本發(fā)明屬于輕質(zhì)耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種莫來石輕質(zhì)耐火材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

莫來石是Al₂O₃-SiO₂系中唯一穩(wěn)定的二元化合物，它具有熔點高（1850℃）、熱膨脹系數(shù)低、熱導(dǎo)率低和化學(xué)穩(wěn)定性好等特點。以莫來石為主晶相的輕質(zhì)隔熱材料具有抗熱震性高和導(dǎo)熱系數(shù)小等性能，因此莫來石輕質(zhì)耐火材料被廣泛應(yīng)用在工業(yè)窯爐和其他熱工設(shè)備。

目前，工業(yè)制備莫來石輕質(zhì)保溫磚制品的原料主要是煤矸石、焦寶石和藍晶石尾礦等，所用原料多選用天然原料，其中有害雜質(zhì)（如：鐵、鎂和鈣等）含量相對較高，所制備的產(chǎn)品純度不高，導(dǎo)致產(chǎn)品使用溫度不高，一般低于1300℃。

輕質(zhì)隔熱材料的制備方法主要有燃盡物加入法、溶膠凝膠法、凝膠注模法和發(fā)泡法等。

燃盡物加入法是隔熱耐火材料中最常用的生產(chǎn)方法。“莫來石輕質(zhì)隔熱耐火磚及其生產(chǎn)方法”（CN104973869A）的專利技術(shù)，以聚苯乙烯球和鋸末為燃盡物制備莫來石輕質(zhì)隔熱耐火磚，生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，聚苯乙烯小球燒失后產(chǎn)生的氣孔不穩(wěn)定，而且鋸末燒失后產(chǎn)生的氣孔較大，污染環(huán)境。

“一種莫來石輕質(zhì)隔熱磚及其制備方法”（CN103011856B）的專利技術(shù)，采用凝膠劑、熱固性水溶性高分子化合物和促凝劑，通過凝膠注模的方法制備莫來石輕質(zhì)隔熱磚。這種凝膠注模法所創(chuàng)造的凝膠體系十分復(fù)雜，工藝繁瑣，并且成本較高。

發(fā)泡法制備的成品體積密度小，結(jié)構(gòu)分布均勻且多為封閉的圓形孔，但仍存

生坯強度較低，成型過程中容易出現(xiàn)坍塌、成品率低和生產(chǎn)周期長等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種工藝簡單和生坯強度高的莫來石輕質(zhì)耐火材料的制備方法，用該方法制備的莫來石輕質(zhì)耐火材料使用溫度高、導(dǎo)熱系數(shù)小和耐壓強度較高。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：以45～65wt％的高嶺土細粉和35～55wt％的活性α-Al₂O₃微粉為原料，外加占所述原料0.1～0.7wt％的減水劑、0.5～3.5wt％的穩(wěn)泡劑、0～0.25wt％的異丁烯/馬來酸酐水溶性共聚物、3～10wt％的鋁溶膠、15～50wt％的水、0～9wt％的造孔劑和0.10～1.40wt％的發(fā)泡劑，混合均勻，澆注成型，干燥，在1200～1600℃的條件下保溫2～4h，制得莫來石輕質(zhì)耐火材料。

所述高嶺土細粉：Al₂O₃含量＞47wt％，F(xiàn)e₂O₃含量＜0.5wt％，CaO含量＜0.07wt％，K₂O＋Na₂O含量＜0.1wt％；所述高嶺土細粉的粒徑小于0.2mm。

所述活性α-Al₂O₃微粉中的Al₂O₃含量≥99wt％，中位徑小于1.5μm。

所述減水劑為三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和聚羧酸鹽中的一種。

所述穩(wěn)泡劑為淀粉或為糊精。

所述造孔劑為炭黑或為稻殼。

所述異丁烯/馬來酸酐水溶性共聚物的分子量為55000～65000。

所述發(fā)泡劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉和十二烷基苯酚聚氧乙烯醚中的一種。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：

