CN105948772A - 一种高强微孔六铝酸钙轻质骨料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强微孔六铝酸钙轻质骨料及其制备方法。其技术方案是：以85~95wt%的氧化铝水合物细粉和5~15wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料100~500wt%的水，球磨150~480min，得到泥状混合料；将泥状混合料在70~120oC条件下烘干，磨散成粉末。再向所述粉末中加入所述原料0.01~0.20wt%的有机增塑剂，混合均匀，置于造粒机中造成球状颗粒。然后将所述球状颗粒于90~110oC条件下烘干，在1400~1700oC条件下保温1~7h，即得高强微孔六铝酸钙轻质骨料。本发明具有节能环保、工艺简单和易烧结的特点；所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料纯度高、性能稳定、孔径小且分布均匀、强度高、热导率低、体积密度和堆积密度低。

Description

一种高强微孔六铝酸钙轻质骨料及其制备方法
技术领域
本发明属于六铝酸钙轻质骨料技术领域。具体涉及一种高强微孔六铝酸钙轻质骨料及其制备方法。
背景技术
六铝酸钙材料是一种新型的轻质耐火材料，具有诸多优异的耐火性能：自身导热系数低；耐火度高；在含铁熔渣中的溶解度低；在还原气氛中的稳定性高；在碱性环境中的化学稳定性好；对熔融金属和熔渣的润湿性低。而且其晶粒生长呈各向异性，晶核沿基面优先生长，形成的六铝酸钙晶粒呈片状或平板状，这种片状或平板状的晶粒在高温下可以维持较大的比表面积，有很好的高温隔热作用。这种特有的晶体结构和性质使其作为新型高温隔热材料得到重视。
轻质骨料是轻质不定形耐火材料的重要组成部分之一，主要起骨架作用，轻质骨料的性能对轻质不定形耐火材料的各项性能有重要的作用。六铝酸钙轻质骨料不仅保存了六铝酸钙的各种优异性能，作为一种轻质骨料，具有更低的体积密度和更高的强度。
安迈铝业有限公司（Almatis）的超轻质骨料SLA-92即为一种六铝酸钙轻质骨料，其体积密度为0.75g/cm3，堆积密度为0.60g/cm3，显气孔率为70~75%，热导率低和热震稳定性好，可用于钢铁行业、玻璃行业及陶瓷行业等。
国内生产轻质骨料主要采用烧失物法和泡沫法等方法，经成形、烧成、粉碎和筛分后，从而得到所需的各种粒度的轻质骨料。采用该种方法所制备出来的轻质骨料开口气孔率高和吸水率大，对轻质浇注料的各项性能有很大的影响。
烧失物法有如下缺点：（1）采用烧失物造孔，在烧成过程中，易残留某些无机物，影响制品的高温性能；（2）造孔剂烧失会污染环境。
泡沫法虽无上述烧失物法的缺点，但是也存在一些不足之处：（1）在制品制备过程中易产生层析，导致物料分布不均匀；（2）泡沫法制备轻质材料需要加入减水剂或者分散剂，烧成后会残留K、Na等无机物。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、节能环保和易烧结的高强微孔六铝酸钙轻质骨料的制备方法。用该方法所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料纯度高、性能稳定、孔径小且分布均匀、强度高、热导率低、体积密度和堆积密度低。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：以85~95wt%的氧化铝水合物细粉和5~15wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料100~500wt%的水，球磨150~480min，得到泥状混合料；将泥状混合料在70~120oC条件下烘干，磨散成粉末。再向所述粉末中加入所述原料0.01~0.20wt%的有机增塑剂，混合均匀，置于造粒机中造成球状颗粒。然后将所述球状颗粒于90~110oC条件下烘干，在1400~1700oC条件下保温1~7h，即得高强微孔六铝酸钙轻质骨料。
所述氧化铝水合物细粉为三水铝石细粉、拜耳石细粉、诺水铝石细粉、一水铝石细粉和拟薄水铝石细粉中的一种；氧化铝水合物细粉粒径小于1mm。
所述有机增塑剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素和木质素磺酸盐中的一种。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下积极效果：
1、CaCO3本身为一种强碱弱酸盐，在水溶液中呈碱性，本发明所采用的CaCO3为纳米CaCO3，粒径很细，相比于普通CaCO3，活性更高，在水溶液中的碱性更强，烧成过程中也更易烧结，可降低烧成温度。
2、氧化铝水合物细粉在与水湿磨过程中会产生Al(OH)3，Al(OH)3为一种两性化合物，在碱性条件下会发生水解，并会与纳米CaCO3发生一定程度的反应，在球磨过程中更加有利于物料的分散。
