專利名稱：一種剛玉－莫來石復(fù)合材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于耐火材料領(lǐng)域，特別涉及一種剛玉-莫來石復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
由于莫來石具有良好的高溫力學(xué)、高溫?zé)釋W(xué)性能，使合成莫來石制品具有較高的密度和純度，較低的熱傳導(dǎo)系數(shù)和熱膨脹系數(shù)，高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，高溫蠕變率低，抗熱震性和化學(xué)侵蝕性強(qiáng)，熔點(diǎn)高等有點(diǎn)；而剛玉彈性好，熔點(diǎn)高，在高溫下具有良好的耐磨、抗化學(xué)侵蝕性和體積穩(wěn)定性，硬度大，耐火度高；另外莫來石晶體一般為柱狀或者棱柱狀，剛玉體一般為粒狀，所以制備剛玉-莫來石復(fù)合材料將匯集剛玉晶體和莫來石晶體的雙重優(yōu)點(diǎn)，從而使這種材料在各方面都優(yōu)于單相莫來石材料或剛玉材料。但是如果用純?cè)蟻砗铣蓜t嚴(yán)重提高了材料的生產(chǎn)成本，尤其是作為耐火材料。因此，采用天然原料無疑可以大幅度降低材料的生產(chǎn)成本。
我國鋁礬土儲(chǔ)量極為豐富，產(chǎn)地從黃河以北的山西、河北和山東，穿過中部的河南和廣西，直到西南的貴州和云南，目前出產(chǎn)鋁礬土熟料的主要產(chǎn)地在山西、河南和貴州。鋁礬土是由長石、云母等礦物風(fēng)化而形成的，他的主要礦物類型是三水鋁石、硬水鋁石和勃姆石，此外由于形成的條件不同，還可能含有高嶺石、石英、方解石等雜質(zhì)。我國鋁礬土中的水鋁石-高嶺石型(DK)和勃姆石-高嶺石型(BK)應(yīng)用最為廣泛，DK型鋁礬土熟料按Al2O3含量氛圍特等、I等、IIA等、IIB等、III等，其主要化學(xué)成分見表1和表2表1各類BK型高鋁礬土煅燒后化學(xué)成分(wt％)

表2各類DK型高鋁礬土煅燒后化學(xué)成分(wt％)

煤矸石是在煤炭開采和洗選過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，是我國排放量最大的工業(yè)廢渣之一。煤矸石產(chǎn)量按原煤產(chǎn)量的15％計(jì)算，每年煤矸石至少增加1～2億噸以上，歷年堆存的煤矸石約20億噸，占地近10萬畝，且仍在不斷增加，2000年就上升到了3.1億噸，不僅占用大量的農(nóng)田和土地，而且嚴(yán)重污染環(huán)境，如何治理和綜合利用煤矸石也正在得到人們的重視。山西是產(chǎn)煤大省，所以同時(shí)也有大量的煤矸石堆積，其主要化學(xué)成分為SiO2含量在50％左右，Al2O3含量在20％左右，同時(shí)還含有少量的CaO、MgO、TiO2、Na2O、K2O和不同含量的C，其開發(fā)利用前景非常樂觀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的目的在于結(jié)合我國現(xiàn)有資源的充分利用及促進(jìn)固體廢棄物資源化再生利用，選擇了一種天然原料和固體廢棄物來合成耐火材料制作剛玉-莫來石復(fù)合材料，不僅充分利用了現(xiàn)有資源，同時(shí)也減少了固體廢棄物帶來的污染，大大降低生產(chǎn)成本。
一種剛玉-莫來石復(fù)合材料，其特征在于合成剛玉-莫來石的主要原料是鋁礬土和煤矸石，煤矸石的重量百分比含量為5～25％，鋁礬土的重量百分比含量為75～95％，鋁礬土中Al2O3含量要求大于75％。最佳原料配比煤矸石的重量百分比含量為10～20％，鋁礬土的重量百分比含量為80～90％。
其制作方法為原料用無水乙醇做介質(zhì)，經(jīng)過球磨6小時(shí)后在烘箱中保溫12小時(shí)，取出后機(jī)壓成型，在1350℃～1450℃保溫3～6個(gè)小時(shí)，空氣氣氛下進(jìn)行合成。經(jīng)試驗(yàn)，并利用XRD分析了復(fù)合材料的組成，試驗(yàn)結(jié)果表明合成的剛玉-莫來石復(fù)合材料非常純，從SEM斷口形貌分析可看出晶體形貌為典型的長柱狀晶，相互交錯(cuò)狀的密集生長，其長徑比大約在8∶1甚至更大，晶粒橫斷面尺寸已接近納米級(jí)，斷裂方式為穿晶斷裂，這能顯著提高材料的各方面性能。
因?yàn)楹铣蓜傆?莫來石的主要原料是鋁礬土和煤矸石，原料豐富價(jià)格低廉，合成的剛玉-莫來石復(fù)合材料具有很高的附加值，所以是制備高溫耐火材料的又一個(gè)新途徑。