本發(fā)明以高嶺土細粉和活性α-Al₂O₃微粉為原料，混合均勻后澆注成型，干燥，高溫?zé)珊蠹吹玫侥獊硎p質(zhì)耐火材料，生產(chǎn)工藝簡單。

本發(fā)明通過加入異丁烯/馬來酸酐水溶性共聚物，在凝膠化過程中不需要加入單體、引發(fā)劑和催化劑，在室溫條件下即可自發(fā)凝膠化，實現(xiàn)泡沫漿料的快速固化成型，與其他凝膠注模工藝相比，其工藝更為簡單。同時泡沫漿料的快速固化成型能夠使泡沫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抑制泡沫成長，從而提高了生坯強度。

本發(fā)明所用的高嶺土細粉的氧化鋁含量較高（Al₂O₃含量＞47wt％），雜質(zhì)較少，如K₂O+Na₂O含量＜0.1wt％，CaO含量＜0.07wt％，F(xiàn)e₂O₃含量＜0.5wt％，所制備的莫來石輕質(zhì)耐火材料使用溫度大幅度提高，其使用溫度可達1500℃。

本發(fā)明采用復(fù)合造孔法，以發(fā)泡法為主，材料中的氣孔一方面來自于發(fā)泡劑造孔，另一方面，在保證生坯不坍塌的情況下，加入一定量的燃盡物，燃盡物燒失后會產(chǎn)生氣孔。由于材料的氣孔率得到提高，相應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)也會降低。所制備的莫來石輕質(zhì)耐火材料孔隙尺寸分布均勻，體積密度小。

本發(fā)明加入的鋁溶膠粒徑為納米級，遠遠小于固體原料，在高溫下促進材料發(fā)生固相燒結(jié)，形成莫來石網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了莫來石輕質(zhì)耐火材料的耐壓強度。

本發(fā)明所制備的莫來石輕質(zhì)耐火材料經(jīng)檢測：體積密度為0.3～1.0g/cm³；顯氣孔率為65～90%；常溫耐壓強度為2.0～18.0Mpa；1000℃時的導(dǎo)熱系數(shù)為0.22～0.43W/(m·k)。

因此，本發(fā)明具有工藝簡單和生坯強度高的特點，所制備的莫來石輕質(zhì)耐火材料使用溫度高、導(dǎo)熱系數(shù)小和耐壓強度較高。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。

為避免重復(fù)，先將本具體實施方式所涉及的原料和外加劑統(tǒng)一描述如下，實施例中不再贅述：

所述高嶺土細粉：Al₂O₃含量＞47wt％，F(xiàn)e₂O₃含量＜0.5wt％，CaO含量＜0.07wt％，K₂O＋Na₂O含量＜0.1wt％；所述高嶺土細粉的粒徑小于0.2mm。

所述活性α-Al₂O₃微粉中的Al₂O₃含量≥99wt％，中位徑小于1.5μm。

所述異丁烯/馬來酸酐水溶性共聚物的分子量為55000～65000。

實施例1

一種莫來石輕質(zhì)耐火材料及其制備方法。以45～50wt％的高嶺土細粉和50～55wt％的活性α-Al₂O₃微粉為原料，外加占所述原料0.1～0.2wt％的減水劑、0.5～1.0wt％的穩(wěn)泡劑、3～5wt％的鋁溶膠、15～20wt％的水和0.10～0.40wt％的發(fā)泡劑，混合均勻，澆注成型，干燥，在1200～1600℃的條件下保溫2～4h，制得莫來石輕質(zhì)耐火材料。

所述減水劑為三聚磷酸鈉。

所述穩(wěn)泡劑為淀粉。

所述發(fā)泡劑為十二烷基硫酸鈉。

本實施例制備的莫來石輕質(zhì)耐火材料經(jīng)檢測：體積密度為0.8～1.0g/cm³；顯氣孔率為65～72%；常溫耐壓強度為14.0～18.0Mpa；1000℃時的導(dǎo)熱系數(shù)為0.36～0.43W/(m·k)。

實施例2

一種莫來石輕質(zhì)耐火材料及其制備方法。以48～53wt％的高嶺土細粉和47～52wt％的活性α-Al₂O₃微粉為原料，外加占所述原料0.2～0.3wt％的減水劑、1.0～1.5wt％的穩(wěn)泡劑、4～6wt％的鋁溶膠、20～25wt％的水、6～9wt％的造孔劑和0.30～0.60wt％的發(fā)泡劑，混合均勻，澆注成型，干燥，在1200～1600℃的條件下保溫2～4h，制得莫來石輕質(zhì)耐火材料。

