CN110734293A - 耐火材料组合物、耐火材料及其制备方法 - Google Patents

耐火材料组合物、耐火材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及耐火材料领域，公开了一种新的耐火材料组合物，由该耐火材料组合物制备得到的耐火材料，该耐火材料组合物含有FCC废催化剂、粘土、羧烷基纤维素、硅酸盐和硅溶胶，其中，相对于100重量份的所述FCC废催化剂，所述粘土的含量为3‑20重量份，所述羧烷基纤维素的含量为5‑20重量份，所述硅酸盐的含量为2‑10重量份，所述硅溶胶的含量为2‑15重量份。该耐火材料组合物通过FCC废催化剂代替粘土作为原料制备耐火材料，既解决了FCC废催化剂的环保处理问题，又可以得到性能较好的耐火材料，变废为宝，具有较好的经济效益和社会效益。

Description

耐火材料组合物、耐火材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料领域，具体涉及一种耐火材料组合物，由该耐火材料组合物制备得到的耐火材料。
背景技术
耐火砖是用耐火黏土或其他耐火原料烧制成的耐火材料，主要用于砌冶炼炉。由耐火砖制成的冶炼炉不但要承受高温作用，同时还要承担调整砖的外形尺寸公差，平衡砖之间的膨胀应力。因此，只有使用耐压强度高的耐火砖，才能得到高效长寿的冶炼炉。
现有的耐火砖绝大数采用传统的粘土实心砖的生产工艺生产耐火砖，因其制作过程中，需要大量采土，从而破坏了生态环境；且现有的耐火砖强度较低、脆性大，而且耐火性和隔热性能较差，不能满足特殊建筑对高性能耐火砖的要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的耐火砖制备工艺破坏生态环境、且得到的耐火砖的耐火性和隔热性能较差的问题，提供一种新的耐火材料组合物、耐火材料及其制备方法，该耐火材料组合物通过FCC废催化剂代替粘土作为原料制备耐火材料，既解决了FCC废催化剂的环保处理问题，又可以得到性能较好的耐火材料，变废为宝，具有较好的经济效益和社会效益。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种耐火材料组合物，其中，该耐火材料组合物含有FCC废催化剂、粘土、羧烷基纤维素、硅酸盐和硅溶胶，其中，相对于100重量份的所述FCC废催化剂，所述粘土的含量为3-20重量份，所述羧烷基纤维素的含量为5-20重量份，所述硅酸盐的含量为2-10重量份，所述硅溶胶的含量为2-15重量份。
优选地，相对于100重量份的所述FCC废催化剂，所述粘土的含量为5-15重量份，所述羧烷基纤维素的含量为5-10重量份，所述硅酸盐的含量为3-5重量份，所述硅溶胶的含量为3-5重量份。
优选地，所述羧烷基纤维素为羧甲基纤维素和/或羧乙基纤维素；
更优选地，所述羧烷基纤维素为羧甲基纤维素。
优选地，所述硅酸盐为硅酸钠和/或硅酸钾；
更优选地，所述硅酸盐为硅酸钠。
优选地，所述硅溶胶的二氧化硅含量为30-50重量％。
本发明还提供一种耐火材料的制备方法，其中，该方法包括以下步骤，
1)将本发明的耐火材料组合物与水进行混合的步骤；
2)将与水进行混合后的混合物进行干燥并焙烧的步骤。
优选地，该方法还包括在将与水进行混合后，将得到的混合物进行放置的步骤。
优选地，所述放置的条件包括：放置的温度为5-40℃，放置的时间为12-72小时。
优选地，步骤1)中，相对于100重量份的所述FCC废催化剂，所述水的用量为5-30重量份。
优选地，步骤2)中，所述干燥的温度为70-100℃，干燥的时间为5-20小时。
优选地，所述焙烧的条件包括：焙烧的温度为1100-1150℃，焙烧的时间为0.5-4小时。
本发明还提供上述耐火材料的制备方法制备得到的耐火材料。
通过上述技术方案，本发明提供一种新的耐火材料组合物、耐火材料及其制备方法，该耐火材料组合物通过FCC废催化剂代替粘土作为原料制备耐火材料，既解决了FCC废催化剂的环保处理问题，又可以得到性能较好的耐火材料，变废为宝，具有较好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本发明中，“FCC废催化剂”是指硫化催化裂化装置使用后的流化催化裂化废催化剂。
本发明第一方面提供一种耐火材料组合物，其中，该耐火材料组合物含有FCC废催化剂、粘土、羧烷基纤维素、硅酸盐和硅溶胶，其中，相对于100重量份的所述FCC废催化剂，所述粘土的含量为3-20重量份，所述羧烷基纤维素的含量为5-20重量份，所述硅酸盐的含量为2-10重量份，所述硅溶胶的含量为2-15重量份。
