本發(fā)明屬于高鋁隔熱耐火原料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料及其制備方法。
背景技術(shù)：
鈦鐵渣即冶煉鈦鐵合金所衍生的爐渣副產(chǎn)物，主要化學(xué)成分為Al2O3、TiO2和CaO，可用于制備高鋁原料，如“以鈦鐵渣為主料的再生高鋁耐火原料及其制備方法”（201410161089.X）專利技術(shù)，采用鈦鐵渣為主要原料制備再生高鋁耐火原料，其工藝簡單，降低了高鋁耐火原料的生產(chǎn)成本，但該技術(shù)所制備的高鋁耐火原料屬于致密耐火原料，附加值較低，隨著高溫工業(yè)節(jié)能降耗的需求越來越大，隔熱耐火原料和制品的開發(fā)也越來越多，尤其高鋁質(zhì)耐火材料在諸多高溫窯爐中具有廣泛的應(yīng)用，因而高鋁隔熱耐火原料的開發(fā)具有重要價值。
目前，高鋁隔熱耐火原料的制備主要包括發(fā)泡法和燒失法。
采用發(fā)泡法制備高鋁隔熱耐火原料主要通過發(fā)泡劑或發(fā)氣劑（碳酸鹽、氫氧化物等）造孔，經(jīng)高溫?zé)珊蟊Ａ粼锌紫缎螒B(tài)，進(jìn)而增大高鋁原料的孔隙率，降低其導(dǎo)熱系數(shù)。但采用發(fā)泡法的缺陷有：一是工藝過程較復(fù)雜，尤其氣泡的穩(wěn)定性難以控制；二是發(fā)泡劑的引入易引入新的雜質(zhì)，降低了高鋁原料的強(qiáng)度和抗渣侵蝕性能。
采用燒失法制備高鋁隔熱耐火原料主要通過燒失物（如鋸末、炭黑等）的引入，經(jīng)固化成型后燒成，形成氣孔。但采用燒失法所形成的孔隙與燒失物的尺寸密切相關(guān)，尺寸較大，嚴(yán)重降低了高鋁原料的強(qiáng)度。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、生產(chǎn)成本低和對設(shè)備無特殊要求的以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料的制備方法；用該方法所制備的以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料的導(dǎo)熱系數(shù)小、筒壓強(qiáng)度大和抗渣侵蝕性好。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案的具體步驟是：
步驟一、將鈦鐵渣破碎至1~2mm，置于水中，在90~95℃條件下浸泡1~2小時，過濾分離；然后在110~120℃條件干燥3~5小時，過篩，取篩上料，得到處理鈦鐵渣顆粒；所述篩的孔徑為1mm。
步驟二、按所述處理鈦鐵渣顆粒︰鹽酸溶液的質(zhì)量比為1︰(2~3)，向所述處理鈦鐵渣顆粒中加入濃度為2~3mol/L的所述鹽酸溶液，攪拌0.5~1小時；再先后水洗和抽濾2~3次，得到前驅(qū)體鈦鐵渣顆粒。
步驟三、向所述前驅(qū)體鈦鐵渣顆粒中加入占所述前驅(qū)體鈦鐵渣顆粒10~15wt%的水，濕磨至粒度≤60μm，得到濕磨后鈦鐵渣粉末。
步驟四、按所述濕磨后鈦鐵渣粉末︰鋁粉的質(zhì)量比為1︰(0.05~0.1)，將所述濕磨后鈦鐵渣粉末和所述鋁粉加入攪拌機(jī)中，混合10~15分鐘，得到混合料。
步驟五、向所述混合料中加入占所述混合料3~5wt%的磷酸溶液，混合均勻，振動成型，在110~120℃條件下養(yǎng)護(hù)8~12小時；最后置于馬弗爐中，以3~5℃/min的速率升溫至1355~1420℃，保溫0.5~1小時，隨爐冷卻至室溫，破碎，制得以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料。
所述鈦鐵渣為冶煉鈦鐵合金所產(chǎn)生的爐渣，鈦鐵渣的主要物相為剛玉、鈦鋁酸鈣、二鋁酸鈣和鋁酸鈣；鈦鐵渣的主要化學(xué)成分是：Al2O3含量為80~85wt%，TiO2含量為8~10wt%，CaO含量為4~5wt%。
所述鋁粉的Al含量≥98wt%；鋁粉的粒度≤60μm。
所述磷酸溶液的濃度為1~2mol/L。
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：
1、本發(fā)明將鈦鐵渣經(jīng)過系列處理燒成，工藝過程簡單，無需特殊的處理設(shè)備與技術(shù)，節(jié)省勞動力資源。
2、本發(fā)明以固體廢棄物—鈦鐵渣為主要原料，大幅降低了高鋁隔熱耐火原料的生產(chǎn)成本。
3、本發(fā)明利用原料組分的化學(xué)反應(yīng)造孔，降低了以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料的導(dǎo)熱系數(shù)，并結(jié)合鈦鐵渣組分在高溫條件下的相變體積效應(yīng)，增強(qiáng)了以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料的強(qiáng)度和抗渣侵蝕性能。
