CN107522477A

CN107522477A - 一种复合强化核壳结构耐火砖及其制备工艺

Info

Publication number: CN107522477A
Application number: CN201710737647.6A
Authority: CN
Inventors: 胡宏平
Original assignee: Zhejiang Keyi Fireproof Material Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Keyi Fireproof Material Co Ltd
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2017-12-29

Abstract

本发明涉及一种复合强化核壳结构耐火砖及其制备工艺，所述耐火砖是由以下重量百分比的原料制成：高铝矾土微粉77‑81%，结合剂10.5‑12%，添加剂8‑11%和造孔剂0.3‑0.5%。本发明产品安全无毒，对使用者不会造成不良影响；在制备过程中废物再利用，并且多种原料可重复使用，对环境友好；具有良好的热稳定性、抗热震性和耐腐蚀性；具有较高的常温力学性能和高温力学性能；核壳结构的耐火砖通过致密隔热层与火焰接触，充分利用其致密耐火的特点形成隔热层；利用球形空隙内叠套的酥松的耐火固态颗粒，有效减少热射线的传输平均自由程，使大部分热量能够保留在核壳结构中，降低导热率，起到保温效果。

Description

一种复合强化核壳结构耐火砖及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种耐火材料，尤其涉及一种高质量的清洁环保复合强化核壳结构耐火砖及其制备工艺。

背景技术

在现在的社会中，耐火砖，作为耐火材料已成为不可或缺的一种材料，尤其在冶金、化工、石油等化工领域，耐火砖的品质要求、质量要求一直是非常高的，需要耐火砖在具有良好的耐火性能的同时具备更加优秀的物理性能和无污染特性，以此能够适应更多条件下的使用。

此外，目前社会上聚苯乙烯的污染问题也日渐严重。由于聚苯乙烯发泡餐具廉价、便捷，符合商家营利要求及快节奏的生活潮流，而且能杜绝因消毒不严而引起交叉感染的事故，长期以来一直是快餐优选的包装容器。但是这种餐具在用后不易在自然环境中自行降解，加上环境部门管理不善和人们环保意识淡薄，其废弃物被随意丢弃的现象相当普遍，从而给市容景观、生态环境造成了严重的负面影响，被形象的比喻为“白色污染”，由此引发了新的环境问题。

中国专利局于2016年1月20日公布了一种耐火砖及其制备方法的发明专利，专利公开号CN105254314A，该技术方案提供了以铬渣、煤矸石、粉煤灰、废石膏、石英尾砂、钒铁废渣、硼泥、黄金尾矿、高磷尾矿、膨胀珍珠岩、蛇纹石、糊精、淀粉、亚硫酸盐纸浆废液等工业废料为原料制备耐火砖的方法，但部分所用废料原料须在二次加工研磨的情况下才能使用，并且无造孔剂情况下所制得耐火砖显气孔率偏高，抗热震性和耐腐蚀性必将受其影响有所下降，并且以铬渣作为原料必将在生产过程中对环境也将造成影响。

发明内容

本发明的目的在于解决聚苯乙烯塑料污染问题的同时以其搭配其余组分原料复合强化耐火砖的各项性能，提供了一种以纯铝酸钙水泥和金属铝粉搭配再生聚苯乙烯空心微球通过成分和结构多方面复合强化、改善耐火材料耐火性能、物理性能的耐火砖。

本发明的另一个目的是为了提供一种复合强化核壳结构耐火砖的制备工艺。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种复合强化核壳结构耐火砖，所述耐火砖是由以下重量百分比的原料制成的：高铝矾土微粉77-81%，结合剂10.5-12%，添加剂8-11%和造孔剂0.3-0.5%。高铝矾土微粉作为主要原料，提供了氧化铝、氧化硅和微量氧化镁等作为耐火材料非常典型的数种氧化物，并且微粉级的高铝矾土作为原料有着更加优秀的粉体效应。

作为优选，所述结合剂为纯铝酸钙水泥。选择纯铝酸钙水泥作为结合剂，首先可以起到粘结作用，其次在所选原料体系中，纯铝酸钙水泥可以与高铝矾土中的氧化铝在高温煅烧过程中原位生成一铝酸钙、二铝酸钙和六铝酸钙，在煅烧末期基本完全转化为六铝酸钙，对耐火砖的高温强度、热膨胀率、抗剥落性等性能均有较大提升。

