CN1061957C - 合成致密硅酸铝骨料及其制备方法 - Google Patents

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本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种新型的硅酸铝耐火骨料及其制备方法，该骨料含有SiO2、Al2O3，Al2O3的含量为40～60%wt，其矿物组成主要为莫来石相和高硅氧玻璃相，具有较好的高温化学稳定性和高温体积稳定性，较高的体积密度和真比重，较低的气孔率和吸水率，用该骨料制成的耐火制品热振稳定性好，抗剥落能力强，使用寿命长；本发明工艺简单，容易实施。

Description

合成致密硅酸铝骨料及其制备方法
本发明涉及一种新型的硅酸铝耐火骨料及其制备方法，属于耐火材料领域。
目前，Al2O3含量在40～60％间的“SiO2～Al2O3”系耐火骨料主要包括硬质粘土熟料和三级高铝矾土熟料，其主要晶相组成为莫来石、方石英、玻璃相，还含有部分不定形SiO2和不定形Al2O3，其中的方石英、玻璃相和不定形SiO2、不定形Al2O3对熟料的性能起着有害的作用。该类熟料采用如下制备方法：将其原矿经水洗、拣选、筛分，再将具有一定粒度范围的块状料直接入窑煅烧，煅烧温度通常为1250～1400℃。因此，通常的耐火骨料及制备方法存在以下缺点：
(1)煅烧温度低。由于原矿仅进行了简单的水洗、拣选和筛分，就直接入窑煅烧，其煅烧温度主要取决于原矿自身的烧结特性，而根据原矿特性确定的煅烧温度一般为1250～1400℃范围内的某一小的温度区间，在该温度下原矿烧结进行的并不彻底。当煅烧温度超过该温度时，产品即会出现过烧现象：体积密度下降，气孔率和吸水率提高。
(2)由于煅烧温度低，产品实际生成的矿物组成含量达不到理论值。例如：Al2O3含量为45％左右的硬质粘土熟料，煅烧温度为1250℃±20℃，实际生成的莫来石约占25％左右(理论值为55～65％)，实际生成的方石英约占23％左右(理论值为40％左右)。由于烧结进行的不彻底，产品中还含有大量的不定形SiO2和不定形Al2O3，用它制成的耐火制品在高温下将发生二次莫来石化反应并伴随较大的体积变化，因而降低了耐火制品的成品率、使用温度和使用寿命。
(3)熟料骨料中含有方石英相，Al2O3含量在40～60％时，其中的稳定矿物为莫来石、方石英和玻璃相，方石英在不同的温度下交替进行着晶型转化并伴随较大的体积效应，因而，方石英的存在降低了耐火制品的热振稳定性、耐剥落性及使用寿命。
本发明的目的在于提供一种新组成的硅酸铝耐火骨料，该骨料具有较好的高温化学稳定性和高温体积稳定性，较高的体积密度和真比重，较低的气孔率和吸水率，用该骨料制成的耐火制品热振稳定性好，抗剥落能力强，使用寿命长。本发明还提供了其简单、易行的制备方法。
所述的新型硅酸铝耐火骨料即为合成致密硅酸铝骨料，含有SiO2、Al2O3，Al2O3含量为40～60％wt其矿物组成为莫来石相55～85％wt，余量为高硅氧玻璃相。骨料的技术指标为：体积密度≥2.63g/cm3，气孔率≤2％。
本耐火骨料的制备方法工艺简单，容易实施，具体如下：
包括通常的原料选料、粉碎和煅烧，其主要技术要点是将原料粉碎至过200目筛，最好过400目筛。
原料的选择要求与通常的一样，根据熟料骨料中Al2O3的含量要求而定，如果单一原料能够满足要求，可以用单一原料，如果单一原料不能满足要求，则根据Al2O3的含量要求计算所用几种原料的配合用量，本发明所用原料可以为焦宝石单一原料，焦宝石的主要化学组成为SiO238～50％、Al2O341～48％。单一原料，使得工艺更简单，容易操作，成本低。如果工艺条件允许，原料粉碎越细越好。
采用上述操作进行耐火骨料的制备，原料的煅烧温度可控制在1400～1650℃范围内，而不会出现过烧现象，煅烧时间为2-3小时。熟料中Al2O3含量的高低决定着煅烧温度的高低，一般地，Al2O3含量高，煅烧温度就高，Al2O3含量低，煅烧温度就低。但是，采用本发明工艺处理过的原料，其烧结特性发生了很大的变化，对烧结温度高低的敏感性降低了，使原料的煅烧范围大大拓宽，实现了可以使原料在较高温度下短时间保温烧结，也可以使原料在较低温度下长时间保温烧结，避免了过烧现象。
在所述的制备方法中，原料的粉碎采用湿法球磨方法较好，效率高，又可直接将球磨料经脱水、真空练泥后，制成泥块，进行干燥、煅烧。
本发明制备工艺的实施，基本上可使合成莫来石晶相达到理论值，而使有害的方石英相大部分或全部转化成了玻璃相。在煅烧过程中，莫来石在高温下形成了“针状交叉网络骨架”，具有高粘度、低膨胀系数的玻璃相充填于间隙中，最终形成了莫来石-高硅氧玻璃复相材料。该材料具有较好的高温化学稳定性和高温体积稳定性，较高的体积密度和真比重，较低的气孔率和吸水率，用该材料制成的耐火制品热振稳定性好，抗剥落能力强，使用寿命长。
本发明进行的改进使得耐火骨料的制备工艺变得简单、易行，并可灵活调整，制得的耐火骨料组成稳定，性能可靠。
本发明耐火骨料的样品1和样品2经山东省建筑卫生陶瓷及非金属矿产品质量监督检验站检测，其检验结果见表1，其X-射线衍射检测图谱见图1和图2，图谱分析表明，该耐火骨料中的主晶相为莫来石，其它较少。
表1：检验结果
质量指标名称 计量单位     检验结果