3、本发明所采用的氧化铝水合物细粉和纳米CaCO3在高温时会分解，在骨料中形成大量分布均匀的纳米孔或者微纳米孔，使得所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料具有很高的强度。
4、本发明不仅工艺简单，且在整个制备过程中无有害气体排放，利于环境保护。
5、本发明采用氧化铝水合物细粉和纳米碳酸钙为原料，无杂质，所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料纯度高，性能稳定。
6、本发明所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料体积密度为0.69~1.35g/cm3，堆积密度为0.57~1.19g/cm3，孔径小且分布均匀，强度高，热导率低。
因此，本发明具有工艺简单、节能环保和易烧结的特点；所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料纯度高、性能稳定、孔径小且分布均匀、强度高、热导率低、体积密度和堆积密度低。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：
本具体实施方式中：所述三水铝石细粉、拜耳石细粉、诺水铝石细粉、一水铝石细粉和拟薄水铝石细粉的粒径均小于1mm。
实施例1
一种高强微孔六铝酸钙轻质骨料及其制备方法。以85~87wt%的三水铝石细粉和13~15wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料100~200wt%的水，球磨150~210min，得到泥状混合料；将泥状混合料在70~80oC条件下烘干，磨散成粉末。再向所述粉末中加入所述原料0.01~0.03wt%的甲基纤维素，混合均匀，置于造粒机中造成球状颗粒。然后将所述球状颗粒于90~110oC条件下烘干，在1400~1450oC条件下保温1~3h，即得高强微孔六铝酸钙轻质骨料。
本实施例所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料的体积密度为0.69~0.75g/cm3，堆积密度为0.57~0.68g/cm3。
实施例2
一种高强微孔六铝酸钙轻质骨料及其制备方法。以87~89wt%的拜耳石细粉和11~13wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料150~250wt%的水，球磨210~270min，得到泥状混合料；将泥状混合料在80~90oC条件下烘干，磨散成粉末。再向所述粉末中加入所述原料0.03~0.06wt%的羧甲基纤维素，混合均匀，置于造粒机中造成球状颗粒。然后将所述球状颗粒于90~110oC条件下烘干，在1450~1500oC条件下保温2~4h，即得高强微孔六铝酸钙轻质骨料。
本实施例所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料的体积密度为0.71~0.90g/cm3，堆积密度为0.62~0.75g/cm3。
实施例3
一种高强微孔六铝酸钙轻质骨料及其制备方法。以89~91wt%的诺水铝石细粉和9~11wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料200~300wt%的水，球磨270~330min，得到泥状混合料；将泥状混合料在90~100oC条件下烘干，磨散成粉末。再向所述粉末中加入所述原料0.06~0.09wt%的木质素磺酸盐，混合均匀，置于造粒机中造成球状颗粒。然后将所述球状颗粒于90~110oC条件下烘干，在1500~1550oC条件下保温3~5h，即得高强微孔六铝酸钙轻质骨料。
本实施例所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料的体积密度为0.81~0.98g/cm3，堆积密度为0.72~0.79g/cm3。
实施例4
一种高强微孔六铝酸钙轻质骨料及其制备方法。以91~93wt%的一水铝石细粉和7~9wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料250~350wt%的水，球磨330~290min，得到泥状混合料；将泥状混合料在100~110oC条件下烘干，磨散细成粉末。再向所述粉末中加入所述原料0.09~0.12wt%的甲基纤维素，混合均匀，置于造粒机中造成球状颗粒。然后将所述球状颗粒于90~110oC条件下烘干，在1550~1600oC条件下保温4~6h，即得高强微孔六铝酸钙轻质骨料。
本实施例所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料的体积密度为0.89~1.07g/cm3，堆积密度为0.75~0.87g/cm3。
实施例5
