CN103979977A - 一种用中低品位铝矾土合成莫来石质轻质耐火材料的方法 - Google Patents

一种用中低品位铝矾土合成莫来石质轻质耐火材料的方法 Download PDF

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易帅
李小超
黄朝晖
房明浩
刘艳改
吴小文
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Abstract

本发明涉及一种用中低品位铝矾土合成莫来石质轻质耐火材料的方法，属于耐火材料技术领域。该发明采用莫来石和刚玉为主晶相；其主要化学成分Al2O3+SiO2>90wt.％。本发明以中低品位铝矾土和工业氧化铝为原料，按莫来石的理论配比配料混合均匀后，磨细，添加一定量的造孔剂搅拌均匀，然后采用半干振动浇注成型、调湿可控干燥、高温引气造孔、一步原位反应烧结、切割加工等一系列工艺过程，制备一种绿色新型莫来石质轻质耐火材料。所述轻质耐火材料是一种低导热系数、长寿命的高温窑炉内衬用轻质耐火砖，可为工业炉设备提供高效节能的保证。

Description

一种用中低品位铝矾土合成莫来石质轻质耐火材料的方法
技术领域：
本发明涉及一种用中低品位铝矾土合成莫来石质轻质耐火材料的方法，属于耐火材料领域。
背景技术：
我国经济发展迅速，而能源生产的发展相对滞后得多。解决能源短缺的另一个办法是节能，即减少热损失、提高热能的利用效率，减少能源浪费。国际上将节能工程视为“第五能源”，其意义十分重要。因此，大力发展绝热材料工业，广泛采用优质绝热材料，对我国经济建设的健康、稳定发展具有重要的现实意义。
与此同时，我国是耐高温材料资源大国，其中铝土矿储量20亿吨，占世界6％。我国的耐高温材料行业在资源、成本及发展环境方面具有得天独厚的优势。但需要引起高度重视的是，资源问题正在对耐高温材料行业的可持续发展构成潜在威胁。目前消耗速度已超过这些不可再生资源的承受限度。近几十年的开采导致富矿逐渐减少，优质矾土资源已经显现紧张。大量的贫矿，尾矿和废弃的碎矿急需综合利用起来。实现耐火原料的高效、科学应用和资源综合利用已成为我国耐高温材料行业可持续发展的必经之路。
工业窑炉炉衬用绝热材料的蓄热和散热损失一般占工业窑炉总能耗的20～45％。莫来石质轻质耐火材料是一种很重要的传统的工业窑炉用轻质耐火材料，具有耐高温、强度高导热系数小，节能效果显著等特点，适用于石油裂介炉、冶金热风炉、陶瓷辊道窑、隧道窑、电瓷抽屉窑、玻璃坩埚窑及各种电炉的内衬，可直接接触火焰。目前莫来石质轻质耐火材料多采用工业级原料制备而成，存在制备成本高的问题。
因此，面对我国高品位铝矾土矿产资源面临消耗殆尽以及我国工业窑炉用炉衬材料急需更新换代的现状，为解决目前莫来石质轻质耐火材料制备成本高的问题，研究开发绿色新型莫来石轻质绝热保温材料是十分必要的。
因此开发具有自主知识产权的莫来石质轻质耐火材料对我国经济建设和高温行业的节能具有重要意义。
发明内容：
本发明目的是针对目前我国高品位铝矾土矿产资源面临消耗殆尽以及我国工业窑炉用炉衬材料急需更新换代的现状，提出利用中低品位铝矾土和工业氧化铝为原料合成莫来石质轻质耐火材料，提出一种用中低品位铝矾土合成莫来石质轻质耐火材料的方法，来达到制备高效节能、长寿命的高温工业窑炉炉衬用的轻质耐火材料的目的，从而为高温工业的节能做出贡献。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明是一种用中低品位铝矾土合成莫来石质轻质耐火材料的方法，其特征在于：该耐火材料的主要耐高温物相为莫来石相和刚玉相；该耐火材料的主要化学成分为：Al2O387.6％～91.6wt.％，SiO210～28wt.％，其它杂质总含量小于6.0wt.％。
所述制备莫来石所用的原料为中低品位铝矾土和氧化铝(α-Al2O3或γ-Al2O3都可以，要求α-Al2O3≥95.0％，γ-Al2O3≥95.0％)，原料的颗粒尺寸为小于0.15mm。
本发明提出的一种用中低品位铝矾土合成莫来石质轻质耐火材料的方法，其特征在于：所述方法首先是将各种原料按照莫来石的理论配比配料后，先混合均匀，然后一起磨细到小于0.060mm的孔径筛的筛余量小于3.0wt.％；将从磨机中取出的粉料再加入占总配料的0.1～18.0％烧失造孔剂(烧失造孔剂可以选择为木屑锯末或其它植物粉末或聚苯乙烯球或焦炭粉或煤炭粉或活性碳等其中的一种或几种可以在大于1000℃烧失的物质作为烧失造孔剂，其粒径≤3.0mm)一起搅拌混合，混合均匀后再加入6～30％的可饮用水搅拌，得到的泥料采用振动浇注成形方法成形(也可用挤泥机挤出成形或手工捣打或浇注成形或机压成形)。成形后的湿坯在室温下自然干燥12～24h，然后在干燥窑中于50～200℃进行烘干。将干燥好的材料坯装入窑中烧成，最终烧成温度1250～1450℃，将烧成出窑冷却后的材料坯按要求尺寸进行切割，即得到本发明的低导热系数、抗碱侵蚀能力和抗渣侵蚀能力较好、长寿命的莫来石轻质耐火材料。该莫来石轻质耐火材料的相关性能达到：体积密度≤0.48g/cm3，400℃导热系数≤0.10w/m·k，800℃导热系数≤0.15w/m·k，抗折强度≥1.0MPa，耐压强度≥1.2MPa。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明：
