CN112094128A

CN112094128A - 一种高强度莫来石轻质隔热砖

Info

Publication number: CN112094128A
Application number: CN202011027093.9A
Authority: CN
Inventors: 杨文伟
Original assignee: Nanyang Kaiyuan High Temperature New Materials Co ltd
Current assignee: Nanyang Kaiyuan High Temperature New Materials Co ltd
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2020-12-18

Abstract

本发明提供了一种高强度莫来石轻质隔热砖，属于轻质保温耐火材料技术领域。其由如下原料制成，以重量百分比计为：蓝晶石尾矿10‑20%，中低品位蓝晶石10‑30%，高岭土20‑40%，废砖坯粉20‑40%，氧化铝0‑35%，总计为100%，造孔剂占重量百分比总计的2.5‑3.5%。本发明莫来石轻质隔热砖的导热性能好，常温耐压强度突出。

Description

一种高强度莫来石轻质隔热砖

技术领域

本发明属于轻质保温耐火材料技术领域，具体涉及一种高强度莫来石轻质隔热砖。

背景技术

隔热耐火材料也叫做保温耐火材料，是指热容量低、导热系数低的耐火材料。由于它们的低体积密度，高气孔率，因此也称为轻质耐火材料。其产品主要包括隔热耐火制品、耐火纤维和耐火纤维制品，常用在工业窑炉和其他热工设备上。莫来石轻质隔热材料属于隔热耐火材料的一种，是指以矾土、粘土、“三石”等为主要原料，通过在材料成型或高温烧结过程中内部形成大量彼此连通或闭合的孔洞。由于其较高的孔隙率，因而具有较低的导热系数，再加上莫来石固有的耐高温，抗热震稳定性优良，高的化学稳定性的特点，使其在众多领域有着广泛的应用前景，引起了科学界的高度关注。

利用蓝晶石制备莫来石材料是传统方法之一，蓝晶石的理论化学组成为Al₂O₃·SiO₂，Al₂O₃含量为62.92%，SiO₂含量为37.08%，属三斜晶系，成分中可含Cr³⁺(不大于12.88wt.%)，也常含有Fe₂O₃(达l-2wt.%，有时达7wt.%)，以及少量CaO、MgO、FeO、TiO₂等类质同象的混入物，所以其矿物的化学成分常低于理论值。但是目前质量相对较好且杂质含量低的优质蓝晶石矿越来越少，且价格昂贵，加上钢铁行业每年消耗大量的蓝晶石类矿物，给蓝晶石矿物资源的开发利用带来了巨大压力。

公开号为CN103864403A的专利文献提供了一种基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。所采用的技术方案是：先以50-85wt%的蓝晶石尾矿、10-36wt%的塑性黏土、2-18wt%的α-Al₂O₃和1-5wt%的硅微粉为原料混合，再外加所述原料30-60wt%的造孔剂、0.4-1.4wt%的结合剂和15-50wt%的水，混合均匀，困料12-24小时，成型，自然干燥，110℃条件下烘烤10-16小时，升温至1300-1550℃，保温2-8小时，即得基于蓝晶石尾矿的莫来石轻质隔热砖。该轻质隔热砖所用的蓝晶石尾矿中具有较高含量的氧化锆成分，基于该特性，制备所得莫来石轻质砖热的震稳定性能较为突出。

公告号为CN105503209B的专利涉及一种基于焦宝石的莫来石轻质隔热砖及其制备方法，其技术方案是：以20~38 wt%的焦宝石、20~32wt%的蓝晶石、20~32wt%的粘土和14~26wt%的α-氧化铝微粉为原料，外加所述原料30~50wt%的锯末、5~11%的莫来石纤维和10~35wt%的结合剂，室温条件下搅拌6~8h，困料，成型，自然干燥；然后在110~210℃条件下烘烤12~24h，在1150~1450℃条件下保温2~5h，制得基于焦宝石的莫来石轻质隔热砖。该发明具有成本低和工艺简单的特点，所制备的基于焦宝石的莫来石轻质隔热砖具有导热系数较低、体积密度较低、烧后线收缩率较低和耐压强度较高的优点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种莫来石轻质隔热砖，以提高其常温耐压性能。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种高强度莫来石轻质隔热砖，由如下原料制成，以重量百分比计为：蓝晶石尾矿10-20%，中低品位蓝晶石10-30%，高岭土20-40%，废砖坯粉20-40%，氧化铝0-35%，总计为100%，造孔剂占重量百分比总计的2.5-3.5%。

