总能耗的40~70%，其热损失一般很大，能源利用率低，因此大力发展高效保温隔热技术具有十分重要的意义。近年来，随着热工领域技术的不断进步，对高温隔热技术和使用温度的要求越来越高，与之紧密联系的轻质隔热耐火材料对节能具有直接贡献，研究与制备该材料具有重要的实际意义。

传统轻质隔热耐火材料的制备方法多为在配料中加入一定量的无烟煤、细锯末、聚苯乙烯轻球等可燃物，经高温烧后留下气孔制得轻质隔热耐火材料。制品中气孔孔径较大，分布不均匀，多为连通气孔，且含有大量微细裂纹，使其强度较低，且成本较高。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种可提高轻质材料的使用温度的微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的制备方法。该方法的原理是采用发泡技术制备泡沫，并使泡沫在料浆中保留下来，最终在制品中形成微气孔。采用本发明方法制备的轻质隔热耐火材料具有气孔孔径小、气孔率高、体积密度低、强度高、导热率低及节能效果好等优点，且制备工艺简单、容易控制、成本低廉、无毒、无污染、绿色环保，具有广阔的发展空间和应用前景。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明采用的技术方案是：①以蓝晶石、辅料、胶凝材料为原料、外加一定量的分散剂、调凝剂和稳泡剂，进行预混合，再外加一定量的水，混合制备出均匀的料浆；②向料浆中外加一定量的发泡剂，用机械搅拌发泡，制备出均匀的泡沫料浆；③将泡沫料浆注入模具中，在室温环境中静置使其固化成型；④坯体脱模后经干燥、烧成后得到微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料。

具体说，本发明的方法依次包含如下步骤：

(1) 首先按重量百分比取20~80wt%的蓝晶石、10~40wt%的辅料、10~40wt%的胶凝材料为原料，之后再取上述原料重量之和0.1~1wt%的分散剂、0.1~1wt%的调凝剂、1~30wt%的稳泡剂，预混合5~10分钟后再加入上述原料重量之和20~90wt%的水，混合2~10分钟，得到均匀的料浆；

(2) 向步骤（1）的料浆中加入上述原料重量之和0.5~20wt%的发泡剂，用机械搅拌发泡，搅拌5~20分钟，得到均匀的泡沫料浆；

(3) 将步骤（2）得到的泡沫料浆注入模具中，并在室温环境中静置使其固化成型；

(4) 将步骤（3）得到的坯体脱模，经干燥后在1200~1650℃的温度条件下烧制、保温3~5小时后，即得到微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料。

本发明中所述的蓝晶石的Al₂O₃含量为25~62%，其粒度≤200目。

本发明中所述的蓝晶石取自Al₂O₃含量为55~62%的精矿、Al₂O₃含量为40~55%的中品位矿或Al₂O₃含量为25~40%的低品位矿中的一种或两种以上的混合物。

本发明中所述的辅料取自工业氧化铝粉、氢氧化铝粉、α-活性氧化铝微粉、ρ-氧化铝微粉、电熔白刚玉粉、烧结板状刚玉粉、矾土细粉或粘土细粉中的一种或两种以上的混合物，其粒度均≤200目。

本发明中所述的胶凝材料取自高铝水泥、铝酸钙水泥、ρ-氧化铝微粉、氧化硅溶胶、氧化铝溶胶或硅铝凝胶粉中的一种或两种以上的混合物。

本发明中所述的发泡剂为脂肪醇硫酸铵、棕搁酸甘油酯、动物蛋白质发泡剂、植物蛋白质发泡剂、十二醇硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、α-烯基磺酸钠、α-烯烃磺酸酯、月桂醇硫酸酯钠、聚氧化乙烯十二烷基醚硫酸酯钠或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或两种以上的混合物。

本发明中所述的稳泡剂为蛋白质、明胶、琼脂、阿拉伯树胶、硬脂酸甘油酯、十二醇、十二烷基二甲基氧化胺、聚丙烯酰胺、甲基纤维素、羟甲基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、黄原胶、三乙醇胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、十六醇、蔗糖、糊精、淀粉或皂素中的一种或两种以上的混合物。

本发明中所述的分散剂取自木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、聚丙烯酸、聚羧酸系减水剂、萘系高效减水剂、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠或碳酸钠中的一种或两种以上的混合物。

本发明中所述的调凝剂为葡萄糖酸钠、柠檬酸、柠檬酸钠、碳酸钠、氯化钙、氯化锂、碳酸锂、水玻璃或三乙醇胺中的一种或两种以上的混合物。

本发明利用蓝晶石在高温下生成的莫来石相填充或分隔部分气孔，使气孔二次微细化，使所述制备材料中的气孔孔径在20~200μm之间。

本发明所述微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的体积密度为0.3~1.5g/cm³，气孔率为50~90%，常温耐压强度为0.5~70MPa，烧成线变化率≤1.5%，1100℃时热导率为0.2~0.5W/(m·K)，使用温度为1400~1700℃。