本发明的原料为：所述制备莫来石所用的原料为中低品位铝矾土和氧化铝(α-Al2O3或γ-Al2O3都可以，要求α-Al2O3≥95.0％，γ-Al2O3≥95.0％)，原料的颗粒尺寸为小于0.15mm。
本发明提出的一种用中低品位铝矾土合成莫来石质轻质耐火材料的方法，其特征在于：所述方法首先是将各种原料按照莫来石的理论配比配料后，先混合均匀，然后一起磨细到小于0.060mm的孔径筛的筛余量小于3.0wt.％；将从磨机中取出的粉料再加入占总配料的0.1～18.0％烧失造孔剂(烧失造孔剂可以选择为木屑锯末或其它植物粉末或聚苯乙烯球或焦炭粉或煤炭粉或活性碳等其中的一种或几种可以在大于1000℃烧失的物质作为烧失造孔剂，其粒径≤3.0mm)一起搅拌混合，混合均匀后再加入6～30％的可饮用水搅拌，得到的泥料采用振动浇注成形方法成形(也可用挤泥机挤出成形或手工捣打或浇注成形或机压成形)。成形后的湿坯在室温下自然干燥12～24h，然后在干燥窑中于50～200℃进行烘干。将干燥好的材料坯装入窑中烧成，最终烧成温度1250～1450℃，将烧成出窑冷却后的材料坯按要求尺寸进行切割，即得到本发明的低导热系数、抗碱侵蚀能力和抗渣侵蚀能力较好、长寿命的莫来石轻质耐火材料。
一种莫来石质轻质耐火材料的制备工艺流程为：
原料→配料→干法球磨→加造孔剂→搅拌→成形→干燥→烧成→加工→检验
实施例1
原料及配比：
以中低品位铝矾土和α-Al2O3为原料，原料的颗粒尺寸为小于0.15mm。
配料、磨细：
首先将各种原料按照莫来石的理论配比装入磨机中磨细到小于0.060mm的孔径筛的筛余量小于3.0wt.％。
加造孔剂搅拌成形：
加入占总配料8.0％的聚苯乙烯球，总配料4.0％的木屑锯末(要求其粒径≤3.0mm)，将球磨好的混合料与聚苯乙烯球、木屑锯末一起搅拌混合10分钟，再加入6％的可饮用水搅拌5分钟，得到的泥料用加压振动浇注成形。
干燥：
成形后的湿坯在室温下自然干燥12h，然后在干燥窑中先于100℃干燥4h，再于200℃烘干8h，使生坯的含水率≤3.0％。
烧成：
将干燥好的材料坯装入窑中烧成，最终烧成温度1300℃。烧成制度为：900℃保温4h，1100℃保温4h，1300℃保温3h。
加工、检验：
将烧成后的材料坯按要求尺寸进行切割即得到相应的莫来石轻质耐火材料。
实施例2
原料及配比：
以中低品位铝矾土和γ-Al2O3为原料，原料的颗粒尺寸为小于0.15mm。
配料、磨细：
首先将各种原料按照莫来石的理论配比装入球磨机球磨12h，将原料磨细到小于0.060mm的孔径筛的筛余量小于3.0wt.％。
加造孔剂搅拌成形：
加入占总配料6％的焦炭粉和8％的聚苯乙烯球(要求其粒径≤3.0mm)，将球磨好的混合料与聚苯乙烯球一起搅拌混合10分钟，再加入6％的可饮用水搅拌5分钟，得到的泥料用加压振动浇注成形。
干燥：
成形后的湿坯在室温下自然干燥12h，然后在干燥窑中先于100℃干燥4h，再于200℃烘干8h，使生坯的含水率≤3.0％。
烧成：
将干燥好的材料坯装入窑中烧成，最终烧成温度1450℃。烧成制度为：900℃保温4h，1100℃保温4h，1450℃保温3h。
加工、检验：
将烧成后的材料坯按要求尺寸进行切割即得到相应的莫来石轻质耐火材料。
实施例3
原料及配比：
以中低品位铝矾土和γ-Al2O3为原料，原料的颗粒尺寸为小于0.10mm。
配料、磨细：
首先将各种原料按照莫来石的理论配比装入球磨机球磨12h，将原料磨细到小于0.060mm的孔径筛的筛余量小于3.0wt.％。
加造孔剂搅拌成形：
加入占总配料的10.0％焦炭粉和4.0％的木屑锯末(要求其粒径≤3.0mm)，将混合料与焦炭粉一起搅拌混合30分钟，再加入13％的可饮用水搅拌5分钟，得到的泥料用振动浇注成形得到坯体。
干燥：
成形后的湿坯在室温下自然干燥12h，然后在干燥窑中先于100℃干燥4h，再于200℃烘干8h，使生坯的含水率≤3.0％。
烧成：
将干燥好的材料坯装入窑中烧成，最终烧成温度1400℃。烧成制度为：900℃保温4h，1100℃保温4h，1400℃保温3h。
加工、检验：
将烧成后的材料坯按要求尺寸进行切割即得到相应的莫来石轻质耐火材料。