所述減水劑為六偏磷酸鈉。

所述穩(wěn)泡劑為糊精。

所述造孔劑為炭黑。

所述發(fā)泡劑為十二烷基苯磺酸鈉。

本實施例制備的莫來石輕質(zhì)耐火材料經(jīng)檢測：體積密度為0.75～0.95g/cm³；顯氣孔率為68～75%；常溫耐壓強度為12.0～16.0Mpa；1000℃時的導(dǎo)熱系數(shù)為0.33～0.40W/(m·k)。

實施例3

一種莫來石輕質(zhì)耐火材料及其制備方法。以51～56wt％的高嶺土細粉和44～49wt％的活性α-Al₂O₃微粉為原料，外加占所述原料0.3～0.4wt％的減水劑、1.5～2.0wt％的穩(wěn)泡劑、5～7wt％的鋁溶膠、25～30wt％的水和0.50～0.80wt％的發(fā)泡劑，混合均勻，澆注成型，干燥，在1200～1600℃的條件下保溫2～4h，制得莫來石輕質(zhì)耐火材料。

所述減水劑為聚羧酸鹽。

所述穩(wěn)泡劑為淀粉。

所述發(fā)泡劑為十二烷基苯酚聚氧乙烯醚。

本實施例制備的莫來石輕質(zhì)耐火材料經(jīng)檢測：體積密度為0.7～0.9g/cm³；顯氣孔率為71～78%；常溫耐壓強度為10.0～14.0Mpa；1000℃時的導(dǎo)熱系數(shù)為0.30～0.37W/(m·k)。

實施例4

一種莫來石輕質(zhì)耐火材料及其制備方法。以54～59wt％的高嶺土細粉和41～46wt％的活性α-Al₂O₃微粉為原料，外加占所述原料0.4～0.5wt％的減水劑、2.3～2.8wt％的穩(wěn)泡劑、6～8wt％的鋁溶膠、30～35wt％的水和0.7～1.0wt％的發(fā)泡劑，混合均勻，澆注成型，干燥，在1200～1600℃的條件下保溫2～4h，制得莫來石輕質(zhì)耐火材料。

所述減水劑為三聚磷酸鈉。

所述穩(wěn)泡劑為糊精。

所述發(fā)泡劑為十二烷基硫酸鈉。

本實施例制備的莫來石輕質(zhì)耐火材料經(jīng)檢測：體積密度為0.6～0.8g/cm³；顯氣孔率為74～81%；常溫耐壓強度為8.0～12.0Mpa；1000℃時的導(dǎo)熱系數(shù)為0.28～0.34W/(m·k)。

實施例5

一種莫來石輕質(zhì)耐火材料及其制備方法。以57～62wt％的高嶺土細粉和38～43wt％的活性α-Al₂O₃微粉為原料，外加占所述原料0.45～0.55wt％的減水劑、2.0～2.5wt％的穩(wěn)泡劑、0.05～0.15wt％的異丁烯/馬來酸酐水溶性共聚物、7～9wt％的鋁溶膠、35～40wt％的水和0.9～1.2wt％的發(fā)泡劑，混合均勻，澆注成型，干燥，在1200～1600℃的條件下保溫2～4h，制得莫來石輕質(zhì)耐火材料。

所述減水劑為六偏磷酸鈉。

所述穩(wěn)泡劑為淀粉。

所述發(fā)泡劑為十二烷基苯磺酸鈉。

本實施例制備的莫來石輕質(zhì)耐火材料經(jīng)檢測：體積密度為0.5～0.7g/cm³；顯氣孔率為77～84%；常溫耐壓強度為6.0～10.0Mpa；1000℃時的導(dǎo)熱系數(shù)為0.26～0.32W/(m·k)。

實施例6

一種莫來石輕質(zhì)耐火材料及其制備方法。以60～65wt％的高嶺土細粉和35～40wt％的活性α-Al₂O₃微粉為原料，外加占所述原料0.5～0.6wt％的減水劑、2.5～3.0wt％的穩(wěn)泡劑、0.10～0.20wt％的異丁烯/馬來酸酐水溶性共聚物、8～10wt％的鋁溶膠、40～45wt％的水、3～6wt％的造孔劑和1.10～1.40wt％的發(fā)泡劑，混合均勻，澆注成型，干燥，在1200～1600℃的條件下保溫2～4h，制得莫來石輕質(zhì)耐火材料。

