CN111747762B - 一种纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料及其制备方法 - Google Patents

一种纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料及其制备方法，所述纳米功能性硅质不定形耐火自流‑捣打料由熔融石英骨料、熔融石英细粉、超细凹凸棒粉、纳米硅溶胶、超细硅微粉、促硬剂等搅拌混练而成。各组分含量为：粒度为5‑3mm的熔融石英砂：15‑25份；粒度为3‑1mm的熔融石英砂：20‑40份；粒度为1‑0.1mm的熔融石英砂：20‑45份；细粉为325目熔融石英细粉：35‑45份；热改性凹凸棒粉：2‑10份；纳米硅溶胶：5‑30份；超细硅微粉：0‑10份；促硬剂0‑0.5份。本发明产品可以依据修补部位的不同，通过调整各原料剂量，制成自流或者捣打料，满足不同温度、不同部位施工的要求。

Description

一种纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料及其制备方法，属于耐火材料领域。
背景技术
玻璃生产是一项高耗能的生产项目，因此玻璃熔窑的维修维护对企业生产具有相当重要的意义，窑体在长期高温下，火焰空间部分的耐火材料受热辐射和溢流的冲击，出现穿孔冒火，严重时会局部下沉和倒塌，给玻璃窑炉的寿命和生产带来严重后果。在窑炉运行期间，需要多次对窑体的损坏部分进行修补。因此，一些部位需采用热修方式（即维修时不停窑或停窑不停火，在温度较高时对窑体进行修补）不仅节省了停窑降温、重新烧窑的时间，而且对窑体保持长寿和长期稳定性具有重要意义；另外有些部分形状不定、大小不定、环境温度范围大，需要采取冷修方式。
发明内容
本发明旨在提供一种既可以热态修补也可以冷态修补、热震稳定性好、强度高、线膨胀可控、不同温度下可硬化的纳米功能性硅质不定形耐火自流-捣打料。本发明还提供了上述纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料的制备方法。
本发明中，凹凸棒粉是一种含水富镁的铝硅酸盐矿物，凹凸棒石棒晶长1-5微米，直径在20-70纳米之间，是一种天然的纳米材料。而且凹凸棒粉：晶体呈针状或纤维状，其结构为沿纵轴成链，在横轴成层，同时具有链状和层状的过渡型结构，在中间存在着沸石孔道，孔道中充填着沸石水，经过热改性以后，除掉其中的沸石水，形成空的通道，扩大了凹凸棒粉的比表面积并增强吸附性能；经过高速长时间的机械搅拌，纳米硅溶胶中的纳米颗粒不仅可以渗入到熔融石英骨料、细粉中，而且纳米硅溶胶还能深入到凹凸棒粉的结构层，填充沸石孔道，这样纳米硅溶胶逐步释放，随着粒子间硅醚键联系增多，粒子相互聚集溶胶转变为冻胶，冻胶转变为干凝胶，使该纳米功能性硅质不定形耐火自流-捣打料拥有更高的耐火度及强度。
本发明提供了一种纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料，包含下列重量份的原料：
粒度为5-3mm的熔融石英砂：含量为15-25份；
粒度为3-1mm的熔融石英砂：含量为20-40份；
粒度为1-0.1mm的熔融石英砂：含量为20-45份；
细粉为325目熔融石英细粉：含量为35-45份；
热改性凹凸棒粉：含量为2-10份；
纳米硅溶胶：含量为5-30份；
超细硅微粉：含量为0-10份；
促凝剂：0-0.5份。
具体地，本发明涉及的材料如下：
（1）熔融石英砂，要求SiO2≥99%。
（2）热改性凹凸棒粉，要求在160℃-240℃范围内，加热5-9h，细度要求达到325目，筛余不超过2%。
（3）超细硅微粉，硅灰中细度小于1µm的占80%以上，平均粒径在0.1-0.3µm，SiO2含量为85-96%；比表面积为：20-28m2/g。
（4）纳米硅溶胶，要求pH值为8.0-9.0，化学成分（质量含量）：Na2O≤0.3%，SiO2≥30%，密度：1.28-1.31g/cm3，平均粒径10-20nm。
（5）促凝剂为CA-50水泥、MgO细粉、硫酸铝、氯化铝、硝酸铝的一种或几种。
本发明提供了上述纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料的制备方法，包括以下步骤：先将热改性凹凸棒粉、纳米硅溶胶、超细硅微粉依次加入高速搅拌机搅拌12小时，制成均匀一致的纳米胶体，备用；将5-3mm的熔融石英砂，3-1mm的熔融石英砂，1-0.1mm的熔融石英砂，325目熔融石英细粉、促凝剂依次加入强力搅拌机，搅拌4-5分钟，一边搅拌一边加入上一步制得的胶体，再搅拌7-8分钟，使其充分混和即可。
本发明的有益效果：
1、主体骨料和细粉采用熔融石英，其SiO2含量在99%以上，与普通的硅质不定形耐火材料相比，杂质含量少，不污染玻璃液；
2、采用热改性凹凸棒粉、纳米硅溶胶、超细硅微粉经过长达12小时的高速机械搅拌，制得纳米胶体。凹凸棒粉是一种含水富镁的铝硅酸盐矿物。凹凸棒石棒晶长1-5微米，直径在20-70纳米之间，是一种天然的纳米材料。而且凹凸棒粉晶体呈针状或纤维状，其结构为沿纵轴成链，在横轴成层，同时具有链状和层状的过渡型结构，在中间存在着沸石孔道，孔道中充填着沸石水，经过热改性以后，除掉其中的沸石水，形成空的通道；经过高速长时间的机械搅拌，使纳米硅溶胶深入凹凸棒粉的结构层，填充沸石孔道，这样纳米硅溶胶逐步释放，使该纳米功能性硅质不定形耐火自流-捣打料拥有更高的耐火度及强度；
3、超细硅微粉的两种用法，在纳米胶体中起载体作用；在不定形料中起超微粉作用。