    单值 平均值
    样品一     烧失量     ％     0.32
    SiO2     ％     47.31
    Fe2O3     ％     1.38
    Al2O3     ％     48.71
    TiO2     ％     0.68
    CaO     ％     0.25
    MgO     ％     0.15
    K2O     ％     0.19
    Na2O     ％     0.33
    显气孔率     ％     1.7,1.8     1.8
    体积密度     g/cm3     2.57,2.57     2.57
    真密度     g/cm3     2.76,2.76,2.72     2.74
    样品二     显气孔率     ％     0.6,0.7,0.7     0.7
    体积密度     g/cm3     2.63,2.63,2.63     2.63
    阵密度     b/cm3     2.86,2.88,2.88     2.87
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
以下实施例中，原料过200目或400目筛，原料粉碎用湿法球磨方法，球磨料经脱水、真空练泥后，制成泥块，然后干燥、煅烧。未加说明的其它工艺参数参照通常的耐火骨料的制备。
表2：各实施例情况一览表
生焦宝石(％wt) 矾    土(％wt) 骨  科 中Al2O3的含量(％wt) 原料过筛(目) 煅烧制度  莫来石含    量(％wt) 方石英含    量(％wt) 体积密度(g/cm3) 气孔率(％)
实施例1     100     0     45     400 1550℃×2h     62.7     微量     2.65     0.7
实施例2     96     4     47     400 1550℃×2h     65.5     微量     2.63     0.9
实施例3     65     35     60     400 1650℃×3h     83.6     微量     2.65     0.8
实施例4     100     0     45     400 1500℃×2h     60     微量     2.61     0.8
实施例5     100     0     45     400 1450℃×2h     57     少量     2.59     0.9
实施例6     100     0     45     200 1450℃× 2h     59     微量     2.65     0.7
实施例7     100     0     45     400 1400℃× 3h     56     少量     2.57     0.8
实施例8     100     0     45     200 1500℃×2h     60     微量     2.62     0.6
实施例9     100     0     45     200 1600℃× 2h     57     少量     2.63     0.8
实施例1所示的骨料外观颜色为土黄色，断口为灰色，结构致密，其体积密度为2.65g/cm3，气孔率为0.6％，25-1300℃的热膨胀系数为4.2×10-6K-1。
表3：实施例所用原料的化学组成
化学组成(％wt) SiO2 Al2O3 MgO  CaO  KNaO TiO2 Fe2O3
生焦宝石 14.16  44.19  39.07  0.13  0.21  0.29  0.58  1.19
矾    土 14.30   4.99  74.95  0.16  0.13  0.03  1.67  1.06
用本发明的耐火骨料制作的耐火砖，热振稳定性(1100℃水冷)达到10次，剥落率为零，而用通常的耐火骨料制作的耐火砖，其热振稳定性仅为4次，剥落率高达47％。

Claims (6)

1、一种合成致密硅酸铝骨料，含有SiO2、Al2O3，Al2O3的含量为40～60％wt，其特征在于其矿物组成为莫来石相为55～85％wt，余量为高硅氧玻璃相。
2、根据权利要求1所述的骨料，其特征在于其指标为体积密度≥2.63g/cm3，气孔率≤2％。
3、一种权利要求1所述骨料的制备方法，包括原料选料、粉碎和煅烧，其特征在于原料粉碎至过200目筛，原料采用焦宝石单一原料，原料的煅烧温度为1400～1650℃。
4、根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于原料粉碎过400目筛。
5、根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于原料粉碎用湿法球磨方法。
6、根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于球磨料经脱水、真空练泥后，制成泥块，然后干燥、煅烧。
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