本發(fā)明所制備的以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料經(jīng)檢測：導(dǎo)熱系數(shù)為1.85~1.90W/(m·K)；筒壓強(qiáng)度為2.3~2.8MPa；1400℃靜態(tài)坩堝法抗渣實驗侵蝕指數(shù)為2~5%。
因此，本發(fā)明具有工藝簡單、生產(chǎn)成本低和對設(shè)備無特殊要求的特點，所制備的以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料的導(dǎo)熱系數(shù)小、筒壓強(qiáng)度大和抗渣侵蝕性好。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對其保護(hù)范圍的限制：
為避免重復(fù)，先將本具體實施方式所涉及的技術(shù)參數(shù)統(tǒng)一描述如下，實施例中不再贅述：
所述鈦鐵渣為冶煉鈦鐵合金所產(chǎn)生的爐渣，鈦鐵渣的主要物相為剛玉、鈦鋁酸鈣、二鋁酸鈣和鋁酸鈣；鈦鐵渣的主要化學(xué)成分是：Al2O3含量為80~85wt%，TiO2含量為8~10wt%，CaO含量為4~5wt%。
所述鋁粉的Al含量≥98wt%；鋁粉的粒度≤60μm。
所述磷酸溶液的濃度為1~2mol/L。
實施例1
一種以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是：
步驟一、將鈦鐵渣破碎至1~2mm，置于水中，在90~95℃條件下浸泡1~2小時，過濾分離；然后在110~120℃條件干燥3~5小時，過篩，取篩上料，得到處理鈦鐵渣顆粒；所述篩的孔徑為1mm。
步驟二、按所述處理鈦鐵渣顆粒︰鹽酸溶液的質(zhì)量比為1︰(2~2.4)，向所述處理鈦鐵渣顆粒中加入濃度為2~3mol/L的所述鹽酸溶液，攪拌0.5~1小時；再先后水洗和抽濾2~3次，得到前驅(qū)體鈦鐵渣顆粒。
步驟三、向所述前驅(qū)體鈦鐵渣顆粒中加入占所述前驅(qū)體鈦鐵渣顆粒10~12wt%的水，濕磨至粒度≤60μm，得到濕磨后鈦鐵渣粉末。
步驟四、按所述濕磨后鈦鐵渣粉末︰鋁粉的質(zhì)量比為1︰(0.05~0.07)，將所述濕磨后鈦鐵渣粉末和所述鋁粉加入攪拌機(jī)中，混合10~15分鐘，得到混合料。
步驟五、向所述混合料中加入占所述混合料3~5wt%的磷酸溶液，混合均勻，振動成型，在110~120℃條件下養(yǎng)護(hù)8~12小時；最后置于馬弗爐中，以3~5℃/min的速率升溫至1355~1381℃，保溫0.5~1小時，隨爐冷卻至室溫，破碎，制得以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料。
本具體實施方式所制備的以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料經(jīng)檢測：導(dǎo)熱系數(shù)為1.85~1.87W/(m·K)；筒壓強(qiáng)度為2.3~2.5MPa；1400℃靜態(tài)坩堝法抗渣實驗侵蝕指數(shù)為2~4%。
實施例2
一種以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是：
步驟一、將鈦鐵渣破碎至1~2mm，置于水中，在90~95℃條件下浸泡1~2小時，過濾分離；然后在110~120℃條件干燥3~5小時，過篩，取篩上料，得到處理鈦鐵渣顆粒；所述篩的孔徑為1mm。
步驟二、按所述處理鈦鐵渣顆粒︰鹽酸溶液的質(zhì)量比為1︰(2.2~2.6)，向所述處理鈦鐵渣顆粒中加入濃度為2~3mol/L的所述鹽酸溶液，攪拌0.5~1小時；再先后水洗和抽濾2~3次，得到前驅(qū)體鈦鐵渣顆粒。
步驟三、向所述前驅(qū)體鈦鐵渣顆粒中加入占所述前驅(qū)體鈦鐵渣顆粒11~13wt%的水，濕磨至粒度≤60μm，得到濕磨后鈦鐵渣粉末。
步驟四、按所述濕磨后鈦鐵渣粉末︰鋁粉的質(zhì)量比為1︰(0.06~0.08)，將所述濕磨后鈦鐵渣粉末和所述鋁粉加入攪拌機(jī)中，混合10~15分鐘，得到混合料。
步驟五、向所述混合料中加入占所述混合料3~5wt%的磷酸溶液，混合均勻，振動成型，在110~120℃條件下養(yǎng)護(hù)8~12小時；最后置于馬弗爐中，以3~5℃/min的速率升溫至1368~1394℃，保溫0.5~1小時，隨爐冷卻至室溫，破碎，制得以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料。
本具體實施方式所制備的以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料經(jīng)檢測：導(dǎo)熱系數(shù)為1.86~1.88W/(m·K)；筒壓強(qiáng)度為2.4~2.6MPa；1400℃靜態(tài)坩堝法抗渣實驗侵蝕指數(shù)為2~4%。
實施例3
一種以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是：