进一步的，所述蓝晶石尾矿含三氧化二铝的重量百分比为8-18%，三氧化二铁的重量百分比≤2.5%，粒度≤0.1mm。

进一步的，所述中低品位蓝晶石含三氧化二铝的重量百分比为25-45%，三氧化二铁的重量百分比≤2.0%，粒度≤0.10mm。

进一步的，所述废砖坯粉含三氧化二铝的重量百分比≥40%，三氧化二铁的重量百分比≤2.0%，粒度≤0.10mm。

进一步的，所述高岭土的粒度≤0.074mm。

进一步的，所述氧化铝的粒度≤0.074mm。

进一步的，所述高强度莫来石轻质隔热砖，通过如下方法制得：将蓝晶石尾矿、中低品位蓝晶石、高岭土、废砖坯粉按比例混合，加入造孔剂，加水混炼，挤出成型，煅烧，制得轻质隔热砖。

进一步的，所述煅烧的温度1350℃-1400℃，时间4-12h。

作为本领域公知，蓝晶石富矿非常少，大部分蓝晶石矿石中所含的蓝晶石精矿也比较少，而其它脉石矿物或杂质成分多。为了提高贫矿蓝晶石的开发利用价值，通常的做法是提高氧化铝的含量，使杂质含量降低到标准允许值(YB4032-91)，然后再用于生产其他高附加值产品。这一预期常规地可通过选矿提纯来实现，但是据已有研究表明蓝晶石属于难选矿物，回收率一般在70%左右，有的回收率低于50%甚至更低，因此选矿回收成本高，直接影响到企业的经济效益，因而中低品位蓝晶石的利用效率一直较低，而且由于杂质高于行业标准值，对成品性能影响显著，基于利润最大化的普遍追求，本领域生产厂家普遍不愿意利用中低品位蓝晶石生产轻质隔热砖，而且将中低品位蓝晶石按照常规组分搭配生产轻质隔热砖，需要重新进行组成及工艺线的研发，且产品性能的不稳定性增加，客观上增加了技术产出障碍。

此外，蓝晶石矿开采后的尾矿，即开采及选矿作业中留下的受限于当前技术经济条件不宜再做进一步分选处理的“废料”，虽然数量相当可观，但由于其品位更低，利用价值也随之降低，大部分被废弃闲置。在此方面，武汉科技大学做出了很多有益的系统性的工作，也取得了比较显著的研究成果，例如：CN103864403B、CN110204309A、CN110423108A，这些专利技术均涉及含锆蓝晶石尾矿生产莫来石材料。但是可以看到这些蓝晶石尾矿中三氧化二铝的含量较高，与YB4032-91标准值比较接近，一般蓝晶石尾矿中三氧化二铝和二氧化硅的含量值几乎达不到这么高；而且生产过程中出现的不合格砖坯通常被废弃掉了，无法循环进行二次利用；有的则生产工艺条件较严苛，品控较难。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过上述内容，提出了一种高强度莫来石轻质隔热砖，该轻质隔热砖采用蓝晶石尾矿、中低品位蓝晶石、高岭土、废砖坯粉、氧化铝和适量的造孔剂制备而成，在原料利用方面，不仅扩展了蓝晶石矿资源在制备莫来石轻质隔热砖领域的应用范围，同时提高了蓝晶石矿资源的利用率，使YB4032-91标准之外的中低品位蓝晶石矿和蓝晶石尾矿得到了有效利用，并提高了其附加值。

其中的废砖坯粉为轻质隔热砖生产中产生的不合格品，将其投入到生产莫来石轻质隔热砖的制作工艺中降低了原料成本的投入，而且使得原料的利用率得到有效提高，原料得到了闭环应用，基本无固体废弃物产生，而且所得轻质隔热砖的性能突出。