4、多种促凝剂的复合使用，CA-50水泥，MgO细粉，硫酸铝、氯化铝、硝酸铝主要用来调整反应来控制该纳米功能性硅质不定形耐火自流-捣打料的凝结硬化速度，满足施工需要。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
表1：实施例1原料组分
Figure DEST_PATH_IMAGE002
本发明提供了一种纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料，包含下列重量份的原料：
粒度为5-3mm的熔融石英砂：15份；
粒度为3-1mm的熔融石英砂：20份；
粒度为1-0.1mm的熔融石英砂：25份；
325目熔融石英细粉：35份；
热改性凹凸棒粉：2份；
纳米硅溶胶：13份；
超细硅微粉：3份；
具体地，本发明涉及的材料如下：
（1）熔融石英砂，要求SiO2≥99%。
（2）热改性凹凸棒粉，要求在160℃-240℃范围内，加热5-9h，细度要求达到325目，筛余不超过2%。
（3）超细硅微粉，硅灰中细度小于1µm的占80%以上，平均粒径在0.1-0.3µm，比表面积为：20-28m2/g。
（4）纳米硅溶胶，要求pH值为8.0-9.0，化学成分（质量含量）：Na2O≤0.3%，SiO2≥30%，密度：1.28-1.31g/cm3，平均粒径10-20nm。
本发明提供了上述纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料的制备方法，包括以下步骤：先将热改性凹凸棒粉、纳米硅溶胶、超细硅微粉依次加入高速搅拌机搅拌12小时，制成均匀一致的纳米胶体，备用；将5-3mm的熔融石英砂，3-1mm的熔融石英砂，1-0.1mm的熔融石英砂，325目熔融石英细粉依次加入强力搅拌机，搅拌5分钟，一边搅拌一边加入上一步制得的胶体，再搅拌8分钟，使其充分混和即可。所得产品的性能数据如表2所示：
表2 实施例1产品性能检测表
Figure DEST_PATH_IMAGE004
注：后两项的检测结果为三个平行样的检测值。
实施例2：
表3 实施例2原料组分
Figure DEST_PATH_IMAGE006
本发明提供了一种纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料，包含下列重量份的原料：
粒度为5-3mm的熔融石英砂：15份；
粒度为3-1mm的熔融石英砂：22份；
粒度为1-0.1mm的熔融石英砂：30份；
325目熔融石英细粉：38份；
热改性凹凸棒粉：1份；
纳米硅溶胶：15份；
超细硅微粉：2份；
CA-50水泥：0.3份。
具体地，本发明涉及的材料如下：
（1）熔融石英砂，要求SiO2≥99%。
（2）热改性凹凸棒粉，要求在160℃-240℃范围内，加热5-9h，细度要求达到325目，筛余不超过2%。
（3）超细硅微粉，硅灰中细度小于1µm的占80%以上，平均粒径在0.1-0.3µm，比表面积为：20-28m2/g。
（4）纳米硅溶胶，要求pH值为8.0-9.0，化学成分（质量含量）：Na2O≤0.3%，SiO2≥30%，密度：1.28-1.31g/cm3，平均粒径10-20nm。
（5）促凝剂为CA-50水泥、MgO细粉、硫酸铝、氯化铝、硝酸铝的一种或几种，选取几种时可以任意比例混合。本实施例选择的CA-50水泥。
本发明提供了上述纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料的制备方法，包括以下步骤：先将热改性凹凸棒粉、纳米硅溶胶、超细硅微粉依次加入高速搅拌机搅拌12小时，制成均匀一致的纳米胶体，备用；将5-3mm的熔融石英砂，3-1mm的熔融石英砂，1-0.1mm的熔融石英砂，325目熔融石英细粉、促凝剂依次加入强力搅拌机，搅拌5分钟，一边搅拌一边加入上一步制得的胶体，再搅拌8分钟，使其充分混和即可。所得产品的性能数据如表4所示：
表4：实施例2产品性能检测表
Figure DEST_PATH_IMAGE008
。
实施例3：
表5：实施例3原料组分
Figure DEST_PATH_IMAGE010
本发明提供了一种纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料，包含下列重量份的原料：
粒度为5-3mm的熔融石英砂：15份；
粒度为3-1mm的熔融石英砂：20份；
粒度为1-0.1mm的熔融石英砂：26份；
325目熔融石英细粉：38份；
热改性凹凸棒粉：1份；
纳米硅溶胶：16份；
超细硅微粉：2份；
MgO细粉：0.2份。
具体地，本发明涉及的材料如下：
（1）熔融石英砂，要求SiO2≥99%。
（2）热改性凹凸棒粉，要求在160℃-240℃范围内，加热5-9h，细度要求达到325目，筛余不超过2%。
（3）超细硅微粉，硅灰中细度小于1µm的占80%以上，平均粒径在0.1-0.3µm，比表面积为：20-28m2/g。
（4）纳米硅溶胶，要求pH值为8.0-9.0，化学成分（质量含量）：Na2O≤0.3%，SiO2≥30%，密度：1.28-1.31g/cm3，平均粒径10-20nm。
（5）促凝剂为MgO细粉。
本发明提供了上述纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料的制备方法，包括以下步骤：先将热改性凹凸棒粉、纳米硅溶胶、超细硅微粉依次加入高速搅拌机搅拌12小时，制成均匀一致的纳米胶体，备用；将5-3mm的熔融石英砂，3-1mm的熔融石英砂，1-0.1mm的熔融石英砂，325目熔融石英细粉、促凝剂依次加入强力搅拌机，搅拌5分钟，一边搅拌一边加入上一步制得的胶体，再搅拌8分钟，使其充分混和即可。
表6：实施例3产品性能检测表
Figure DEST_PATH_IMAGE012
。

