CN111099904A - 一种碱性六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碱性六铝酸钙轻质隔热材料，包括以下质量分数的组份，55~80wt%的一次煅烧后的六铝酸钙，5~10wt%的刚玉粉，5~10wt%的活性氧化铝，10~15wt%的碳酸钙，0~5wt%的结合氧化铝，0~5wt%的水泥。本发明还公开了一种碱性六铝酸钙轻质隔热材料的制备方法。本发明制备工艺简单、对环境无危害、生产成本低、生产周期短，所制备的碱性六铝酸钙轻质隔热耐火材料纯度高、导热系数低，对碱性气氛具有极好的抗性，可以广泛应用于新能源、有色冶炼等领域。
Description
技术领域
本发明涉及隔热材料领域，尤其涉及一种碱性六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法。
背景技术
工业炉窑的节能一直是冶金、机械、化工等耗能大户亟需解决的重要问题，采用体导热系数更低的轻质隔热材料作炉衬是解决该问题的有效途径之一。一次煅烧后的六铝酸钙轻质隔热材料具有低导热系数、强度高、在高温还原性气氛下化学稳定性好、抗碱和抗渣能力较好等优点，是一种长寿命的高温窑炉内衬用优质耐火材料，可为工业窑炉的高效节能提供保证。
目前一次煅烧后的六铝酸钙轻质隔热材料的研究还处于初期，市场上能够产业化的一次煅烧后的六铝酸钙产品主要为骨料制品，用于制备不定型的浇注料，而制备成定型隔热耐火制品的几乎没有，因此，如何制备一次煅烧后的六铝酸钙轻质隔热定型制品已经成为一个研究热门。如“一种一次煅烧后的六铝酸钙和刚玉复相多孔轻质隔热保温材料及其制备方法”（CN201010269867.9）的专利技术。该方法的以碳酸钙、氧化钙或氢氧化钙中的一种为钙源，以γ-Al2O3或α-Al2O3或氢氧化铝为铝源，振动浇注成型制备一次煅烧后的六铝酸钙和刚玉复相多孔轻质隔热保温耐火材料。但该方法也存在如下一些缺点：（1）采用烧失造孔剂，燃烧后产生的废气对环境造成污染（2）采用原位合成技术，由于一次煅烧后的六铝酸钙在合成过程中产生体积膨胀，产品在烧成过程中容易开裂，成品率低（3）无法确保铝源和钙源能够完全反应，进而导致产品性能的不稳定性和不确定性。又如“一种高强一次煅烧后的六铝酸钙轻质隔热材料及其制备方法”（CN103496993B）该技术以70~85wt的Al2O3细粉、2~8wt%的ρ-Al2O3和13~22wt%的CaCO3为原料，外加上述原料20~80wt%的水和0.05~0.30wt%的减水剂，预混合30~150min，并加入一定的泡沫剂来制备高强硫铝酸钙轻质隔热材料。该方法采用泡沫剂代替烧失造孔剂，可以避免环境问题，但是其钙源为纳米碳酸钙，虽然可以用促进铝源和钙源完全反应生成一次煅烧后的六铝酸钙，但是纳米碳酸钙很难分散均与，所以需预混合30~150分钟，同样无法保证产品质量的稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种碱性六铝酸钙轻质隔热材料。
本发明还提供了一种碱性六铝酸钙轻质隔热材料的制备方法。
本发明的创新点在于本发明采用煅烧后的六铝酸钙为主要原料，因其体积膨胀效应在一次煅烧过程中已经发生，二次煅烧时膨胀效益会显著减小，确保产品烧成过程中的完整性；同时本发明通过对原料六铝酸钙中的铝钙比进行测试，进而调整新引入钙源和铝源的比例，确保铝源和钙源能够完全反应，最终实现制备纯的碱性六铝酸钙轻质隔热耐火制品。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：
一种碱性六铝酸钙轻质隔热材料，包括以下质量分数的组份，55~80wt%的一次煅烧后的六铝酸钙，5~10wt%的刚玉粉，5~10wt%的活性氧化铝，10~15wt%的碳酸钙，0~5wt%的结合氧化铝，0~5wt%的水泥。采用煅烧后的六铝酸钙为主要原料，因其体积膨胀效应在一次煅烧过程中已经发生，二次煅烧时膨胀效益会显著减小，确保产品烧成过程中的完整性。
进一步地，所述一次煅烧后的六铝酸钙中氧化铝与氧化钙的占约比为100:9.15 ，所述一次煅烧后的六铝酸钙的粒径为0.074mm~0.147mm。调整新引入钙源和铝源的比例，确保铝源和钙源能够完全反应，最终实现制备纯的碱性六铝酸钙轻质隔热耐火制品。
进一步地，所述刚玉粉为板状刚玉、白刚玉或棕刚玉，所述刚玉粉的粒径为0.074mm~0.147mm 。
进一步地，所述活性氧化铝为活性α-Al2O3微粉，所述活性氧化铝的粒径小于5μm。