作为优选，所述添加剂为金属铝粉。金属铝粉在所选原料体系中，在氮气保温阶段生成氮化铝增强相，并且在随后的煅烧过程中金属铝粉与高铝矾土中的氧化铝固溶生成阿隆增强相，增加致密性，添加金属铝粉后耐火砖的显气孔率降低，体积密度提高，具有更加优秀的物理性能。

作为优选，所述造孔剂为再生聚苯乙烯空心微球，制备的原料包括以下重量份数物质：8-10份脱水山梨糖醇脂肪酸酯，12-15份废弃聚苯乙烯泡沫板，78-82份二氯甲烷和103-105份十二烷基苯磺酸钠。再生聚苯乙烯空心微球的加入使得所制备的耐火砖具备核壳结构，核壳结构的耐火砖通过致密隔热层与火焰接触，充分利用其致密耐火的特点形成隔热层；利用球形空隙内叠套的酥松的耐火固态颗粒，有效减少热射线的传输平均自由程，使大部分热量能够保留在核壳结构中，降低导热率，起到保温效果，并且再生聚苯乙烯空心微球是由废弃聚苯乙烯泡沫板制备的，是一种废物再利用，更加环保清洁。

作为优选，所述再生聚苯乙烯空心微球的制备步骤如下：

a）将全部十二烷基苯磺酸钠按1：102-104分离，取较少部分的十二烷基苯磺酸钠与蒸馏水按1：5-5.5混合，作为W1相待用；

b）将废弃聚苯乙烯泡沫板置于脱水山梨糖醇脂肪酸酯中超声搅拌15-20min，作为W0相待用；

c）将除步骤a）剩余的十二烷基苯磺酸钠与二氯甲烷混合，混合液与蒸馏水以1：2-2.5比例混合搅拌，形成W2相待用；

d）将步骤a）所得的W1相与步骤b）所得的W0相按1：10-12比例混合，置于高剪切分散乳化机中乳化3-5min，形成W1/WO乳液；

e）将步骤d）所得的W1/W0乳液与W2相按1：8-10比例混合，25-30℃条件下搅拌15-20min，形成多重乳液；

f）将步骤e）所得的多重乳液在43-45℃条件下搅拌2-2.5h，升温至70-75℃保温3-5h固化得到粗制再生聚苯乙烯空心微球，再将其置于蒸馏水中抽滤3-5次，用无水乙醇冲洗后在70-75℃条件下烘干23-24h，得到再生聚苯乙烯空心微球。

一种复合强化核壳结构耐火砖的制备工艺，所述制备工艺包括以下制备步骤：

1）再生聚苯乙烯空心微球的制备：a）将全部十二烷基苯磺酸钠按1：102-104分离，取较少部分的十二烷基苯磺酸钠与蒸馏水按1：5-5.5混合，作为W1相待用；

c）将除步骤a）所使用的十二烷基苯磺酸钠以外余下的所有十二烷基苯磺酸钠与二氯甲烷混合，混合液与蒸馏水以1：2-2.5比例混合搅拌，形成W2相待用；

f）将步骤e）所得的多重乳液在43-45℃条件下搅拌2-2.5h，升温至70-75℃保温3-5h固化得到粗制再生聚苯乙烯空心微球，再将其置于蒸馏水中抽滤3-5次，用无水乙醇冲洗后在70-75℃条件下烘干23-24h，得到再生聚苯乙烯空心微球；

2）将高铝矾土微粉、纯铝酸钙水泥和金属铝粉混合制成浆料，充分搅拌后困料11-13h得到匀浆；

3）向2）得到的匀浆中加入1）所制得的再生聚苯乙烯空心微球并不断搅拌，直至浆料均匀包裹在再生聚苯乙烯空心微球表面，得到混合浆；

4）将3）得到的混合浆倒入模具中进行振动成型，成型结束后对其进行温度18-22℃、湿度大于95%的室温养护10-12h，养护结束后在100-120℃条件下烘干45-50h，得到粗坯；

5）将4）得到的粗坯置于气氛炉中通以流动氮气，550-600℃温度条件下保温170-190min，保温结束后在1650-1750℃温度条件下煅烧230-250min，得到复合强化核壳结构耐火砖。