一种高强微孔六铝酸钙轻质骨料及其制备方法。以93~95wt%的拟薄水铝石细粉和5~7wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料300~400wt%的水，球磨390~450min，得到泥状混合料；将泥状混合料在110~120oC条件下烘干，磨散成粉末。再向所述粉末中加入所述原料0.12~0.15wt%的羧甲基纤维素，混合均匀，置于造粒机中造成球状颗粒。然后将所述球状颗粒于90~110oC条件下烘干，在1600~1650oC条件下保温5~7h，即得高强微孔六铝酸钙轻质骨料。
本实施例所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料的体积密度为1.02~1.15g/cm3，堆积密度为0.93~1.07g/cm3。
实施例6
一种高强微孔六铝酸钙轻质骨料及其制备方法。以85~87wt%的拟薄水铝石细粉和13~15wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料350~450wt%的水，球磨420~480min，得到泥状混合料；将泥状混合料在100~110oC条件下烘干，磨散成粉末。再向所述粉末中加入所述原料0.15~0.18wt%的木质素磺酸盐，混合均匀，置于造粒机中造成球状颗粒。然后将所述球状颗粒于90~110oC条件下烘干，在1650~1700oC条件下保温1~3h，即得高强微孔六铝酸钙轻质骨料。
本实施例所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料的体积密度为1.25~1.35g/cm3，堆积密度为1.12~1.19g/cm3。
实施例7
一种高强微孔六铝酸钙轻质骨料及其制备方法。以87~89wt%的一水铝石细粉和11~13wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料400~500wt%的水，球磨420~480min，得到泥状混合料；将泥状混合料在90~100oC条件下烘干，磨散成粉末。再向所述粉末中加入所述原料0.18~0.20wt%的甲基纤维素，混合均匀，置于造粒机中造成球状颗粒。然后将所述球状颗粒于90~110oC条件下烘干，在1600~1650oC条件下保温2~4h，即得高强微孔六铝酸钙轻质骨料。
本实施例所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料的体积密度为1.01~1.23g/cm3，堆积密度为0.88~1.11g/cm3。
实施例8
一种高强微孔六铝酸钙轻质骨料及其制备方法。以89~91wt%的诺水铝石细粉和9~11wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料300~400wt%的水，球磨360~420min，得到泥状混合料；将泥状混合料在80~90oC条件下烘干，磨散成粉末。再向所述粉末中加入所述原料0.15~0.18wt%的羧甲基纤维素，混合均匀，置于造粒机中造成球状颗粒。然后将所述球状颗粒于90~110oC条件下烘干，在1550~1600oC条件下保温1~3h，即得高强微孔六铝酸钙轻质骨料。
本实施例所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料的体积密度为1.10~1.19g/cm3，堆积密度为0.97~1.08g/cm3。
实施例9
一种高强微孔六铝酸钙轻质骨料及其制备方法。以91~93wt%的拜耳石细粉和7~9wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料200~300wt%的水，球磨300~360min，得到泥状混合料；将泥状混合料在70~80oC条件下烘干，磨散成粉末。再向所述粉末中加入所述原料0.12~0.15wt%的木质素磺酸盐，混合均匀，置于造粒机中造成球状颗粒。然后将所述球状颗粒于90~110oC条件下烘干，在1500~1550oC条件下保温2~4h，即得高强微孔六铝酸钙轻质骨料。
本实施例所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料的体积密度为1.03~1.14g/cm3，堆积密度为0.90~0.99g/cm3。
实施例10
一种高强微孔六铝酸钙轻质骨料及其制备方法。以93~95wt%的三水铝石细粉和5~7wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料100~200wt%的水，球磨240~300min，得到泥状混合料；将泥状混合料在90~100oC条件下烘干，磨散成粉末。再向所述粉末中加入所述原料0.09~0.12wt%的甲基纤维素，混合均匀，置于造粒机中造成球状颗粒。然后将所述球状颗粒于90~110oC条件下烘干，在1450~1500oC条件下保温3~5h，即得高强微孔六铝酸钙轻质骨料。
