CN112679151B - 一种机压免烧粘土砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机压免烧粘土砖及其制备方法，包括如下组分：硬质粘土、软质粘土、石英砂、叶腊石、分散剂、固体结合剂和液体结合剂；本发明的机压免烧粘土砖，在120℃烘干即可达到烧成粘土砖的常温强度，无需高温烧成、能耗低、生产工艺简单，中温强度较高，且高温体积变化较小，既节约了生产成本又减少了因烧成而产生的废气污染等问题，省去传统粘土砖的烧成工序，实现耐火粘土砖的节能减排。

Description

一种机压免烧粘土砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及定型耐火材料技术领域。具体地说是一种机压免烧粘土砖及其制备方法。

背景技术

粘土砖是以硬质粘土、软质粘土为主要原料多采用高温烧成方式进行生产的硅酸铝质耐火制品，生产过程中不仅存在能耗高、窑炉配套设施多以及粉尘、废气污染大等问题，而且因为在烧成过程中的二次莫来石反应，产品尺寸难以控制，导致产品质量不稳定。而使用磷酸或磷酸铝等为结合剂以不烧方式生产高铝砖虽然有效解决了上述问题，但以磷酸或磷酸盐为结合剂的产品依然需要经600℃热处理，否则产品在久放或遇潮后极易变软，降低自身强度。而且此类酸性结合剂易与原料中的氧化铁等杂质或碱性物料发生反应，导致自身快速凝结从而造成不烧制品因干燥而开裂，所以磷酸盐结合制品需长时间困料，待反应充分后成型，有时甚至需要二次添加结合剂再经搅拌成型，进一步增加了生产流程繁琐程度。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种机压免烧粘土砖及其制备方法，所制备的机压免烧粘土砖在120℃烘干后耐压强度高、无需高温烧成、在高温下使用时体积稳定性好，解决传统粘土砖因必须烧成而带来的高能耗、高污染等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种机压免烧粘土砖，由如下组分组成：硬质粘土、软质粘土、石英砂、叶腊石、分散剂、固体结合剂和液体结合剂。

上述一种机压免烧粘土砖，

所述硬质粘土的组成如下：颗粒粒径小于等于5mm且大于3mm的硬质粘土颗粒15-35重量份、颗粒粒径小于等于3mm且大于0.088mm的硬质粘土颗粒10-35重量份、颗粒粒径小于等于0.088mm的硬质粘土细粉10-30重量份；

所述软质粘土为：颗粒粒径小于等于0.088mm的软质粘土细粉8-25重量份；

所述石英砂为：颗粒粒径小于等于2mm且大于等于1mm的石英砂1-10重量份；

所述叶腊石为：颗粒粒径小于等于3mm且大于等于1mm的叶腊石1-15重量份；

所述分散剂为0.1-0.3重量份；

所述固体结合剂为5-20重量份，且颗粒粒径小于20μm的颗粒数量占颗粒总数量的90％；

所述液体结合剂为3-5重量份。

上述一种机压免烧粘土砖，所述硬质粘土中：Al₂O₃含量为42％～50wt％，SiO₂含量为35wt％～40wt％；所述软质粘土中：Al₂O₃含量为28wt％～35wt％，SiO₂含量为44wt％～55wt％，软质粘土烧失量：10％～13％；叶腊石中：SiO₂含量为75wt％～80wt％，Al₂O₃含量为12wt％～20wt％。

上述一种机压免烧粘土砖，所述分散剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠中的一种或两种；所述石英砂为普通石英和精制石英的一种或两种。

上述一种机压免烧粘土砖，所述固体结合剂由如下组分组成：颗粒粒径小于等于0.088mm的滑石粉为37重量份、颗粒粒径小于等于0.088mm的ρ-Al₂O₃为15重量份、颗粒粒径小于等于0.088mm的硼酐为5重量份、颗粒粒径小于等于20μm的氧化钇为0.1重量份、颗粒粒径小于等于50μm的氧化钆为0.2重量份，黄糊精或木质素磺酸钙为10重量份。