进一步地，所述碳酸钙为轻质碳酸钙，所述碳酸钙的粒径为0.074mm~0.147mm。
进一步地，所述结合氧化铝为ρ-Al2O3，所述结合氧化铝的粒径小于5μm。
一种碱性六铝酸钙轻质隔热材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按配方取原料，取原料后加入速凝剂、分散剂和水后预混合得到预混料，速凝剂的加入量为原料的0.05~0.2wt%，分散剂的加入量为原料的0.1~1.0wt%，水的加入量为原料的30~50wt%；
（2）向预混料中加入有机发泡剂混合后得到混合料，每kg预混料中加入400~1000ml的有机发泡剂；
（3）将混合料浇筑成型，在室温条件下养护10~30min后脱模，脱模后干燥，并于1500~1700℃的条件下烧成3~5小时，即得成品。
利用有机发泡剂造孔，采用浇注成型的方式，快速制备使得制备出的碱性六铝酸钙轻质隔热材料隔热效果好、强度高、抗侵蚀能力强、使用寿命长。
进一步地，所述分散剂为聚羧酸类分散剂、无机盐类分散剂、磺酸系分散剂或萘系分散剂。
进一步地，所述步骤（1）中预混合的时间为30~60秒。
进一步地，所述有机发泡剂由松香发泡剂、蛋白质水解物或高分子表面活性剂的一种或多种组成。燃烧后排放气体只含有水蒸气和二氧化碳，更为环保。
本发明的有益效果是 ：
1、本发明制备工艺简单、对环境无危害、生产成本低、生产周期短，所制备的碱性六铝酸钙轻质隔热耐火材料纯度高、导热系数低，对碱性气氛具有极好的抗性，可以广泛应用于新能源、有色冶炼等领域。
2、本发明中利用有机发泡剂造孔，采用浇注成型的方式，快速制备使得制备出的碱性六铝酸钙轻质隔热材料隔热效果好、强度高、抗侵蚀能力强、使用寿命长。
3、本发明中采用煅烧后的六铝酸钙为主要原料，因其体积膨胀效应在一次煅烧过程中已经发生，二次煅烧时膨胀效益会显著减小，确保产品烧成过程中的完整性；同时本发明通过对原料六铝酸钙中的铝钙比进行测试，进而调整新引入钙源和铝源的比例，确保铝源和钙源能够完全反应，最终实现制备纯的碱性六铝酸钙轻质隔热耐火制品。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1：一种碱性六铝酸钙轻质隔热材料，包括以下质量分数的组份，55wt%的一次煅烧后的六铝酸钙，10wt%的刚玉粉，10wt%的活性氧化铝，15wt%的碳酸钙，5wt%的结合氧化铝，5wt%的水泥。一次煅烧后的六铝酸钙中氧化铝与氧化钙的占约比为100:9.15 ，一次煅烧后的六铝酸钙的粒径为0.074mm~0.147mm。刚玉粉为板状刚玉，刚玉粉的粒径为0.074mm~0.147mm 。活性氧化铝为活性α-Al2O3微粉，活性氧化铝的粒径小于5μm。碳酸钙为轻质碳酸钙，碳酸钙的粒径为0.074mm~0.147mm。结合氧化铝为ρ-Al2O3，结合氧化铝的粒径小于5μm。
实施例2：一种碱性六铝酸钙轻质隔热材料，包括以下质量分数的组份，80wt%的一次煅烧后的六铝酸钙，5wt%的刚玉粉，5wt%的活性氧化铝，10wt%的碳酸钙。一次煅烧后的六铝酸钙中氧化铝与氧化钙的占约比为100:9.15 ，一次煅烧后的六铝酸钙的粒径为0.074mm~0.147mm。刚玉粉为白刚玉，刚玉粉的粒径为0.074mm~0.147mm 。活性氧化铝为活性α-Al2O3微粉，活性氧化铝的粒径小于5μm。碳酸钙为轻质碳酸钙，碳酸钙的粒径为0.074mm~0.147mm。结合氧化铝为ρ-Al2O3，结合氧化铝的粒径小于5μm。
实施例3：一种碱性六铝酸钙轻质隔热材料，包括以下质量分数的组份，68wt%的一次煅烧后的六铝酸钙，8wt%的刚玉粉，8wt%的活性氧化铝，12wt%的碳酸钙，2wt%的结合氧化铝，2wt%的水泥。一次煅烧后的六铝酸钙中氧化铝与氧化钙的占约比为100:9.15 ，一次煅烧后的六铝酸钙的粒径为0.074mm~0.147mm。刚玉粉为棕刚玉，刚玉粉的粒径为0.074mm~0.147mm 。活性氧化铝为活性α-Al2O3微粉，活性氧化铝的粒径小于5μm。碳酸钙为轻质碳酸钙，碳酸钙的粒径为0.074mm~0.147mm。结合氧化铝为ρ-Al2O3，结合氧化铝的粒径小于5μm。
实施例4：一种碱性六铝酸钙轻质隔热材料的制备方法，包括以下步骤：按实施例1的配方取原料，取原料后加入速凝剂、分散剂和水后预混合得到预混料，预混合的时间优选为30秒，速凝剂的加入量为原料的0.05wt%，分散剂的加入量为原料的0.1wt%，水的加入量为原料的30wt%；分散剂为聚羧酸类分散剂。向预混料中加入有机发泡剂混合后得到混合料，每kg预混料中加入400ml的有机发泡剂；有机发泡剂为松香发泡剂；将混合料浇筑成型，在室温条件下养护10min后脱模，脱模后干燥，并于1500℃的条件下烧成3小时，即得成品。