本发明的有益效果如下：

(1) 制品中气孔孔径微细，多在20~200μm之间；

(2) 制品强度高（常温耐压强度为0.5~70MPa）、气孔率高（50~90%）、体积密度小（0.3~1.5g/cm³）、热导率低（1100℃时热导率为0.2~0.5W/(m·K))、烧成线变化率小（≤1.5%）、使用温度高（1400~1700℃）；

(3) 原料主要为蓝晶石，其余多为耐火材料行业常用物料，无有毒物质引入，成本低廉且绿色环保；

(4) 工艺过程简单、容易控制，适合工业化生产。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例作进一步描述：

实施例1

首先取60wt%的蓝晶石细粉（Al₂O₃含量为30%，粒度为200目）、20wt%的矾土细粉和20wt%的高铝水泥为原料，之后取上述原料重量之和0.5wt%的三聚磷酸钠、0.5wt%的氯化钙、5wt%的蔗糖和1wt%的羧甲基纤维素钠，预混合2分钟；再添加上述原料重量之和50wt%的水，混合成均匀的料浆；向料浆中加入上述原料重量之和1wt%的脂肪醇硫酸铵和1wt%的十二烷基苯磺酸钠，经搅拌制成均匀的泡沫料浆；将泡沫料浆注入模具中，在室温环境中静置24小时使其固化成型；坯体脱模后于110℃干燥12小时；将干燥好的坯体放入烧结炉中，以3℃/min的升温速率升至1300℃并保温3小时，即得微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料。

本实施例1所制得的微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的体积密度为0.4~0.45g/cm³，气孔率为84.7~85.1%，常温耐压强度为1~1.5MPa，烧后线变化率为1.1~1.3%，1100℃时热导率为0.24~0.27W/(m·K)，气孔平均孔径为92μm。

实施例2

首先取70wt%的蓝晶石细粉（Al₂O₃含量为40%，粒度为200目）、10wt%的工业氧化铝和20wt%的铝酸钙水泥为原料，之后取上述原料重量之和0.5wt%的聚羧酸减水剂、0.2wt%的聚丙烯酸钠、5wt%的聚丙烯酸胺和20wt%的聚乙烯醇，预混合2分钟，再添加上述原料重量之和80wt%的水，搅拌2分钟，制成均匀料浆；向料浆中添加上述原料重量之和2.5wt%的十二烷基苯磺酸钠，经搅拌制成均匀的泡沫料浆；将泡沫料浆注入模具中，在室温环境中静置24小时使其固化成型；坯体脱模后于110℃干燥12小时；将干燥好的坯体放入烧结炉中以3℃/min的升温速率升至1350℃并保温3小时，即得微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料。

本实施例2所制得的微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的体积密度为0.4~0.5g/cm³，气孔率为83.7~87.6%，常温耐压强度为2.1~3MPa，烧后线变化率为0.7~0.8%，1100℃时热导率为0.28~0.31W/(m·K)，气孔平均孔径为100μm。

实施例3

首先取70wt%的蓝晶石细粉（Al₂O₃含量为45%，粒度为200目）、10wt%的工业氧化铝和20wt%的铝酸钙水泥为原料，之后取上述原料重量之和1wt%的碳酸钠和10wt%的阿拉伯树胶，预混合10分钟，再加入上述原料重量之和60wt%的水，混合7分钟，制成均匀料浆；向料浆中加入上述原料重量之和1wt%的十二烷基苯磺酸钠、1wt%的十二烷基硫酸钠和1wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，经搅拌制成均匀的泡沫料浆；将泡沫料浆注入模具中，在室温环境中静置24小时使其固化成型；坯体脱模后于110℃干燥12小时；将干燥好的坯体放入烧结炉中，以3℃/min的升温速率升至1430℃并保温3小时，即得微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料。

本实施3所制得的微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的体积密度为0.45~0.5g/cm³，气孔率为83.8~84.5%，常温耐压强度为2.8~3.6MPa，烧后线变化率为0.6~0.7%，1100℃时热导率为0.31~0.33W/(m·K)，气孔平均孔径为95μm。