从进一步提高得到的耐火材料的耐火性和隔热性能的方面来考虑，优选地，相对于100重量份的所述FCC废催化剂，所述粘土的含量为4-20重量份，所述羧烷基纤维素的含量为4-15重量份，所述硅酸盐的含量为2-7重量份，所述硅溶胶的含量为2-10重量份；更优选地，相对于100重量份的所述FCC废催化剂，所述粘土的含量为5-15重量份，所述羧烷基纤维素的含量为5-10重量份，所述硅酸盐的含量为3-5重量份，所述硅溶胶的含量为3-5重量份。
相对于100重量份的所述FCC废催化剂，所述粘土的含量的具体例子例如可以为：3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份、20重量份以及这些点值中的任意两个点值构成的范围中的任意点值。
相对于100重量份的所述FCC废催化剂，所述羧烷基纤维素的含量的具体例子例如可以为：5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份、20重量份以及这些点值中的任意两个点值构成的范围中的任意点值。
相对于100重量份的所述FCC废催化剂，所述硅酸盐的含量的具体例子例如可以为：2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份以及这些点值中的任意两个点值构成的范围中的任意点值。
相对于100重量份的所述FCC废催化剂，所述硅溶胶的含量的具体例子例如可以为：2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份以及这些点值中的任意两个点值构成的范围中的任意点值。
根据本发明，优选地，所述羧烷基纤维素为羧甲基纤维素和/或羧乙基纤维素；更优选地，所述羧烷基纤维素为羧甲基纤维素。
根据本发明，优选地，所述硅酸盐为硅酸钠和/或硅酸钾；更优选地，所述硅酸盐为硅酸钠。
根据本发明，优选地，所述硅溶胶的二氧化硅含量为30-50重量％。
作为所述硅溶胶的二氧化硅的具体含量可以举出：30重量％、31重量％、32重量％、33重量％、34重量％、35重量％、38重量％、40重量％、41重量％、42重量％、43重量％、44重量％、45重量％、48重量％、50重量％以及这些点值中的任意两个点值构成的范围中的任意点值。
本发明还提供一种耐火材料的制备方法，其中，该方法包括以下步骤，
1)将本发明的耐火材料组合物与水进行混合的步骤；
2)将与水进行混合后的混合物进行干燥并焙烧的步骤。
根据本发明的方法，优选地，在将本发明的耐火材料组合物与水进行混合之前，先将FCC废催化剂进行焙烧并将焙烧产物进行粉碎。通过该步骤能够进一步提高得到的耐火材料的耐火性和隔热性能。
优选地，上述焙烧的条件包括：焙烧的温度为600-900℃，焙烧的时间为30-90分钟。该焙烧例如可以在微波马弗炉中进行。另外，上述粉碎例如可以在将焙烧产物冷却至室温后，用300目筛孔的研磨机进行研磨粉碎。
根据本发明的方法，优选地，在将本发明的耐火材料组合物与水进行混合之前，将粘土经300目筛网过筛。
根据本发明的方法，优选地，该方法还包括在将与水进行混合后，将得到的混合物进行放置的步骤。
上述放置的条件例如可以包括：放置的温度为5-40℃，放置的时间为12-72小时；优选地，上述放置的条件包括：放置的温度为10-30℃，放置的时间为24-48小时。
根据本发明的方法，所述水的用量可以根据所述FCC废催化剂的用量来选择，优选地，步骤1)中，相对于100重量份的所述FCC废催化剂，所述水的用量为5-30重量份；更优选地，步骤1)中，相对于100重量份的所述FCC废催化剂，所述水的用量为10-25重量份。
步骤1)中，相对于100重量份的所述FCC废催化剂，所述水的具体用量例如可以举出：5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份、20重量份、21重量份、22重量份、23重量份、24重量份、25重量份、26重量份、27重量份、28重量份、29重量份、30重量份以及这些点值中的任意两个点值构成的范围中的任意点值。
根据本发明的方法，步骤2)中，所述干燥可以采用本领域通常用于干燥的各种方法来进行，例如，步骤2)中，所述干燥的温度可以为70-100℃，干燥的时间可以为5-20小时。
优选地，步骤2)中，所述焙烧的条件包括：焙烧的温度为1100-1150℃，焙烧的时间为0.5-4小时。
本发明还提供上述耐火材料的制备方法制备得到的耐火材料。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中，FCC废催化剂来自于中国石化燕山石化公司，在使用之前，先将FCC废催化剂进行焙烧，然后将焙烧产物进行粉碎，具体为，在微波马弗炉以焙烧温度为800℃，焙烧时间为60分钟进行焙烧后，将焙烧产物冷却至室温后，用300目筛孔的工业研磨机进行研磨粉碎。
