本發(fā)明屬于微孔骨料技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種莫來(lái)石碳化硅微孔骨料及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著高溫窯爐的飛速發(fā)展及節(jié)能減排的迫切需要，窯爐工作襯用耐火材料朝低導(dǎo)熱化發(fā)展成為一種趨勢(shì)，而實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)熱化目標(biāo)的主要方法是開(kāi)發(fā)輕量化微孔骨料。
礬土基耐火材料具有較為優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性能以及高溫性能，常作為工作襯廣泛應(yīng)用于煉鐵、水泥和化工等高能耗行業(yè)，該類耐火材料低導(dǎo)熱化的實(shí)現(xiàn)對(duì)于工業(yè)能耗的降低起著舉足輕重的作用?！耙环N微孔輕量礬土耐火骨料及其制備方法”(CN104177107A)專利技術(shù)，該技術(shù)以70~95wt%的礬土生料和5~30wt%的有機(jī)聚合物為原料，外加原料30~60wt%的水，經(jīng)濕磨、自然干燥和燒成，制得容重為2.5~3.1g/cm3和顯氣孔率為6~16%的微孔輕量礬土骨料。該微孔輕量礬土骨料利用有機(jī)聚合物燒失的過(guò)程得到部分微孔，不僅成本高，而且所得原料開(kāi)口氣孔偏高和強(qiáng)度偏低，對(duì)用該原料制得的耐火材料抗侵蝕性能不利。
近些年，光伏產(chǎn)業(yè)在我國(guó)也得到了蓬勃發(fā)展。其中，在工業(yè)生產(chǎn)太陽(yáng)能電池基板時(shí)會(huì)不斷排放出大量晶體硅切割廢液，這些廢液中通常含有聚乙二醇、碳化硅以及硅屑粉。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年被當(dāng)作廢液排放掉的晶體硅切割液達(dá)到上萬(wàn)噸。目前切割廢液的回收大多以回收聚乙二醇為主，因而導(dǎo)致大量固體廢棄物排出，不僅造成了資源的大量浪費(fèi)，也對(duì)環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的污染。近年來(lái)依靠物理方法實(shí)現(xiàn)切割廢液中碳化硅粉和單質(zhì)硅的回收也有相關(guān)的專利技術(shù)報(bào)道，但由于該種回收工藝不夠成熟，不僅對(duì)設(shè)備要求極高，還會(huì)帶來(lái)巨大能耗，經(jīng)濟(jì)效益較差。除了以上提純工藝之外，目前并未有晶體硅切割廢液高效綜合利用的相關(guān)報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的在于提供一種生產(chǎn)成本低、工藝簡(jiǎn)單、節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的莫來(lái)石碳化硅微孔骨料的制備方法，用該方法制備的莫來(lái)石碳化硅微孔骨料導(dǎo)熱系數(shù)低、強(qiáng)度高、耐磨性能好和抗侵蝕能力強(qiáng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：先以45~70wt%的礬土生料和30~55wt%的晶體硅切割廢液為原料，外加所述原料0.5~5.0wt%的造孔劑，混合均勻，于20~50MPa條件下壓制成型，自然干燥，在60~110℃條件下烘烤12~24h；然后升溫至1350~1550℃，保溫1~12h，再自然冷卻至室溫，破碎，制得莫來(lái)石碳化硅微孔骨料。
所述礬土生料的Al2O3含量≥60wt%；礬土生料粒徑＜0.074mm。
所述晶體硅切割廢液的化學(xué)成分是：SiC含量≥35wt%，Si含量≥15wt%，C含量≥4wt%。
所述的造孔劑為無(wú)煙煤、竹炭粉和糊精中的一種以上；造孔劑的粒徑＜0.005mm。
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)明以礬土生料和晶體硅切割廢液為原料，混合均勻后壓制成型，煅燒后即得莫來(lái)石碳化硅微孔骨料，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單；所用主要原料之一為目前產(chǎn)量很大的晶體硅切割廢液，不僅對(duì)晶體硅切割廢液中的主要成分進(jìn)行了充分的利用，變廢為寶，避免了因排放造成的環(huán)境污染，而且大大節(jié)約了成本，提高了切割廢液的產(chǎn)品附加值。