实施例4

首先取70wt%的蓝晶石细粉（Al₂O₃含量为50%，粒度为200目）和30wt%的ρ-氧化铝为原料，之后取上述原料重量之和0.7wt%的碳酸钠和2wt%的糊精，预混合20分钟，再加入上述原料重量之和2wt%的十二醇和50wt%的水，混合20分钟，制成均匀的料浆；向料浆中添加上述原料重量之和1wt%的十二烷基苯磺酸钠和1wt%的月桂醇硫酸酯钠，经搅拌制成均匀的泡沫料浆；将泡沫料浆注入模具中，在室温环境中静置24小时使其固化成型；坯体脱模后于110℃干燥12小时；将干燥好的坯体放入烧结炉中以3℃/min的升温速率升至1550℃并保温3小时，即得微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料。

本实施例4所制得的微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的体积密度为0.5~0.7g/cm³，气孔率为75.7~83.3%，常温耐压强度为8~12MPa，烧后线变化率为0.3~0.4%，1100℃时热导率为0.35~0.38W/(m·K)，气孔平均孔径为85μm。

实施例5

首先取60wt%的蓝晶石细粉（Al₂O₃含量为50%，粒度为200目）、20wt%的工业氧化铝和20wt%的ρ-氧化铝为原料，之后取上述原料重量之和0.5wt%的聚丙烯酸钠、0.1wt%的氯化钙、1wt%的羟甲基纤维素和2wt%的硬脂酸甘油酯，预混合2分钟，再加入上述原料重量之和60wt%的水，搅拌2分钟，制成均匀的料浆；向料浆中添加上述原料重量之和3wt%的动物蛋白发泡剂和2wt%的植物蛋白发泡剂，经搅拌制成均匀的泡沫料浆；将泡沫料浆注入模具中，在室温环境中静置24小时使其固化成型；坯体脱模后于110℃干燥12小时；将干燥好的坯体放入烧结炉中，以3℃/min的升温速率升至1550℃并保温3小时，即得微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料。

本实施例5所制得的微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的体积密度为0.5~0.6g/cm³，气孔率为79.7~83.1%，常温耐压强度为6~8MPa，烧后线变化率为0.4~0.5%，1100℃时热导率为0.35~0.38W/(m·K)，气孔平均孔径为85μm。

实施例6

首先取80wt%的蓝晶石细粉（Al₂O₃含量为55%，粒度为325目）、10wt%的电熔白刚玉细粉和10wt%的氧化硅溶胶为原料，之后取上述原料重量之和0.1wt%的碳酸钠、0.1wt%的聚羧酸减水剂和1.5wt%的羧甲基纤维素，预混合2分钟，再加入上述原料重量之和40wt%的水，搅拌5分钟，制成均匀的料浆；向料浆中添加上述原料重量之和5wt%的α-烯烃磺酸酯，经搅拌制成均匀的泡沫料浆；将泡沫料浆注入模具中，在室温环境中静置24小时使其固化成型；坯体脱模后于110℃干燥12小时；将干燥好的坯体放入烧结炉中，以3℃/min的升温速率升至1580℃并保温3小时，即得微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料。

本实施6所制得的微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的体积密度为0.7~0.75g/cm³，气孔率为73.7~75.8%，常温耐压强度为13~15MPa，烧后线变化率为0.2~0.3%，1100℃时热导率为0.37~0.39W/(m·K)，气孔平均孔径为80μm。

实施例7

首先取50wt%的蓝晶石细粉（Al₂O₃含量为55%，粒度为200目）、20wt%的工业氧化铝、10wt%的ρ-氧化铝微粉和20wt%的铝硅凝胶粉为原料，之后取上述原料重量之和0.5wt%的萘系高效减水剂、1 wt %的三乙醇胺和10wt%的阿拉伯树胶，预混合2分钟，再加入上述原料重量之和50wt%的水，搅拌10分钟制成均匀的料浆；向料浆中添加上述原料重量之和3wt%的动物蛋白发泡剂，经搅拌制成均匀的泡沫料浆；将泡沫料浆注入模具中，在室温环境中静置24小时使其固化成型；坯体脱模后于110℃干燥12小时；将干燥好的坯体放入烧结炉中，以3℃/min的升温速率升至1550℃并保温3小时，即得微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料。

本实施7所制得的微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的体积密度为0.8~0.85g/cm³，气孔率为71.2~72.9%，常温耐压强度为18~22MPa，烧后线变化率为0.1~0.2%，1100℃时热导率为0.39~0.43W/(m·K)，气孔平均孔径为77μm。

