CN106927700B - 一种含钡长石硅酸钡水泥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种含钡长石的硅酸钡水泥及其制备方法，硅酸钡水泥的原料由硫酸铝和水泥熟料组成，各原料的重量百分比是：硫酸铝5~10%、水泥熟料90~95%，其中，水泥熟料由生料和水经混合并成型后，再经煅烧而成；所述的生料由碳酸钡、高岭土和硅石组成，生料中各物料的重量占生料总重量的百分比是：碳酸钡65~75%、高岭土18~30%、硅石3~8%。硅酸钡水泥熟料中含50~70%硅酸二钡、30~50%钡长石。本发明制备的硅酸钡水泥不仅可以取代铝酸钙水泥作为硅酸铝质浇注料的结合剂，而且可以形成含钡化合物，提高浇注料对铝液的抗侵蚀性能和抗渗透性能。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，具体涉及一种含钡长石的硅酸钡水泥及其制备方法。
背景技术
熔铝炉是铝加工熔铸行业关键设备之一，其消耗的耐火材料是铝工业中最多的。铝液在熔炼过程中容易产生夹杂物，因而作为熔铝炉内衬的耐火材料，既要考虑其使用寿命，还需考虑其对铝液的污染。熔铝炉内铝液的温度一般在700~900℃；炉膛内的工作温度一般在950~1200℃。在此温度下，由于便捷性及成本优势，大多数熔铝炉内衬采用硅酸铝质低水泥浇注料。
铝合金的品质与熔铝炉内衬所采用的耐火材料息息相关。虽然铝液温度并不高，但其中所含Al、Mg和Zn等金属的还原性很强，在铝液的熔炼过程中，上述金属就会与硅酸铝质浇注料中的游离SiO2和莫来石发生还原反应，从而导致耐火材料的性能下降；此外，铝液黏度较低，很容易渗入耐火材料内部，造成其性能的进一步劣化。随着铝合金冶炼工艺的强化以及越来越多地使用再生铝，熔铝炉中耐火材料的使用条件将会更加苛刻。
硅酸铝质浇筑料普遍采用铝酸钙水泥作为结合剂，同时加入硅微粉和氧化铝微粉。为了提高硅酸铝质浇注料对铝液的抗侵蚀性能和抗渗透性能，并进而延长其使用寿命，一般是在浇注料中加入硫酸钡。这是因为在使用温度下，所添加的硫酸钡会与浇筑料中的铝硅组分反应，生成不易被铝液润湿的钡长石（BaO·A12O3·2SiO2）和硅酸钡，而且可以减少易遭受铝液侵蚀的游离SiO2的含量。
然而，直接在硅酸铝质浇筑料中添加硫酸钡时，由于熔铝炉工作温度一般低于1200℃，这使得硫酸钡较难分解，而且其分解后会因释放SO2而使材料孔隙率增加。上述作用既不利于钡长石和硅酸钡的大量生成，也不利于材料的致密化。
发明内容
本发明的目的是提供一种含钡长石的硅酸钡水泥及其制备方法，该水泥不仅可作为熔铝炉内衬用浇注料的结合剂，而且可提高内衬对铝液的抗侵蚀性能和抗渗透性能。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种含钡长石的硅酸钡水泥，硅酸钡水泥的原料由硫酸铝和水泥熟料组成，各原料的重量百分比是：硫酸铝5~10%、水泥熟料90~95%，其中，水泥熟料由生料和水经混合并成型后，再经煅烧而成；所述的生料由碳酸钡、硅石和高岭土组成，生料中各物料的重量占生料总重量的百分比是：碳酸钡65~75%、高岭土18~30%、硅石3~8%。
其中，制备的硅酸钡水泥熟料中含硅酸二钡50~70%，钡长石30~50%，其它组分＜5%。
其中，对所用原料的化学成分要求分别为：碳酸钡中的BaO≥75%；高岭土中的Al2O3+SiO2+H2O≥95%；硅石中的SiO2≥95%；硫酸铝，符合HG/T2225-2010《工业硫酸铝》对Ⅱ类合格品所提出的技术要求。
制备如上所述的一种含钡长石的硅酸钡水泥的方法，包括以下步骤：
步骤一、取碳酸钡、高岭土和硅石并分别烘干后，按照上述的重量百分比称取并混合后，粉磨至80μm方孔筛筛余小于10.0%，即制备成生料，备用；