羧甲基纤维素购于潍坊得利纤维素有限公司；硅酸钠购于西安华昌水玻璃有限公司。硅溶胶购于山东百特新材料有限公司，二氧化硅含量为30重量％。另外在使用之前将粘土经300目筛网过筛。
实施例1-5和对比例1-3
以表1中的配比按照以下步骤制备耐火砖A1-A5和D1-D3。
1)将FCC废催化剂和粘土充分混合后，依次加入羧甲基纤维素(CMC)、硅酸钠、硅溶胶和水，搅拌均匀后在25℃下放置24h。
2)将放置后的混合物在温度为90℃的烘箱内干燥8小时，然后在微波马弗炉内以1130℃焙烧90min成型，得到耐火砖。
表1
FCC废催化剂 粘土 羧甲基纤维素 硅酸钠 硅溶胶 水
实施例1 100份 5份 5份 3份 3份 20份
实施例2 100份 15份 10份 5份 5份 20份
实施例3 100份 10份 7.5份 4份 4份 20份
实施例4 100份 20份 15份 7份 10份 25份
实施例5 100份 4份 4份 2份 2份 10份
对比例1 无 105份 5份 3份 3份 20份
对比例2 100份 25份 5份 3份 3份 20份
对比例3 100份 2份 5份 3份 3份 20份
注：份表示重量份。
测试例1
采用GB/T7322-2007耐火材料耐火度试验方法对耐火砖A1-A5和D1-D3的耐火度进行测试，采用GB/T5990-2006耐火材料导热系数试验方法对耐火砖A1-A5和D1-D3的导热系数进行测试，其结果如表2所示。
表2
耐火度/℃ 导热系数/W/(m·k)
A1 1380 1.34
A2 1400 1.23
A3 1350 1.32
A4 1300 1.41
A5 1280 1.39
D1 1100 1.46
D2 1150 1.43
D3 1000 1.50
通过比较上述耐火砖A1-A5和D1-D3可知，在本发明范围内的耐火砖A1-A5其耐火度高并具有较低的导热系数，相比耐火砖D1-D3具有更好的耐火性和隔热性能。
此外，通过比较耐火砖A1-A3和A4-A5可知，相对于100重量份的FCC废催化剂，粘土的含量为5-15重量份，羧烷基纤维素的含量为5-10重量份，硅酸盐的含量为3-5重量份，硅溶胶的含量为3-5重量份时，能够进一步提高得到的耐火砖的耐火性和隔热性能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种耐火材料组合物，其特征在于，该耐火材料组合物含有FCC废催化剂、粘土、羧烷基纤维素、硅酸盐和硅溶胶，其中，相对于100重量份的所述FCC废催化剂，所述粘土的含量为3-20重量份，所述羧烷基纤维素的含量为5-20重量份，所述硅酸盐的含量为2-10重量份，所述硅溶胶的含量为2-15重量份。
2.根据权利要求1所述的耐火材料组合物，其中，相对于100重量份的所述FCC废催化剂，所述粘土的含量为5-15重量份，所述羧烷基纤维素的含量为5-10重量份，所述硅酸盐的含量为3-5重量份，所述硅溶胶的含量为3-5重量份。
3.根据权利要求1所述的耐火材料组合物，其中，所述羧烷基纤维素为羧甲基纤维素和/或羧乙基纤维素，优选为羧甲基纤维素；
所述硅酸盐为硅酸钠和/或硅酸钾，优选为硅酸钠；
所述硅溶胶的二氧化硅含量为30-50重量％。
4.一种耐火材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，
1)将权利要求1-3中任意一项所述的耐火材料组合物与水进行混合的步骤；
2)将与水进行混合后的混合物进行干燥并焙烧的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，该方法还包括在将与水进行混合后，将得到的混合物进行放置的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述放置的条件包括：放置的温度为5-40℃，放置的时间为12-72小时。
7.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法，其中，步骤1)中，相对于100重量份的所述FCC废催化剂，所述水的用量为5-30重量份。
8.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法，其中，步骤2)中，所述干燥的温度为70-100℃，干燥的时间为5-20小时。
9.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法，其中，步骤2)中，所述焙烧的条件包括：焙烧的温度为1100-1150℃，焙烧的时间为0.5-4小时。
10.权利要求4-9中任意一项所述耐火材料的制备方法制备得到的耐火材料。
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