上述一种机压免烧粘土砖，所述固体结合剂的制备方法为：

(1)称取滑石粉、ρ-Al₂O₃、硼酐、氧化钇和氧化钆放入不锈钢电加热的反应釜中，反应釜中温度为350～420℃、反应釜中压力为3kg、搅拌速度20～30r/min、搅拌时间10～15min，制得混合粉；

(2)将混合粉放入球磨罐中，再称取黄糊精或木质素磺酸钙放入球磨罐中，放入氧化铝球研磨并混匀，球磨机转速30～35r/min，共磨，待混合粉的粒径小于20μm的颗粒数量占颗粒总数量的90％时既得固体结合剂成品。

上述一种机压免烧粘土砖，所述液体结合剂由如下组分组成：纯净水或洁净水为95重量份、白炭黑为2重量份和四甲基氢氧化胺为3重量份；

白炭黑中：SiO₂含量大于等于90wt％，颗粒粒度小于10μm的颗粒数量≥90％。

上述一种机压免烧粘土砖，所述液体结合剂的制备方法为：在放有氧化铝球的球磨罐中放入称量好的白炭黑，再按重量份数称取纯净水或洁净水倒入球磨罐中，最后按重量份数称取四甲基氢氧化胺放入球磨罐中混匀，球磨机转速30～35r/min，共磨20min。

一种机压免烧粘土砖的制备方法，包括如下步骤：

(1)准备原料：按照上述任一机压免烧粘土砖的组分准备原料；

(2)将颗粒粒径小于等于0.088mm的硬质粘土细粉、颗粒粒径小于等于0.088mm的软质粘土细粉、分散剂和固体结合剂混合得到混合粉；

(3)将除混合粉和液体结合剂以外的原料加入行星式混碾机中搅拌2～3分钟，加入混合粉再搅拌3～5分钟后，再加入液体结合剂搅拌10～20分钟，检测泥料挥发份在3.5～4.0wt％时出锅，送至成型机台采用摩擦压砖机成型；

(4)成型砖坯室温下养护后，再进入烘干洞进行养护，最后经烘干得到成品砖。

上述一种机压免烧粘土砖制备方法，室温养护的时间为2～3天；烘干洞内养护温度为50℃，养护时间为10小时；烘干的温度为120℃，烘干时间为10～20小时。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

(1)经济与环保优势：本发明机压免烧粘土砖与传统的烧成粘土砖相比，仅在120℃烘干即可达到烧成粘土砖的常温强度，无需高温烧成、能耗低、生产工艺简单，既节约了生产成本又减少了因烧成而产生的废气污染等问题。

(2)与现有免烧高铝砖技术相比，本发明机压免烧粘土砖不含磷酸或磷酸铝等酸性结合剂，避免了酸性结合剂易与氧化铁等杂质或碱性物料发生反应，导致自身快速凝结从而造成不烧制品因干燥而开裂等情况，泥料在机压成型前无需困料。

(3)结合剂以固体粉末和液体相结合的方式加入，比液体结合剂硅溶胶、酚醛树脂、沥青等易于分散、混匀，成品砖的成分与内部气孔结构更均匀。

(4)结合剂中引入价格低廉的白炭黑，可以改善泥料成型时因过压而引起的层裂现象，提高成品砖烘干后的常温强度。因其粒度是纳米级的，又有稀土氧化物做催化剂，故在较低温度下(1000℃-1100℃)就能在材料内部原位生成针状莫来石晶须，提高了材料的中温强度，并伴有10％左右的体积膨胀，抵消因粘土烧结而产生的收缩。

(5)液体结合剂中引入四甲基氢氧化胺，可以吸附于白炭黑固体颗粒的表面，降低固-液之间的界面张力，使凝聚的固体颗粒表面易于湿润，让整个结合体系均匀、物化性质一样。

(6)固体结合剂中的硼酐在较低温度下与滑石粉和基质中的氧化铝反应生成偏硼酸复合盐，有助提高材料的中温强度。

(7)本发明的机压免烧粘土砖烘干及中温强度较高，且高温体积变化较小，可以省去传统粘土砖的烧成工序，实现耐火粘土砖的节能减排。产品在120℃烘干后常温耐压强度可达到35MPa以上，中温(800-1000℃)烧后耐压强度不降低：成品砖体积密度≥2.2g/cm³，显气孔率17～20％，120℃烘干后常温耐压强度≥35MPa，1000℃×3h烧后常温耐压强度≥45MPa，1000℃×3h烧后线变化率在±0.2％以内，1350℃×3h烧后线变化率控制在±0.5％以内。