本实施例所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料的体积密度为0.92~1.01g/cm3，堆积密度为0.81~0.88g/cm3。
实施例11
一种高强微孔六铝酸钙轻质骨料及其制备方法。以85~87wt%的诺水铝石细粉和13~15wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料200~300wt%的水，球磨300~360min，得到泥状混合料；将泥状混合料在100~110oC条件下烘干，磨散成粉末。再向所述粉末中加入所述原料0.06~0.09wt%的羧甲基纤维素，混合均匀，置于造粒机中造成球状颗粒。然后将所述球状颗粒于90~110oC条件下烘干，在1400~1450oC条件下保温4~6h，即得高强微孔六铝酸钙轻质骨料。
本实施例所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料的体积密度为1.10~1.23g/cm3，堆积密度为1.01~1.12g/cm3。
实施例12
一种高强微孔六铝酸钙轻质骨料及其制备方法。以87~89wt%的三水铝石细粉和11~13wt%的纳米CaCO3为原料，外加所述原料300~400wt%的水，球磨360~420min，得到泥状混合料；将泥状混合料在110~120oC条件下烘干，磨散成粉末。再向所述粉末中加入所述原料0.03~0.06wt%的木质素磺酸盐，混合均匀，置于造粒机中造成球状颗粒。然后将所述球状颗粒于90~110oC条件下烘干，在1550~1600oC条件下保温5~7h，即得高强微孔六铝酸钙轻质骨料。
本实施例所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料的体积密度为1.20~1.30g/cm3，堆积密度为1.07~1.19g/cm3。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：
1、CaCO3本身为一种强碱弱酸盐，在水溶液中呈碱性，本发明所采用的CaCO3为纳米CaCO3，粒径很细，相比于普通CaCO3，活性更高，在水溶液中的碱性更强，烧成过程中也更易烧结，可降低烧成温度。
2、氧化铝水合物细粉在与水湿磨过程中会产生Al(OH)3，Al(OH)3为一种两性化合物，在碱性条件下会发生水解，并会与纳米CaCO3发生一定程度的反应，在球磨过程中更加有利于物料的分散。
3、本发明所采用的氧化铝水合物细粉和纳米CaCO3在高温时会分解，在骨料中形成大量分布均匀的纳米孔或者微纳米孔，使得所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料具有很高的强度。
4、本发明不仅工艺简单，且在整个制备过程中无有害气体排放，利于环境保护。
5、本发明采用氧化铝水合物细粉和纳米碳酸钙为原料，无杂质，所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料纯度高和性能稳定。
6、本发明所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料体积密度为0.69~1.35g/cm3，堆积密度为0.57~1.19g/cm3，强度高，孔径小且分布均匀，热导率低。
因此，本发明具有工艺简单、节能环保和易烧结的特点；所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料纯度高、性能稳定、强度高、孔径小且分布均匀、热导率低、体积密度和堆积密度低。

Claims (4)

1.一种高强微孔六铝酸钙轻质骨料的制备方法，其特征在于以85～95wt％的氧化铝水合物细粉和5～15wt％的纳米CaCO3为原料，外加所述原料100～500wt％的水，球磨150～480min，得到泥状混合料；将泥状混合料在70～120℃条件下烘干，磨散成粉末；再向所述粉末中加入所述原料0.01～0.20wt％的有机增塑剂，混合均匀，置于造粒机中造成球状颗粒；然后将所述球状颗粒于90～110℃条件下烘干，在1400～1700℃条件下保温1～7h，即得高强微孔六铝酸钙轻质骨料。
2.根据权利要求1所述的高强微孔六铝酸钙轻质骨料的制备方法，其特征在于所述氧化铝水合物细粉为三水铝石细粉、拜耳石细粉、诺水铝石细粉、一水铝石细粉和拟薄水铝石细粉中的一种；氧化铝水合物细粉粒径小于1mm。
3.根据权利要求1所述的高强微孔六铝酸钙轻质骨料的制备方法，其特征在于所述有机增塑剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素和木质素磺酸盐中的一种。
4.一种高强微孔六铝酸钙轻质骨料，其特征在于所述高强微孔六铝酸钙轻质骨料是根据权利要求1～3项中任一项所述的高强微孔六铝酸钙轻质骨料的制备方法所制备的高强微孔六铝酸钙轻质骨料。
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