所述減水劑為聚羧酸鹽。

所述穩(wěn)泡劑為糊精。

所述造孔劑為稻殼。

所述發(fā)泡劑為十二烷基苯酚聚氧乙烯醚。

本實施例制備的莫來石輕質(zhì)耐火材料經(jīng)檢測：體積密度為0.4～0.6g/cm³；顯氣孔率為80～87%；常溫耐壓強度為4.0～8.0Mpa；1000℃時的導(dǎo)熱系數(shù)為0.24～0.30W/(m·k)。

實施例7

一種莫來石輕質(zhì)耐火材料及其制備方法。以55～60wt％的高嶺土細粉和40～45wt％的活性α-Al₂O₃微粉為原料，外加占所述原料0.6～0.7wt％的減水劑、3.0～3.5wt％的穩(wěn)泡劑、0.15～0.25wt％的異丁烯/馬來酸酐水溶性共聚物、9～10wt％的鋁溶膠、45～50wt％的水、0.1～3.0wt％的造孔劑和1.0～1.3wt％的發(fā)泡劑，混合均勻，澆注成型，干燥，在1200～1600℃的條件下保溫2～4h，制得莫來石輕質(zhì)耐火材料。

所述減水劑為聚羧酸鹽。

所述穩(wěn)泡劑為淀粉。

所述造孔劑為炭黑。

所述發(fā)泡劑為十二烷基硫酸鈉。

本實施例制備的莫來石輕質(zhì)耐火材料經(jīng)檢測：體積密度為0.3～0.5g/cm³；顯氣孔率為83～90%；常溫耐壓強度為2.0～6.0Mpa；1000℃時的導(dǎo)熱系數(shù)為0.22～0.28W/(m·k)。

本具體實施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：

本具體實施方式以高嶺土細粉和活性α-Al₂O₃微粉為原料，混合均勻后澆注成型，干燥，高溫?zé)珊蠹吹玫侥獊硎p質(zhì)耐火材料，生產(chǎn)工藝簡單。

本具體實施方式通過加入異丁烯/馬來酸酐水溶性共聚物，在凝膠化過程中不需要加入單體、引發(fā)劑和催化劑，在室溫條件下即可自發(fā)凝膠化，實現(xiàn)泡沫漿料的快速固化成型，與其他凝膠注模工藝相比，其工藝更為簡單。同時泡沫漿料的快速固化成型能夠使泡沫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抑制泡沫成長，從而提高了生坯強度。

本具體實施方式所用的高嶺土細粉的氧化鋁含量較高（Al₂O₃含量＞47wt％），雜質(zhì)較少，如K₂O+Na₂O含量＜0.1wt％，CaO含量＜0.07wt％，F(xiàn)e₂O₃含量＜0.5wt％，所制備的莫來石輕質(zhì)耐火材料使用溫度大幅度提高，其使用溫度可達1500℃。

本具體實施方式采用復(fù)合造孔法，以發(fā)泡法為主，材料中的氣孔一方面來自于發(fā)泡劑造孔，另一方面，在保證生坯不坍塌的情況下，加入一定量的燃盡物，燃盡物燒失后會產(chǎn)生氣孔。由于材料的氣孔率得到提高，相應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)也會降低。所制備的莫來石輕質(zhì)耐火材料孔隙尺寸分布均勻，體積密度小。

本具體實施方式加入的鋁溶膠粒徑為納米級，遠遠小于固體原料，在高溫下促進材料發(fā)生固相燒結(jié)，形成莫來石網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了莫來石輕質(zhì)耐火材料的耐壓強度。

本具體實施方式所制備的莫來石輕質(zhì)耐火材料體積密度為0.3～1.0g/cm³，顯氣孔率為65～90%，常溫耐壓強度為2.0～18.0Mpa，1000℃時的導(dǎo)熱系數(shù)為0.22～0.43W/(m·k)。

因此，本具體實施方式具有工藝簡單和生坯強度高的特點，所制備的莫來石輕質(zhì)耐火材料使用溫度高、導(dǎo)熱系數(shù)小和耐壓強度較高。