(8)本产品具有较高的荷重软化温度和良好的高温体积稳定性，可在1350℃以上的高温下长期使用。

(9)本发明的机压免烧粘土砖无需高温烧成、能耗低、生产工艺简单，既节约了生产成本又减少了因烧成而产生的废气污染等问题。采用机压免烧粘土砖砌筑的铁水包永久衬可连续使用2个包役以上，使用效果优异。

具体实施方式

实施例1

一种机压免烧粘土砖的制备方法，包括如下步骤：

①准备原料：颗粒粒度小于等于5mm且大于3mm的硬质粘土颗粒为25千克，颗粒粒径小于等于3mm且大于0.088mm的硬质粘土颗粒为20千克，颗粒粒径小于等于0.088mm的硬质粘土细粉为25千克，颗粒粒径小于等于0.088mm的软质粘土细粉为10千克，颗粒粒径小于等于2mm且大于等于1mm的石英砂为3千克、颗粒粒径小于等于3mm且大于等于1mm的叶腊石为7千克、分散剂为0.1千克、颗粒粒径小于20μm的颗粒数量占颗粒总数量的90％(D90＝20μm)的固体结合剂为10千克、液体结合剂3.8千克。

②将颗粒粒径小于等于0.088mm的硬质粘土细粉、颗粒粒径小于等于0.088mm的软质粘土细粉、分散剂与固体结合剂配成混合粉。

③将除混合粉和液体结合剂以外的原料加入行星式混碾机中搅拌3分钟，加入混合粉再搅拌5分钟后加入液体结合剂搅拌15分钟后，泥料挥发份为3.7wt％，将泥料送至摩擦压砖机机台成型。

④成型砖坯室温下养护2天、进烘干洞经50℃养护10小时后经120℃烘干10小时成成品砖。

其中：所述硬质粘土中：Al₂O₃含量为46.15％，SiO₂含量为39.62％；所述软质粘土中：Al₂O₃含量为30.21wt％，SiO₂含量为51.09wt％，软质粘土烧失量：12.22％；叶腊石中：SiO₂含量为78.26％，Al₂O₃含量为16.09wt％。

所述分散剂为三聚磷酸钠；所述石英砂为普通石英。

所述固体结合剂由如下配比的组分组成：颗粒粒径小于等于0.088mm的滑石粉为37千克、颗粒粒径小于等于0.088mm的ρ-Al₂O₃为15千克、颗粒粒径小于等于0.088mm的硼酐为5千克、颗粒粒径小于等于20μm的氧化钇为0.1千克、颗粒粒径小于等于50μm的氧化钆为0.2千克，黄糊精或木质素磺酸钙为10千克。

所述固体结合剂的制备方法为：

(1)称取滑石粉、ρ-Al₂O₃、硼酐、氧化钇和氧化钆放入不锈钢电加热的反应釜中，反应釜中温度为390℃、反应釜中压力为3kg、搅拌速度20～30r/min、搅拌时间12min，制得混合粉；

(2)将混合粉放入球磨罐中，再称取黄糊精或木质素磺酸钙放入球磨罐中，放入氧化铝球研磨并混匀，球磨机转速32r/min，共磨，待混合粉的粒径小于20μm的颗粒数量占颗粒总数量的90％时既得固体结合剂成品。

所述液体结合剂由如下组分组成：纯净水或洁净水为95千克、白炭黑为2千克和四甲基氢氧化胺为3千克；白炭黑中：SiO₂含量大于等于90wt％，颗粒粒度小于10μm的颗粒数量≥90％。

所述液体结合剂的制备方法为：在放有氧化铝球的球磨罐中放入称量好的白炭黑，再按重量份数称取纯净水或洁净水倒入球磨罐中，最后按重量份数称取四甲基氢氧化胺放入球磨罐中混匀，球磨机转速35r/min，共磨20min。