作为优选，步骤1）中所用的十二烷基苯磺酸钠、脱水山梨醇单油酸酯和二氯甲烷均可通过分馏法回收再利用。回收再利用可降低成本，更重要的是节约资源、减少排放，对环境更加友好。

作为优选，步骤2）中所述高铝矾土微粉中氧化铝含量大于80%，氧化铁含量低于1.5%，所述高铝矾土微粉粒径为850-1000目。

作为优选，再生聚苯乙烯空心微球粒径为3.5-300目。

作为优选，步骤5）中所述流动氮气纯度大于99%，通氮气压为1.5-2MPa，氮气流速为5-10m/s。氮气纯度、气压和流速影响了金属铝粉向氮化铝转变的过程，较高的纯度，合适的气压和流速可以保障金属铝粉拥有较高的转化率和转化效率，提高品质的同时节约了能源的损耗。

本发明的有益效果是：

1）本发明产品安全无毒，对使用者不会造成不良影响。

2）本发明产品在制备过程中废物再利用，并且多种原料可重复使用，对环境友好。

3）本发明产品具有良好的热稳定性、抗热震性和耐腐蚀性。

4）本发明产品具有较高的常温力学性能和高温力学性能。

5）本发明产品在所选原料体系中，纯铝酸钙水泥可以与高铝矾土中的氧化铝在高温煅烧过程中原位生成一铝酸钙、二铝酸钙和六铝酸钙，在煅烧末期基本完全转化为六铝酸钙，对耐火砖的高温强度、热膨胀率、抗剥落性等性能均有较大提升；金属铝粉在所选原料体系中，在氮气保温阶段生成氮化铝增强相，并且在随后的煅烧过程中金属铝粉与高铝矾土中的氧化铝固溶生成阿隆增强相，增加致密性，添加金属铝粉后耐火砖的显气孔率降低，体积密度提高，具有更加优秀的物理性能；再生聚苯乙烯空心微球的加入使得所制备的耐火砖具备核壳结构，核壳结构的耐火砖通过致密隔热层与火焰接触，充分利用其致密耐火的特点形成隔热层；利用球形空隙内叠套的酥松的耐火固态颗粒，有效减少热射线的传输平均自由程，使大部分热量能够保留在核壳结构中，降低导热率，起到保温效果。

具体实施方式：

以下通过具体实施例，对本发明作进一步的解释;

本发明所用原料均可从市场购得。

实施例1

1）再生聚苯乙烯空心微球的制备：a）将全部十二烷基苯磺酸钠按1：102（W/W）分离，取较少部分的十二烷基苯磺酸钠与蒸馏水按1：5（V/V）混合，作为W1相待用；

b）将废弃聚苯乙烯泡沫板置于脱水山梨糖醇脂肪酸酯中超声搅拌15min，作为W0相待用；

c）将除步骤a）剩余的十二烷基苯磺酸钠与78份二氯甲烷混合，混合液与蒸馏水以1：2（V/V）比例混合搅拌，形成W2相待用；

d）将步骤a）所得的W1相与步骤b）所得的W0相按1：10（V/V）比例混合，置于高剪切分散乳化机中乳化3min，形成W1/WO乳液；

e）将步骤d）所得的W1/W0乳液与W2相按1：8（V/V）比例混合，25℃条件下搅拌15min，形成多重乳液；

f）将步骤e）所得的多重乳液在43℃条件下搅拌2h，升温至70℃保温3h固化得到粗制再生聚苯乙烯空心微球，再将其置于蒸馏水中抽滤3次，用无水乙醇冲洗后在70℃条件下烘干23h，得到再生聚苯乙烯空心微球；

2）将高铝矾土微粉、纯铝酸钙水泥和金属铝粉混合制成浆料，充分搅拌后困料11h得到匀浆；

4）将3）得到的混合浆倒入模具中进行振动成型，成型结束后对其进行温度18℃、湿度95%的室温养护10h，养护结束后在100℃条件下烘干45h，得到粗坯；

5）将4）得到的粗坯置于气氛炉中通以流动氮气，通氮气压为1.5MPa，氮气流速为5m/s，550℃温度条件下保温170min，保温结束后在1650℃温度条件下煅烧230min，得到复合强化核壳结构耐火砖。