实施例8

首先取40wt%的蓝晶石细粉（Al₂O₃含量为62%、粒度为325目）、40wt%的α-氧化铝微粉和20wt%的氧化铝溶胶为原料，之后取上述原料重量之和0.5wt%的三聚磷酸钠和0.5wt%的碳酸钠，预混合2分钟，再加入上述原料重量之和1wt%的三乙醇胺和35wt%的水，搅拌2分钟制成均匀料浆；向料浆中添加上述原料重量之和0.7wt%的动物蛋白发泡剂和1wt%的聚氧化乙烯十二烷基醚硫酸酯钠，经搅拌制成均匀的泡沫料浆；将泡沫料浆注入模具中，在室温环境中静置24小时使其固化成型；坯体脱模后于110℃干燥12小时；将干燥好的坯体放入烧结炉中，以3℃/min的升温速率升至1650℃并保温3小时，即得微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料。

本实施例8所制得的微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的体积密度为1.2~1.3g/cm³，气孔率为55.7~60.1%，常温耐压强度为58~65MPa，烧后线变化率为0.28~0.32%， 1100℃时热导率为0.44~0.47 W/(m·K)，气孔平均孔径为52μm。

实施例9

首先取70wt%的蓝晶石细粉（Al₂O₃含量为28%，粒度为200目）、20wt%的粘土细粉和10wt%的高铝水泥为原料，之后取上述原料重量之和0.5wt%的萘系高效减水剂、1wt%的柠檬酸、5wt%的黄原胶和5wt%的阿拉伯树胶，预混合2分钟，再加入上述原料重量之和80wt%的水，搅拌2分钟制成均匀料浆；向料浆中添加上述原料重量之和15wt%植物蛋白发泡剂，经搅拌制成均匀的泡沫料浆；将泡沫料浆注入模具中，在室温环境中静置24小时使其固化成型；坯体脱模后于110℃干燥12小时；将干燥好的坯体放入烧结炉中，以3℃/min的升温速率升至1300℃并保温3小时，即得微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料。

本实施9所制得的微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的体积密度为0.3~0.35g/cm³，气孔率为88.3~89.7%，常温耐压强度为0.6~0.8MPa，烧后线变化率为1.3~1.4%，1100℃时热导率为0.21~0.26 W/(m·K)，气孔平均孔径为127μm。

Claims

1.一种微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的制备方法，其特征在于：所述的蓝晶石中Al₂O₃含量为25~62%，粒度≤200目。

3.根据权利要求1所述的微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的制备方法，其特征在于：所述的辅料取自工业氧化铝粉、氢氧化铝粉、α-活性氧化铝微粉、ρ-氧化铝微粉、电熔白刚玉粉、烧结板状刚玉粉、矾土细粉或粘土细粉中的一种或两种以上的混合物，其粒度均≤200目。

4.根据权利要求1所述的微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的制备方法，其特征在于：所述的胶凝材料取自高铝水泥、铝酸钙水泥、ρ-氧化铝微粉、氧化硅溶胶、氧化铝溶胶或硅铝凝胶粉中的一种或两种以上的混合物。

5.根据权利要求1所述的微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的制备方法，其特征在于：所述的发泡剂为脂肪醇硫酸铵、棕搁酸甘油酯、动物蛋白质发泡剂、植物蛋白质发泡剂、十二醇硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、α-烯基磺酸钠、α-烯烃磺酸酯、月桂醇硫酸酯钠、聚氧化乙烯十二烷基醚硫酸酯钠或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或两种以上的混合物。

6.根据权利要求1所述的微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的制备方法，其特征在于：所述的稳泡剂为蛋白质、明胶、琼脂、阿拉伯树胶、硬脂酸甘油酯、十二醇、十二烷基二甲基氧化胺、聚丙烯酰胺、甲基纤维素、羟甲基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、黄原胶、三乙醇胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、十六醇、蔗糖、糊精、淀粉或皂素中的一种或两种以上的混合物。

7.根据权利要求1所述的微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的制备方法，其特征在于：所述的分散剂取自木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、聚丙烯酸、聚羧酸系减水剂、萘系高效减水剂、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠或碳酸钠中的一种或两种以上的混合物。

8.根据权利要求1所述的微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的制备方法，其特征在于：所述的调凝剂为葡萄糖酸钠、柠檬酸、柠檬酸钠、碳酸钠、氯化钙、氯化锂、碳酸锂、水玻璃或三乙醇胺中的一种或两种以上的混合物。

9.根据权利要求1所述的微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的制备方法，其技术特征在于：利用蓝晶石在高温下生成的莫来石相填充或分隔部分气孔，使气孔二次微细化，使所述制备材料中的气孔孔径在20~200μm之间。

10.根据权利要求1所述的微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的制备方法，其特征在于：所述微孔蓝晶石基轻质隔热耐火材料的体积密度为0.3~1.5g/cm³，气孔率为50~90%，常温耐压强度为0.5~70MPa，烧成线变化率≤1.5%，1100℃时热导率为0.2~0.5W/(m·K)，使用温度为1400~1700℃。