轻质隔热材料的隔热性能主要是通过引入气孔来实现的，因为气体的热导率很小，可以使材料的导热系数降低，增强隔热效果，但是其机械强度较差。本发明利用蓝晶石尾矿和中低品位蓝晶石在加热过程中分解膨胀、颗粒间形成大量微孔，为制备轻质莫来石的初始条件，加入高岭土、废砖坯粉、氧化铝和造孔剂，调控微孔的形成以及孔径的大小与分布，很好地平衡了体积密度与耐压强度之间的关系，开发出轻质，耐压强度显著的隔热砖。本发明莫来石轻质隔热砖主要应用在高温窑、炉、管道等的的保温层，主要起隔热保温，节能降耗的作用；也可直接使用在工作层(指与火焰，煅烧物等直接接触的层面；体积密度为0.7-0.8g/cm³，常温耐压强度为4.5-7.2MPa，重烧线变化率-0.8%-0.3%(1350℃×12h)。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

本发明中，蓝晶石尾矿含三氧化二铝的为重量百分比8-18%，三氧化二铁的重量百分比≤2.5%。蓝晶石尾矿的粒径≤0.1mm。

中低品位蓝晶石含三氧化二铝的重量百分比为25-45%，三氧化二铁的重量百分比≤2.0%。中低品位蓝晶石的粒径≤0.10mm。

废砖坯粉含三氧化二铝的重量百分比≥40%，三氧化二铁的重量百分比≤2.0%。废砖坯粉的粒径≤0.10mm。

高岭土和氧化铝的粒径均≤0.074mm。

造孔剂剂为锯末、稻草、秸秆或稻壳等生物质颗粒。

本发明中挤出成型的压力为3.0-4.5MPa。

下述具体实施例所用原料的技术参数均符合上述要求，不再重复说明。

实施例1

一种高强度莫来石轻质隔热砖，由如下原料制成，以重量百分比计为：蓝晶石尾矿10%，中低品位蓝晶石30%，高岭土30%，废砖坯粉30%，造孔剂为锯末，添加量为上述原料重量总计的3%。

实施例2

一种高强度莫来石轻质隔热砖，由如下原料制成，以重量百分比计为：蓝晶石尾矿12%，中低品位蓝晶石10%，高岭土20%，废砖坯粉40%，氧化铝28%，造孔剂为稻壳生物质颗粒，添加量为上述原料重量总计的3%。

实施例3

一种高强度莫来石轻质隔热砖，由如下原料制成，以重量百分比计为：蓝晶石尾矿13%，中低品位蓝晶石12%，高岭土20%，废砖坯粉20%，氧化铝35%，造孔剂为秸秆生物质颗粒，添加量为上述原料重量总计的3%。

实施例4

一种高强度莫来石轻质隔热砖，由如下原料制成，以重量百分比计为：蓝晶石尾矿18%，中低品位蓝晶石20%，高岭土35%，废砖坯粉25%，氧化铝2%，造孔剂为锯末，添加量为上述原料重量总计的2.5%。

实施例5

一种高强度莫来石轻质隔热砖，由如下原料制成，以重量百分比计为：蓝晶石尾矿20%，中低品位蓝晶石10%，高岭土40%，废砖坯粉20%，氧化铝10%，造孔剂为锯末，添加量为上述原料重量总计的3.5%。

实施例6

一种高强度莫来石轻质隔热砖，通过如下方法制得：将蓝晶石尾矿、中低品位蓝晶石、高岭土、废砖坯粉混合，加入造孔剂，加水混炼，挤出成型，1400℃煅烧4h，制得轻质隔热砖。

本实施例中所用原料比例参照实施例1。

实施例7

一种高强度莫来石轻质隔热砖，通过如下方法制得：将蓝晶石尾矿、中低品位蓝晶石、高岭土、废砖坯粉混合，加入造孔剂，加水混炼，挤出成型，1380℃煅烧8h，制得轻质隔热砖。

本实施例中所用原料比例参照实施例2。

实施例8

一种高强度莫来石轻质隔热砖，通过如下方法制得：将蓝晶石尾矿、中低品位蓝晶石、高岭土、废砖坯粉混合，加入造孔剂，加水混炼，挤出成型，1350℃煅烧12h，制得轻质隔热砖。