原料配比：再生聚苯乙烯空心微球制备过程中脱水山梨糖醇脂肪酸酯8份，废弃聚苯乙烯泡沫板12份，二氯甲烷78份，十二烷基苯磺酸钠103份；复合强化核壳结构耐火砖制备过程中高铝矾土77%，纯铝酸钙水泥12%，金属铝粉10.5%，再生聚苯乙烯空心微球0.5%。

实施例2

1）再生聚苯乙烯空心微球的制备：a）将全部十二烷基苯磺酸钠按1： 104（W/W）分离，取较少部分的十二烷基苯磺酸钠与蒸馏水按1： 5.5（V/V）混合，作为W1相待用；

b）将废弃聚苯乙烯泡沫板置于脱水山梨糖醇脂肪酸酯中超声搅拌20min，作为W0相待用；

c）将除步骤a）剩余的十二烷基苯磺酸钠与82份二氯甲烷混合，混合液与蒸馏水以1：2.5（V/V）比例混合搅拌，形成W2相待用；

d）将步骤a）所得的W1相与步骤b）所得的W0相按1： 12（V/V）比例混合，置于高剪切分散乳化机中乳化5min，形成W1/WO乳液；

e）将步骤d）所得的W1/W0乳液与W2相按1： 10（V/V）比例混合， 30℃条件下搅拌20min，形成多重乳液；

f）将步骤e）所得的多重乳液在45℃条件下搅拌2.5h，升温至75℃保温5h固化得到粗制再生聚苯乙烯空心微球，再将其置于蒸馏水中抽滤5次，用无水乙醇冲洗后在75℃条件下烘干24h，得到再生聚苯乙烯空心微球；

2）将高铝矾土微粉、纯铝酸钙水泥和金属铝粉混合制成浆料，充分搅拌后困料13h得到匀浆；

4）将3）得到的混合浆倒入模具中进行振动成型，成型结束后对其进行温度22℃、湿度95%的室温养护12h，养护结束后在120℃条件下烘干50h，得到粗坯；

5）将4）得到的粗坯置于气氛炉中通以流动氮气，通氮气压为2MPa，氮气流速为10m/s，600℃温度条件下保温190min，保温结束后在1750℃温度条件下煅烧250min，得到复合强化核壳结构耐火砖。

原料配比：再生聚苯乙烯空心微球制备过程中脱水山梨糖醇脂肪酸酯10份，废弃聚苯乙烯泡沫板15份，二氯甲烷82份，十二烷基苯磺酸钠105份；复合强化核壳结构耐火砖制备过程中高铝矾土81%，纯铝酸钙水泥10.5%，金属铝粉8%，再生聚苯乙烯空心微球0.5%。

实施例3

1）再生聚苯乙烯空心微球的制备：a）将全部十二烷基苯磺酸钠按1： 103（W/W）分离，取较少部分的十二烷基苯磺酸钠与蒸馏水按1： 5（V/V）混合，作为W1相待用；

b）将废弃聚苯乙烯泡沫板置于脱水山梨糖醇脂肪酸酯中超声搅拌18min，作为W0相待用；

c）将除步骤a）剩余的十二烷基苯磺酸钠与80份二氯甲烷混合，混合液与蒸馏水以1：2.2（V/V）比例混合搅拌，形成W2相待用；

d）将步骤a）所得的W1相与步骤b）所得的W0相按1： 11（V/V）比例混合，置于高剪切分散乳化机中乳化4min，形成W1/WO乳液；

e）将步骤d）所得的W1/W0乳液与W2相按1： 10（V/V）比例混合， 27℃条件下搅拌20min，形成多重乳液；

f）将步骤e）所得的多重乳液在45℃条件下搅拌2.25h，升温至70℃保温4h固化得到粗制再生聚苯乙烯空心微球，再将其置于蒸馏水中抽滤5次，用无水乙醇冲洗后在75℃条件下烘干24h，得到再生聚苯乙烯空心微球；

2）将高铝矾土微粉、纯铝酸钙水泥和金属铝粉混合制成浆料，充分搅拌后困料12h得到匀浆；

4）将3）得到的混合浆倒入模具中进行振动成型，成型结束后对其进行温度20℃、湿度95%的室温养护12h，养护结束后在110℃条件下烘干48h，得到粗坯；

5）将4）得到的粗坯置于气氛炉中通以流动氮气，通氮气压为2MPa，氮气流速为8m/s，550℃温度条件下保温180min，保温结束后在1700℃温度条件下煅烧240min，得到复合强化核壳结构耐火砖。