本实施例所制备的机压免烧粘土砖体积密度2.31g/cm³，显气孔率19％，120℃烘干后常温耐压强度37MPa，1000℃×3h烧后常温耐压强度46MPa，1000℃×3h烧后线变化率0.12％，1350℃×3h烧后线变化率0.21％。

实施例2：

一种机压免烧粘土砖的制备方法，包括如下步骤：

①准备原料：颗粒粒度小于等于5mm且大于3mm的硬质粘土颗粒为25千克，颗粒粒径小于等于3mm且大于0.088mm的硬质粘土颗粒为15千克，颗粒粒径小于等于0.088mm的硬质粘土细粉为25千克，颗粒粒径小于等于0.088mm的软质粘土细粉为15千克，颗粒粒径小于等于2mm且大于等于1mm的石英砂为5千克、颗粒粒径小于等于3mm且大于等于1mm的叶腊石为7千克、分散剂为0.1千克、颗粒粒径小于20μm的颗粒数量占颗粒总数量的90％的固体结合剂为8千克、液体结合剂4.0千克。

②将颗粒粒径小于等于0.088mm的硬质粘土细粉、颗粒粒径小于等于0.088mm的软质粘土细粉、分散剂与固体结合剂配成混合粉。

③将除混合粉以外的原料加入行星式混碾机中搅拌3分钟，加入混合粉再搅拌5分钟后加入液体结合剂搅拌18分钟后，泥料挥发份为3.8wt％，将泥料送至摩擦压砖机机台成型。

④成型砖坯室温下养护2天、进烘干洞经50℃养护10小时后经120℃烘干10小时成成品砖。

其中：所述硬质粘土中：Al₂O₃含量为45.72wt％，SiO₂含量为38.75wt％；所述软质粘土中：Al₂O₃含量为31.72wt％，SiO₂含量为50.87wt％，软质粘土烧失量：11.92％；叶腊石中：SiO₂含量为77.24wt％，Al₂O₃含量为15.89wt％。

所述分散剂为六偏磷酸钠；所述石英砂为普通石英。

所述固体结合剂由如下组分组成：颗粒粒径小于等于0.088mm的滑石粉为37千克、颗粒粒径小于等于0.088mm的ρ-Al₂O₃为15千克、颗粒粒径小于等于0.088mm的硼酐为5千克、颗粒粒径小于等于20μm的氧化钇为0.1千克、颗粒粒径小于等于50μm的氧化钆为0.2千克，黄糊精或木质素磺酸钙为10千克。

所述固体结合剂的制备方法为：

(1)称取滑石粉、ρ-Al₂O₃、硼酐、氧化钇和氧化钆放入不锈钢电加热的反应釜中，反应釜中温度为400℃、反应釜中压力为3kg、搅拌速度25r/min、搅拌时间12min，制得混合粉；

(2)将混合粉放入球磨罐中，再称取黄糊精或木质素磺酸钙放入球磨罐中，放入氧化铝球研磨并混匀，球磨机转速35r/min，共磨，待混合粉的粒径小于20μm的颗粒占颗粒总数量的90wt％时既得固体结合剂成品。

所述液体结合剂由如下组分组成：纯净水或洁净水为95千克、白炭黑为2千克和四甲基氢氧化胺为3千克；白炭黑中：SiO₂含量大于等于90wt％，颗粒粒度小于10μm的颗粒数量≥90％。

所述液体结合剂的制备方法为：在放有氧化铝球的球磨罐中放入称量好的白炭黑，再按重量份数称取纯净水或洁净水倒入球磨罐中，最后按重量份数称取四甲基氢氧化胺放入球磨罐中混匀，球磨机转速35r/min，共磨20min。

本实施例所制备的机压免烧粘土砖体积密度2.32g/cm³，显气孔率18％，120℃烘干后常温耐压强度36MPa，1000℃×3h烧后常温耐压强度49MPa，1000℃×3h烧后线变化率0.09％。1350℃×3h烧后线变化率0.12％。