本实施例中所用原料比例参照实施例3。

本发明实施例1-5轻质隔热砖可参照实施例6-8任一种制备方法进行制备，同时，实施例6-8中各原料的配比可参照实施例1-5任一种比例进行组合；所得轻质隔热砖含三氧化二铝的质量百分比≥48%，三氧化二铁的质量百分比≤1.0%。

对比例1

一种高强度莫来石轻质隔热砖，由如下原料制成，以重量百分比计为：蓝晶石尾矿30%，中低品位蓝晶石40%，高岭土20%，废砖坯粉10%，造孔剂占上述原料重量总计的3%。

对比例2

一种高强度莫来石轻质隔热砖，由如下原料制成，以重量百分比计为：蓝晶石尾矿5%，中低品位蓝晶石5%，高岭土40%，废砖坯粉20%，氧化铝30%，造孔剂占上述原料重量总计的3%。

对比例3

一种高强度莫来石轻质隔热砖，由如下原料制成，以重量百分比计为：蓝晶石尾矿10%，中低品位蓝晶石30%，高岭土30%，废砖坯粉30%，造孔剂占上述原料重量总计的4%。

对比例4

一种高强度莫来石轻质隔热砖，通过如下方法制得：将蓝晶石尾矿、中低品位蓝晶石、高岭土、废砖坯粉混合，加入造孔剂，加水混炼，挤出成型，1300℃煅烧12h，制得轻质隔热砖。

本对比例所用原料比例参照实施例2。

参照如下检测标准，对实施例1-8以及对比例1-4所得轻质隔热砖进行性能检测；其中：

按照GB/T2998检测试样的体积密度；

按照GB/T5072检测试样的常温耐压强度；

按照GB/T5988检测试样的加热永久线变化率；

按照YB/T4130检测试样的热导率(350℃)；

检测结果如下表所示：

本发明莫来石轻质隔热砖的常温耐压强度≥4.5MPa，平均温度350℃导热系数≤0.25W/（m·k），加热永久线变化率 (1350℃×12h)低，满足GB/T35845-2018相应标准要求，并且常温耐压强度优势显著。

上述对比例1-4及其测试数据同时也显示出，本发明莫来石轻质隔热砖中各原料包括蓝晶石尾矿、中低品位蓝晶石、高岭土、氧化铝与废砖坯粉的比例搭配合适，均在一定程度上有利于改善莫来石轻质隔热砖的常温耐压强度，相应的设计合理的煅烧参数对提高轻质及隔热性能也是有益的。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种高强度莫来石轻质隔热砖，其特征在于，由如下原料制成，以重量百分比计为：蓝晶石尾矿10-20%，中低品位蓝晶石10-30%，高岭土20-40%，废砖坯粉20-40%，氧化铝0-35%，总计为100%，造孔剂占重量百分比总计的2.5-3.5%。

2.根据权利要求1所述的高强度莫来石轻质隔热砖，其特征在于：所述蓝晶石尾矿含三氧化二铝的重量百分比为8-18%，三氧化二铁的重量百分比≤2.5%，粒度≤0.1mm。

3.根据权利要求1所述的高强度莫来石轻质隔热砖，其特征在于：所述中低品位蓝晶石含三氧化二铝的重量百分比为25-45%，三氧化二铁的重量百分比≤2.0%，粒度≤0.10mm。

4.根据权利要求1所述的高强度莫来石轻质隔热砖，其特征在于：所述废砖坯粉含三氧化二铝的重量百分比≥40%，三氧化二铁的重量百分比≤2.0%，粒度≤0.10mm。

5.根据权利要求1所述的高强度莫来石轻质隔热砖，其特征在于：所述高岭土的粒度≤0.074mm。

6.根据权利要求1所述的高强度莫来石轻质隔热砖，其特征在于：所述氧化铝的粒度≤0.074mm。

7.根据权利要求1所述的高强度莫来石轻质隔热砖，其特征在于：通过如下方法制得：将蓝晶石尾矿、中低品位蓝晶石、高岭土、废砖坯粉按比例混合，加入造孔剂，加水混炼，挤出成型，煅烧，制得轻质隔热砖。

8.根据权利要求1所述的高强度莫来石轻质隔热砖，其特征在于：所述煅烧的温度1350℃-1400℃，时间4-12h。