Claims (6)

1.一种纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料，其特征在于包含下列重量份的原料：
粒度为5-3mm的熔融石英砂：含量为15-25份；
粒度为3-1mm的熔融石英砂：含量为20-40份；
粒度为1-0.1mm的熔融石英砂：含量为20-45份；
细粉为325目熔融石英细粉：含量为35-45份；
热改性凹凸棒粉：含量为2-10份；所述热改性凹凸棒粉，要求在160℃-240℃范围内，加热5-9h，细度要求达到325目，筛余不超过2%；
纳米硅溶胶：含量为5-30份；
超细硅微粉：含量为0-10份；
促凝剂：0-0.5份。
2.根据权利要求1所述的纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料，其特征在于：所述熔融石英砂的要求为：SiO2的质量含量≥99%。
3.根据权利要求1所述的纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料，其特征在于：超细硅微粉，硅灰中细度小于1µm的占80%以上，平均粒径在0.1-0.3µm，SiO2含量为85-96%；比表面积为：20-28m2/g。
4.根据权利要求1所述的纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料，其特征在于：纳米硅溶胶，要求pH值为8.0-9.0，化学成分的质量含量为：Na2O≤0.3%，SiO2≥30%；密度：1.28-1.31g/cm3，平均粒径10-20nm。
5.根据权利要求1所述的纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料，其特征在于：促凝剂为CA-50水泥、MgO细粉、硫酸铝、氯化铝、硝酸铝的一种或几种。
6.一种权利要求1~5任一项所述的纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：先将热改性凹凸棒粉、纳米硅溶胶、超细硅微粉依次加入高速搅拌机搅拌12小时，制成均匀一致的纳米胶体，备用；将5-3mm的熔融石英砂，3-1mm的熔融石英砂，1-0.1mm的熔融石英砂，325目熔融石英细粉、促凝剂依次加入强力搅拌机，搅拌4-5分钟，一边搅拌一边加入上一步制得的胶体，再搅拌7-8分钟，使其充分混和即得纳米功能性硅质不定形耐火自流捣打料。
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