实施例3：

一种机压免烧粘土砖的制备方法，包括如下步骤：

①准备原料：颗粒粒度小于等于5mm且大于3mm的硬质粘土颗粒为25千克，颗粒粒径小于等于3mm且大于0.088mm的硬质粘土颗粒为20千克，颗粒粒径小于等于0.088mm的硬质粘土细粉为10千克，颗粒粒径小于等于0.088mm的软质粘土细粉为20千克，颗粒粒径小于等于2mm且大于等于1mm的石英砂为5千克、颗粒粒径小于等于3mm且大于等于1mm的叶腊石为5千克、分散剂为0.2千克、颗粒粒径小于20μm的颗粒数量占颗粒总数量的90％的固体结合剂为15千克、液体结合剂3.6千克。

②将颗粒粒径小于等于0.088mm的硬质粘土细粉、颗粒粒径小于等于0.088mm的软质粘土细粉、分散剂与固体结合剂配成混合粉。

③将除混合粉以外的原料加入行星式混碾机中搅拌3分钟，加入混合粉再搅拌5分钟后加入液体结合剂搅拌20分钟后，泥料挥发份为3.8wt％，将泥料送至摩擦压砖机机台成型。

④成型砖坯室温下养护2天、进烘干洞经50℃养护10小时后经120℃烘干10小时成成品砖。

其中：所述硬质粘土中：Al₂O₃含量为47.86wt％，SiO₂含量为36.25wt％；所述软质粘土中：Al₂O₃含量为32.04wt％，SiO₂含量为50.13wt％，软质粘土烧失量：11.80％；叶腊石中：SiO₂含量为78.75wt％，Al₂O₃含量为14.63wt％。

所述分散剂为六偏磷酸钠；所述石英砂为精制石英。

所述固体结合剂由如下组分组成：颗粒粒径小于等于0.088mm的滑石粉为37千克、颗粒粒径小于等于0.088mm的ρ-Al₂O₃为15千克、颗粒粒径小于等于0.088mm的硼酐为5千克、颗粒粒径小于等于20μm的氧化钇为0.1千克、颗粒粒径小于等于50μm的氧化钆为0.2千克，黄糊精或木质素磺酸钙为10千克。

所述固体结合剂的制备方法为：

(1)称取滑石粉、ρ-Al₂O₃、硼酐、氧化钇和氧化钆放入不锈钢电加热的反应釜中，反应釜中温度为400℃、反应釜中压力为3kg、搅拌速度25r/min、搅拌时间12min，制得混合粉；

(2)将混合粉放入球磨罐中，再称取黄糊精或木质素磺酸钙放入球磨罐中，放入氧化铝球研磨并混匀，球磨机转速34r/min，共磨，待混合粉的粒径小于20μm的颗粒数量占颗粒总数量的90％时既得固体结合剂成品。

所述液体结合剂由如下组分组成：纯净水或洁净水为95千克、白炭黑为2千克和四甲基氢氧化胺为3千克；白炭黑中：SiO₂含量大于等于90wt％，颗粒粒度小于10μm的颗粒数量≥90％。

所述液体结合剂的制备方法为：在放有氧化铝球的球磨罐中放入称量好的白炭黑，再按重量份数称取纯净水或洁净水倒入球磨罐中，最后按重量份数称取四甲基氢氧化胺放入球磨罐中混匀，球磨机转速35r/min，共磨20min。

本实施例所制备的机压免烧粘土砖体积密度2.32g/cm³，显气孔率18％，120℃烘干后常温耐压强度40MPa，1000℃×3h烧后常温耐压强度52MPa，1000℃×3h烧后线变化率0.06％，1350℃×3h烧后线变化率0.13％。

本发明的机压免烧粘土砖无需高温烧成、能耗低、生产工艺简单，既节约了生产成本又减少了因烧成而产生的废气污染等问题。采用机压免烧粘土砖砌筑的铁水包永久衬可连续使用2个包役以上使用效果优异。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种机压免烧粘土砖，其特征在于，由如下组分组成：硬质粘土、软质粘土、石英砂、叶腊石、分散剂、固体结合剂和液体结合剂；