步驟一、將鈦鐵渣破碎至1~2mm，置于水中，在90~95℃條件下浸泡1~2小時，過濾分離；然后在110~120℃條件干燥3~5小時，過篩，取篩上料，得到處理鈦鐵渣顆粒；所述篩的孔徑為1mm。
步驟二、按所述處理鈦鐵渣顆粒︰鹽酸溶液的質(zhì)量比為1︰(2.4~2.8)，向所述處理鈦鐵渣顆粒中加入濃度為2~3mol/L的所述鹽酸溶液，攪拌0.5~1小時；再先后水洗和抽濾2~3次，得到前驅(qū)體鈦鐵渣顆粒。
步驟三、向所述前驅(qū)體鈦鐵渣顆粒中加入占所述前驅(qū)體鈦鐵渣顆粒12~14wt%的水，濕磨至粒度≤60μm，得到濕磨后鈦鐵渣粉末。
步驟四、按所述濕磨后鈦鐵渣粉末︰鋁粉的質(zhì)量比為1︰(0.07~0.09)，將所述濕磨后鈦鐵渣粉末和所述鋁粉加入攪拌機(jī)中，混合10~15分鐘，得到混合料。
步驟五、向所述混合料中加入占所述混合料3~5wt%的磷酸溶液，混合均勻，振動成型，在110~120℃條件下養(yǎng)護(hù)8~12小時；最后置于馬弗爐中，以3~5℃/min的速率升溫至1381~1407℃，保溫0.5~1小時，隨爐冷卻至室溫，破碎，制得以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料。
本具體實施方式所制備的以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料經(jīng)檢測：導(dǎo)熱系數(shù)為1.87~1.89W/(m·K)；筒壓強(qiáng)度為2.5~2.7MPa；1400℃靜態(tài)坩堝法抗渣實驗侵蝕指數(shù)為3~5%。
實施例4
一種以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是：
步驟一、將鈦鐵渣破碎至1~2mm，置于水中，在90~95℃條件下浸泡1~2小時，過濾分離；然后在110~120℃條件干燥3~5小時，過篩，取篩上料，得到處理鈦鐵渣顆粒；所述篩的孔徑為1mm。
步驟二、按所述處理鈦鐵渣顆粒︰鹽酸溶液的質(zhì)量比為1︰(2.6~3)，向所述處理鈦鐵渣顆粒中加入濃度為2~3mol/L的所述鹽酸溶液，攪拌0.5~1小時；再先后水洗和抽濾2~3次，得到前驅(qū)體鈦鐵渣顆粒。
步驟三、向所述前驅(qū)體鈦鐵渣顆粒中加入占所述前驅(qū)體鈦鐵渣顆粒13~15wt%的水，濕磨至粒度≤60μm，得到濕磨后鈦鐵渣粉末。
步驟四、按所述濕磨后鈦鐵渣粉末︰鋁粉的質(zhì)量比為1︰(0.08~0.1)，將所述濕磨后鈦鐵渣粉末和所述鋁粉加入攪拌機(jī)中，混合10~15分鐘，得到混合料。
步驟五、向所述混合料中加入占所述混合料3~5wt%的磷酸溶液，混合均勻，振動成型，在110~120℃條件下養(yǎng)護(hù)8~12小時；最后置于馬弗爐中，以3~5℃/min的速率升溫至1394~1420℃，保溫0.5~1小時，隨爐冷卻至室溫，破碎，制得以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料。
本具體實施方式所制備的以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料經(jīng)檢測：導(dǎo)熱系數(shù)為1.88~1.90W/(m·K)；筒壓強(qiáng)度為2.6~2.8MPa；1400℃靜態(tài)坩堝法抗渣實驗侵蝕指數(shù)為3~5%。
本具體實施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：
1、本具體實施方式將鈦鐵渣經(jīng)過系列處理燒成，工藝過程簡單，無需特殊的處理設(shè)備與技術(shù)，節(jié)省勞動力資源。
2、本具體實施方式以固體廢棄物—鈦鐵渣為主要原料，大幅降低了高鋁隔熱耐火原料的生產(chǎn)成本。
3、本具體實施方式利用原料組分的化學(xué)反應(yīng)造孔，降低了以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料的導(dǎo)熱系數(shù)，并結(jié)合鈦鐵渣組分在高溫條件下的相變體積效應(yīng)，增強(qiáng)了以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料的強(qiáng)度和抗渣侵蝕性能。
本具體實施方式所制備的以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料經(jīng)檢測：導(dǎo)熱系數(shù)為1.85~1.90W/(m·K)；筒壓強(qiáng)度為2.3~2.8MPa；1400℃靜態(tài)坩堝法抗渣實驗侵蝕指數(shù)為2~5%。
因此，本具體實施方式具有工藝簡單、生產(chǎn)成本低和對設(shè)備無特殊要求的特點，所制備的以鈦鐵渣為主料的高鋁隔熱耐火原料的導(dǎo)熱系數(shù)小、筒壓強(qiáng)度大和抗渣侵蝕性好。