原料配比：再生聚苯乙烯空心微球制备过程中脱水山梨糖醇脂肪酸酯9份，废弃聚苯乙烯泡沫板13份，二氯甲烷80份，十二烷基苯磺酸钠105份；复合强化核壳结构耐火砖制备过程中高铝矾土78.2%，纯铝酸钙水泥10.5%，金属铝粉11%，再生聚苯乙烯空心微球0.3%。

对实施例1-3得到的复合强化核壳结构耐火砖进行检测，表1为实施例制备的复合强化核壳结构耐火砖理化指标的测试值。

表1

热震抗折强度保持率测试条件为1000℃，空气冷却10次。

常温测试温度为20℃，高温测试温度为1000℃。

热震前后重量损失比测试条件为1000℃，空气冷却25次。

本发明产品安全无毒，对使用者不会造成不良影响；在制备过程中废物再利用，并且多种原料可重复使用，对环境友好；具有良好的热稳定性、抗热震性和耐腐蚀性；具有较高的常温力学性能和高温力学性能；在所选原料体系中，纯铝酸钙水泥可以与高铝矾土中的氧化铝在高温煅烧过程中原位生成一铝酸钙、二铝酸钙和六铝酸钙，在煅烧末期基本完全转化为六铝酸钙，对耐火砖的高温强度、热膨胀率、抗剥落性等性能均有较大提升；金属铝粉在所选原料体系中，在氮气保温阶段生成氮化铝增强相，并且在随后的煅烧过程中金属铝粉与高铝矾土中的氧化铝固溶生成阿隆增强相，增加致密性，添加金属铝粉后耐火砖的显气孔率降低，体积密度提高，具有更加优秀的物理性能；再生聚苯乙烯空心微球的加入使得所制备的耐火砖具备核壳结构，核壳结构的耐火砖通过致密隔热层与火焰接触，充分利用其致密耐火的特点形成隔热层；利用球形空隙内叠套的酥松的耐火固态颗粒，有效减少热射线的传输平均自由程，使大部分热量能够保留在核壳结构中，降低导热率，起到保温效果。

Claims

1.一种复合强化核壳结构耐火砖，其特征在于，所述耐火砖是由以下重量百分比的原料制成的：高铝矾土微粉77-81%，结合剂10.5-12%，添加剂8-11%和造孔剂0.3-0.5%。

2.根据权利要求1所述的一种复合强化核壳结构耐火砖，其特征在于，所述结合剂为纯铝酸钙水泥。

3.根据权利要求1所述的一种复合强化核壳结构耐火砖，其特征在于，所述添加剂为金属铝粉。

4.根据权利要求1所述的一种复合强化核壳结构耐火砖，其特征在于，所述造孔剂为再生聚苯乙烯空心微球，制备的原料包括以下重量份数物质：8-10份脱水山梨糖醇脂肪酸酯，12-15份废弃聚苯乙烯泡沫板，78-82份二氯甲烷和103-105份十二烷基苯磺酸钠。

5.根据权利要求4所述的一种复合强化核壳结构耐火砖，其特征在于，所述再生聚苯乙烯空心微球的制备步骤如下：

6.一种如权利要求1到4所述的复合强化核壳结构耐火砖的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括以下制备步骤：

7.根据权利要求6所述的一种复合强化核壳结构耐火砖的制备工艺，其特征在于，步骤1）中所用的十二烷基苯磺酸钠、脱水山梨醇单油酸酯和二氯甲烷均可通过分馏法回收再利用。

8.根据权利要求6所述的一种复合强化核壳结构耐火砖的制备工艺，其特征在于，步骤2）中所述高铝矾土微粉中氧化铝含量大于80%，氧化铁含量低于1.5%，所述高铝矾土微粉粒径为850-1000目。

9.根据权利要求6所述的一种复合强化核壳结构耐火砖的制备工艺，其特征在于，再生聚苯乙烯空心微球粒径为3.5-300目。

10.根据权利要求6所述的一种复合强化核壳结构耐火砖的制备工艺，其特征在于，步骤5）中所述流动氮气纯度大于99%，通氮气压为1.5-2MPa，氮气流速为5-10m/s。