所述硬质粘土的组成如下：颗粒粒径小于等于5mm且大于3mm的硬质粘土颗粒15-35重量份、颗粒粒径小于等于3mm且大于0.088mm的硬质粘土颗粒10-35重量份、颗粒粒径小于等于0.088mm的硬质粘土细粉10-30重量份；

所述软质粘土为：颗粒粒径小于等于0.088mm的软质粘土细粉8-25重量份；

所述石英砂为：颗粒粒径小于等于2mm且大于等于1mm的石英砂1-10重量份；

所述叶腊石为：颗粒粒径小于等于3mm且大于等于1mm的叶腊石1-15重量份；

所述分散剂为0.1-0.3重量份；

所述固体结合剂为5-20重量份，且颗粒粒径小于20μm的颗粒数量占颗粒总数量的90%；

所述液体结合剂为3-5重量份；

所述固体结合剂由如下组分组成：颗粒粒径小于等于0.088mm的滑石粉为37重量份、颗粒粒径小于等于0.088mm的ρ-Al₂O₃为15重量份、颗粒粒径小于等于0.088mm的硼酐为5重量份、颗粒粒径小于等于20μm的氧化钇为0.1重量份、颗粒粒径小于等于50μm的氧化钆为0.2重量份，黄糊精或木质素磺酸钙为10重量份；

所述固体结合剂的制备方法为：

（1）称取滑石粉、ρ-Al₂O₃、硼酐、氧化钇和氧化钆放入不锈钢电加热的反应釜中，反应釜中温度为350~420℃、反应釜中压力为3kg、搅拌速度20~30r/min、搅拌时间10~15min，制得混合粉；

（2）将混合粉放入球磨罐中，再称取黄糊精或木质素磺酸钙放入球磨罐中，放入氧化铝球研磨并混匀，球磨机转速30~35r/min，共磨，待混合粉的粒径小于20μm的颗粒数量占颗粒总数量的90%时即 得固体结合剂成品；

所述液体结合剂由如下组分组成：纯净水或洁净水为95重量份、白炭黑为2重量份和四甲基氢氧化胺为3重量份；

白炭黑中：SiO₂含量大于等于90wt%，颗粒粒度小于10μm的颗粒数量≥90%；

所述液体结合剂的制备方法为：在放有氧化铝球的球磨罐中放入称量好的白炭黑，再按重量份数称取纯净水或洁净水倒入球磨罐中，最后按重量份数称取四甲基氢氧化胺放入球磨罐中混匀，球磨机转速30~35r/min，共磨20min。

2.根据权利要求1所述的一种机压免烧粘土砖，其特征在于，所述硬质粘土中：Al₂O₃含量为42%~50wt%，SiO₂含量为35wt%~40wt%；所述软质粘土中：Al₂O₃含量为28wt%~35wt%，SiO₂含量为44wt%~55wt%，软质粘土烧失量：10wt%~13wt%；叶腊石中：SiO₂含量为75wt%~80wt%，Al₂O₃含量为12wt%~20wt%。

3.根据权利要求1所述的一种机压免烧粘土砖，其特征在于，所述分散剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠中的一种或两种；所述石英砂为普通石英和精制石英的一种或两种。

4.一种机压免烧粘土砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）准备原料：按照权利要求1-3任一所述机压免烧粘土砖的组分准备原料；

（2）将颗粒粒径小于等于0.088mm的硬质粘土细粉、颗粒粒径小于等于0.088mm的软质粘土细粉、分散剂和固体结合剂混合得到混合粉；

（3）将除混合粉和液体结合剂以外的原料加入行星式混碾机中搅拌2~3分钟，加入混合粉再搅拌3~5分钟后，再加入液体结合剂搅拌10~20分钟，检测泥料挥发份在3.5~4.0wt%时出锅，送至成型机台采用摩擦压砖机成型；

（4）成型砖坯室温下养护后，再进入烘干洞进行养护，最后经烘干得到成品砖。

5.根据权利要求4所述的一种机压免烧粘土砖的制备方法，其特征在于，室温养护的时间为2~3天；烘干洞内养护温度为50℃，养护时间为10小时；烘干的温度为120℃，烘干时间为10~20小时。