圖1剛玉-莫來石復(fù)合材料合成工藝2剛玉-莫來石復(fù)合材料XRD圖(10wt％煤矸石)圖3剛玉-莫來石復(fù)合材料XRD圖(20wt％煤矸石)圖4剛玉-莫來石復(fù)合材料SEM圖(10wt％煤矸石)圖5剛玉-莫來石復(fù)合材料SEM圖(20wt％煤矸石)
具體實(shí)施例方式1.原料選?、黉X礬土的化學(xué)分析結(jié)果 ②煤矸石的化學(xué)分析結(jié)果 2.原料合成原料配比分別為5、10、20wt.％煤矸石和95、90、80wt.％的鋁礬土
3.合成步驟見圖1從XRD圖中標(biāo)注中很清晰的看到在此試驗(yàn)條件下合成了非常純的剛玉-莫來石復(fù)合材料。
從SEM斷口形貌分析可看出晶體形貌為典型的長柱狀晶，相互交錯(cuò)狀的密集生長，其長徑比大約在8∶1甚至更大，晶粒橫斷面尺寸已接近納米級(jí)，斷裂方式為穿晶斷裂，這能顯著提高材料的各方面性能。
權(quán)利要求
1.一種剛玉-莫來石復(fù)合材料，其特征在于合成剛玉-莫來石的主要原料是鋁礬土和煤矸石，煤矸石的重量百分比含量為5～25％，鋁礬土的重量百分比含量為75～95％，鋁礬土中Al2O3含量要求大于75％。
2.如權(quán)利要求1所述的一種剛玉-莫來石復(fù)合材料，其特征在于合成剛玉-莫來石的原料配比煤矸石的重量百分比含量為10～20％，鋁礬土的重量百分比含量為80～90％。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種剛玉-莫來石復(fù)合材料，其特征在于合成剛玉-莫來石的步驟為原料用無水乙醇做介質(zhì)，經(jīng)過球磨6小時(shí)后在烘箱中保溫12小時(shí)，取出后機(jī)壓成型，在1350℃～1450℃保溫3～6個(gè)小時(shí)，空氣氣氛下進(jìn)行合成。
全文摘要
一種剛玉－莫來石復(fù)合材料及制備方法，屬于耐火材料領(lǐng)域。特別涉及一種剛玉－莫來石復(fù)合材料。其特征在于合成剛玉－莫來石的主要原料是鋁礬土和煤矸石，煤矸石的重量百分比含量為5～25％，鋁礬土的重量百分比含量為75～95％，鋁礬土中Al
文檔編號(hào)C04B35/14GK1821167SQ20061005716
公開日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2006年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月13日
發(fā)明者張梅, 王習(xí)東, 董鵬莉, 王海娟, 李華軍, 張歪牛 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)