实施例5：一种碱性六铝酸钙轻质隔热材料的制备方法，包括以下步骤：按实施例2的配方取原料，取原料后加入速凝剂、分散剂和水后预混合得到预混料，预混合的时间优选为45秒，速凝剂的加入量为原料的0.1wt%，分散剂的加入量为原料的0.5wt%，水的加入量为原料的40wt%；分散剂为无机盐类分散剂。向预混料中加入有机发泡剂混合后得到混合料，每kg预混料中加入600ml的有机发泡剂；有机发泡剂为蛋白质水解物。将混合料浇筑成型，在室温条件下养护20min后脱模，脱模后干燥，并于1600℃的条件下烧成4小时，即得成品。
实施例6：一种碱性六铝酸钙轻质隔热材料的制备方法，包括以下步骤：按实施例3的配方取原料，取原料后加入速凝剂、分散剂和水后预混合得到预混料，预混合的时间优选为60秒，速凝剂的加入量为原料的0.2wt%，分散剂的加入量为原料的1.0wt%，水的加入量为原料的50wt%；分散剂为磺酸系分散剂。向预混料中加入有机发泡剂混合后得到混合料，每kg预混料中加入1000ml的有机发泡剂；有机发泡剂为高分子表面活性剂。将混合料浇筑成型，在室温条件下养护30min后脱模，脱模后干燥，并于1700℃的条件下烧成5小时，即得成品。
实施例7：参考实施例1，分散剂为萘系分散剂，有机发泡剂由松香发泡剂、蛋白质水解物或高分子表面活性剂的一种或多种组成。
实施例4制备出来的碱性六铝酸钙轻质隔热材料的体积密度为0.6~1.2g/cm3，导热系数为0.10~0.30w/(m.K)，耐压强度达到2.50~5.5MPa，加热永久线变化为-0.1~-1.0%。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种碱性六铝酸钙轻质隔热材料，其特征在于，包括以下质量分数的组份，55~80wt%的一次煅烧后的六铝酸钙，5~10wt%的刚玉粉，5~10wt%的活性氧化铝，10~15wt%的碳酸钙，0~5wt%的结合氧化铝，0~5wt%的水泥。
2.根据权利要求1所述的碱性六铝酸钙轻质隔热材料，其特征在于，所述一次煅烧后的六铝酸钙中氧化铝与氧化钙的占约比为100:9.15 ，所述一次煅烧后的六铝酸钙的粒径为0.074mm~0.147mm。
3.根据权利要求1所述的碱性六铝酸钙轻质隔热材料，其特征在于，所述刚玉粉为板状刚玉、白刚玉或棕刚玉，所述刚玉粉的粒径为0.074mm~0.147mm 。
4.根据权利要求1所述的碱性六铝酸钙轻质隔热材料，其特征在于，所述活性氧化铝为活性α-Al2O3微粉，所述活性氧化铝的粒径小于5μm。
5.根据权利要求1所述的碱性六铝酸钙轻质隔热材料，其特征在于，所述碳酸钙为轻质碳酸钙，所述碳酸钙的粒径为0.074mm~0.147mm。
6.根据权利要求1所述的碱性六铝酸钙轻质隔热材料，其特征在于，所述结合氧化铝为ρ-Al2O3，所述结合氧化铝的粒径小于5μm。
7.一种如权利要求1所述的碱性六铝酸钙轻质隔热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按配方取原料，取原料后加入速凝剂、分散剂和水后预混合得到预混料，速凝剂的加入量为原料的0.05~0.2wt%，分散剂的加入量为原料的0.1~1.0wt%，水的加入量为原料的30~50wt%；
（2）向预混料中加入有机发泡剂混合后得到混合料，每kg预混料中加入400~1000ml的有机发泡剂；
（3）将混合料浇筑成型，在室温条件下养护10~30min后脱模，脱模后干燥，并于1500~1700℃的条件下烧成3~5小时，即得成品。
8.根据权利要求7所述的碱性六铝酸钙轻质隔热材料的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚羧酸类分散剂、无机盐类分散剂、磺酸系分散剂或萘系分散剂。
9.根据权利要求7所述的碱性六铝酸钙轻质隔热材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中预混合的时间为30~60秒。
10.根据权利要求7所述的碱性六铝酸钙轻质隔热材料的制备方法，其特征在于，所述有机发泡剂由松香发泡剂、蛋白质水解物或高分子表面活性剂的一种或多种组成。
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