步骤二、在步骤一制备的生料中加入适量水，加入量以可以压制成型为准，搅拌均匀，然后将其压制成坯料，烘干备用；
步骤三、将步骤二烘干后的坯料放入高温炉，于1300±50℃保温30~60 min，烧制成水泥熟料；保温结束后，取出熟料并将其冷却至室温；
步骤四、将硫酸铝和步骤三制备的水泥熟料按照满足如上所述的重量百分比进行配料，并将配料后的混合物粉磨至比表面积不低于300m2/kg，即制备成硅酸钡水泥。
本发明制备的含钡长石硅酸钡水泥与少量水混合24h后，就能获得较高的机械强度，而且硬化后具有较低的气孔率，烧成后收缩率低。更重要的是，在BaO-A12O3-SiO2系统中，唯一稳定的三元化合物钡长石的熔点高达1760℃，耐火性好。本发明水泥自身含有不易被铝液润湿的钡长石和硅酸钡，因而当其作为硅酸铝质浇注料的结合剂时，可提高材料对铝液的抗侵蚀性能和抗渗透性能。与使用传统铝酸钙水泥相比，本发明水泥结合的浇注料中不用再添加难以分解的硫酸钡，而且所形成的含钡化合物比含钙化合物具有更高的热力学稳定性，不易污染铝液。本发明水泥中含一定量的自生钡长石，这既可以提高浇注料中钡长石的含量，也有利于水泥熟料的烧成。
本发明所述的比例，如果没有特殊说明，均为重量百分比。
本发明所述含钡长石的硅酸钡水泥，其强度主要来自于硅酸二钡的水化，所形成的产物为水化硅酸钡和氢氧化钡，反应式如下：
2BaO·SiO2 + H2O → BaO·SiO2·nH2O + Ba(OH)2
本发明所述含钡长石硅酸钡水泥，硫酸铝一方面用以调节水泥的凝结时间；一方面可与上述氢氧化钡反应形成硫酸钡和氢氧化铝胶体，从而使得水泥浆体更加密实，强度也进一步提高，反应式如下：
Ba(OH)2 + Al2(SO4)3 → BaSO4 + Al(OH)3
通过上述作用，本发明所述含钡长石硅酸钡水泥与传统硅酸钡水泥相比，其熟料易于烧成，水泥的凝结时间可根据需要进行调节，强度提高，抗铝液侵蚀能力及渗透能力提高，适合作为熔铝炉用硅酸铝质浇注料的结合剂。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
含钡长石硅酸钡水泥的原料由硫酸铝和水泥熟料组成，各原料的重量百分比是：硫酸铝5~10%、水泥熟料90~95%，其中，水泥熟料由生料和适量水经混合并成型后，再经煅烧而成；所述的生料由碳酸钡、硅石和高岭土组成；生料中各物料的重量占生料总重量的百分比是：碳酸钡65~75%、高岭土18~30%、硅石3~8%。
本发明中，所制备硅酸钡水泥熟料中含硅酸二钡50~70%，钡长石30~50%，其它组分＜5%。
本发明中，对所用原料的化学成分要求分别为：碳酸钡中的BaO≥75%；高岭土中的Al2O3+SiO2+H2O≥95%；硅石中的SiO2≥95%；硫酸铝，符合HG/T2225-2010《工业硫酸铝》对Ⅱ类合格品所提出的技术要求。
本发明实施例所用碳酸钡、高岭土和硅石的化学成分见表1所示；硫酸铝符合HG/T2225-2010《工业硫酸铝》对Ⅱ类合格品所提出的技术要求。
表1 原料化学成分（%）
实施例1
一种含钡长石的硅酸钡水泥的制备方法，包括以下步骤是：
步骤一、取碳酸钡、高岭土和硅石，并分别于110±5℃烘干后，按照碳酸钡：高岭土：硅石＝66.73：29.72：3.55的重量比配料，然后粉磨至80μm方孔筛筛余为4.6%，制备成生料，备用；
步骤二、在步骤一制备的生料中加入其质量6%的水，搅拌均匀；将混合好的生料于35 MPa的压力下制成φ25×10 mm的坯料，然后将坯料于110±5℃烘干，备用；
步骤三、将步骤二烘干后的坯料放入高温炉，于1250℃保温60min，烧制成熟料A；保温结束后，取出熟料A并将其冷却至室温；