Claims (3)

1.本发明是一种用中低品位铝矾土合成莫来石质轻质耐火材料的方法，其特征在于：该耐火材料的主要耐高温物相为莫来石相和刚玉相；该耐火材料的主要化学成分为：Al2O387.6％～91.6wt.％，SiO210～28wt.％，其它杂质总含量小于6.0wt.％。
2.如权利要求1所述的莫来石质轻质耐火材料，其特征在于：所述制备莫来石所用的原料为中低品位铝矾土(主要物相为高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O)和一水硬铝石(Al2O3·H2O)，氧化铝和二氧化硅含量分别为53.18wt.％和40.64wt.％)和工业氧化铝(α-Al2O3或γ-Al2O3都可以，要求α-Al2O3≥95.0％，γ-Al2O3≥95.0％)，原料的颗粒尺寸为小于0.15mm。
3.一种制备如权利要求1和2所述的莫来石质轻质耐火材料的方法，其特征在于：所述方法首先是将各种原料按照莫来石的理论配比配料后，先混合均匀，然后一起磨细到小于0.060mm的孔径筛的筛余量小于3.0wt.％；将从磨机中取出的粉料再加入占总配料的0.1～18.0％烧失造孔剂(烧失造孔剂可以选择为木屑锯末或其它植物粉末或聚苯乙烯球或焦炭粉或煤炭粉或活性碳等其中的一种或几种可以在大于1000℃烧失的物质作为烧失造孔剂，其粒径≤3.0mm)一起搅拌混合，混合均匀后再加入6～30％的可饮用水搅拌，得到的泥料采用振动浇注成形方法成形(也可用挤泥机挤出成形或手工捣打或浇注成形或机压成形)。成形后的湿坯在室温下自然干燥12～24h，然后在干燥窑中于50～200℃进行烘干。将干燥好的材料坯装入窑中烧成，最终烧成温度1250～1450℃，将烧成出窑冷却后的材料坯按要求尺寸进行切割，即得到本发明的低导热系数、抗碱侵蚀能力和抗渣侵蚀能力较好、长寿命的莫来石轻质耐火材料。
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