步骤四、将硫酸铝和步骤三制备的熟料A按照7：93的重量比进行配料，并将配料后的混合物粉磨至比表面积为326m2/kg，即制备成含钡长石的硅酸钡水泥。
所制备含钡长石硅酸钡水泥的熟料A的矿物组成见表2所示。
实施例2
一种含钡长石的硅酸钡水泥的制备方法，包括以下步骤是：
步骤一、取碳酸钡、高岭土和硅石并分别于110±5℃烘干后，按照碳酸钡：高岭土：硅石＝71.09：23.52：5.39的重量比配料，然后粉磨至80μm方孔筛筛余为4.2%，制备成生料，备用；
步骤二、在步骤一制备的生料中加入其质量6%的水，搅拌均匀；将混合好的生料于35 MPa的压力下制成φ25×10 mm的坯料，然后将坯料于110±5℃烘干，备用；
步骤三、将步骤二烘干后的坯料放入高温炉，于1300℃保温45min，烧制成熟料B；保温结束后，取出熟料B并将其冷却至室温；
步骤四、将硫酸铝和步骤三制备的熟料B按照10：90的重量比进行配料，并将配料后的混合物粉磨至比表面积为337m2/kg，即制备成含钡长石的硅酸钡水泥。
所制备含钡长石硅酸钡水泥的熟料B的矿物组成见表2所示。
实施例3
一种含钡长石的硅酸钡水泥的制备方法，包括以下步骤是：
步骤一、取碳酸钡、高岭土和硅石并分别于110±5℃烘干后，按照碳酸钡：高岭土：硅石＝74.94：18.05：7.01的重量比配料，然后粉磨至80μm方孔筛筛余为5.3%，制备成生料，备用；
步骤二、在步骤一制备的生料中加入其质量6%的水，搅拌均匀；将混合好的生料于35 MPa的压力下制成φ25×10 mm的坯料，然后将坯料于110±5℃烘干，备用；
步骤三、将步骤二烘干后的坯料放入高温炉，于1350℃保温30min，烧制成熟料C；保温结束后，取出熟料C并将其冷却至室温；
步骤四、将硫酸铝和步骤三制备的熟料C按照5：95的重量比进行配料，并将配料后的混合物粉磨至比表面积为318m2/kg，即制备成含钡长石的硅酸钡水泥。
所制备含钡长石硅酸钡水泥的熟料C的矿物组成见表2所示。
表2 含钡长石硅酸钡水泥的矿物组成（%）
Claims (3)
1.一种含钡长石的硅酸钡水泥，其特征在于：硅酸钡水泥的原料由硫酸铝和水泥熟料组成，各原料的重量百分比是：硫酸铝5~10%、水泥熟料90~95%，其中，水泥熟料由生料和水经混合并成型后，再经煅烧而成；所述的生料由碳酸钡、硅石和高岭土组成，生料中各物料的重量占生料总重量的百分比是：碳酸钡65~75%、高岭土18~30%、硅石3~8%，硅酸钡水泥熟料中含硅酸二钡50~70%，钡长石30~50%，其它组分＜5%。
2.根据权利要求1所述的一种含钡长石的硅酸钡水泥，其特征在于：对所用原料的化学成分要求分别为：碳酸钡中的BaO≥75%；高岭土中的Al2O3+SiO2+H2O≥95%；硅石中的SiO2≥95%；硫酸铝，符合HG/T2225-2010《工业硫酸铝》对Ⅱ类合格品所提出的技术要求。
3.制备如权利要求1所述的一种含钡长石的硅酸钡水泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、取碳酸钡、高岭土和硅石，并分别烘干后，按照权利要求1所述的重量百分比称取并混合后，粉磨至80μm方孔筛筛余小于10.0%，即制备成生料，备用；
步骤二、在步骤一制备的生料中加入适量水，加入量以可以压制成型为准，搅拌均匀，然后将其压制成坯料，烘干备用；
步骤三、将步骤二烘干后的坯料放入高温炉，于1300±50℃保温30~60min，烧制成水泥熟料；保温结束后，取出熟料并将其冷却至室温；
步骤四、将硫酸铝和步骤三制备的水泥熟料按照满足权利要求1的重量百分比进行配料，并将配料后的混合物粉磨至比表面积不低于300m2/kg，即制备成硅酸钡水泥。
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