本發(fā)明在燒成過(guò)程中：晶體硅切割廢液中的聚乙二醇可作為造孔劑，有利于提高微孔在材料內(nèi)部的形成比例；晶體硅切割廢液中的單質(zhì)硅在氧化過(guò)程中形成SiO2，所述SiO2伴隨體積膨脹能降低材料的平均孔徑；晶體硅切割廢液中SiC組分可提高高溫下骨料內(nèi)部液相的粘度，液相流動(dòng)性變差，大大降低了高溫下微孔合并和長(zhǎng)大的幾率，保證材料在高溫下仍有較多的微孔存在。本發(fā)明不僅節(jié)約了大量晶體硅切割廢液的處理費(fèi)用，而且可以最大程度地變廢為寶。另外，碳質(zhì)造孔劑的引入，亦能提升骨料在高溫下的粘度，有助于微孔比例的提高。
本發(fā)明所制備的莫來(lái)石碳化硅微孔骨料閉氣孔率高、孔徑小且分布均勻、抗熔渣以及侵蝕性氣體侵蝕能力強(qiáng)、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低和耐磨性好，所制得的莫來(lái)石碳化硅微孔骨料經(jīng)檢測(cè)：平均孔徑為0.8~1.2μm；＜1μm氣孔的比例為80%~95%；體積密度為2.3~3.2g/cm3；閉氣孔率為10~20%；常溫耐壓強(qiáng)度為120~150MPa；1000℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.7~1.2 W/(m?k)。
因此，本發(fā)明具有生產(chǎn)成本低，工藝簡(jiǎn)單，節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的特點(diǎn)；所制備的莫來(lái)石碳化硅微孔骨料導(dǎo)熱系數(shù)低、強(qiáng)度高、耐磨性能好和抗侵蝕能力強(qiáng)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制。
為避免重復(fù)，先將本具體實(shí)施方式所涉及的原料統(tǒng)一描述如下，在實(shí)施例中不再贅述。
所述礬土生料的Al2O3含量≥60wt%；礬土生料粒徑＜0.074mm。
所述晶體硅切割廢液的化學(xué)成分是：SiC含量≥35wt%，Si含量≥15wt%，C含量≥4wt%。
所述無(wú)煙煤、竹炭粉和糊精的粒徑＜0.005mm。
實(shí)施例1
一種莫來(lái)石碳化硅微孔骨料及其制備方法。先以45~50wt%的礬土生料和50~55wt%的晶體硅切割廢液為原料，外加所述原料0.5~3.0wt%的無(wú)煙煤，混合均勻，于20~30MPa條件下壓制成型，自然干燥，在60~85℃條件下烘烤12~19h；然后升溫至1350~1400℃，保溫1~7h，再自然冷卻至室溫，破碎，制得莫來(lái)石碳化硅微孔骨料。
本實(shí)施例1所制備的莫來(lái)石碳化硅微孔骨料經(jīng)檢測(cè)：平均孔徑為1.1~1.2μm；<1μm氣孔的比例為80~89%；體積密度為2.3~2.6g/cm3；閉氣孔率為10~14%；常溫耐壓強(qiáng)度為120~135MPa；1000℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為1.0~1.2W/(m?k)。
實(shí)施例2
一種莫來(lái)石碳化硅微孔骨料及其制備方法。先以50~55wt%的礬土生料和45~50wt%的晶體硅切割廢液為原料，外加所述原料1.0~3.5wt%的竹炭粉，混合均勻，于25~35MPa條件下壓制成型，自然干燥，在65~90℃條件下烘烤13~20h；然后升溫至1400~1450℃，保溫2~8h，再自然冷卻至室溫，破碎，制得莫來(lái)石碳化硅微孔骨料。
本實(shí)施例2所制備的莫來(lái)石碳化硅微孔骨料經(jīng)檢測(cè)：平均孔徑為1.0~1.1μm；＜1μm氣孔的比例為82~91%；體積密度為2.5~2.8g/cm3；閉氣孔率為12~16%；常溫耐壓強(qiáng)度為125~140MPa；1000℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.9~1.1W/(m?k)。
實(shí)施例3
一種莫來(lái)石碳化硅微孔骨料及其制備方法。先以55~60wt%的礬土生料和40~45wt%的晶體硅切割廢液為原料，外加所述原料1.5~4.0wt%的糊精，混合均勻，于30~40MPa條件下壓制成型，自然干燥，在70~95℃條件下烘烤14~21h；然后升溫至1450~1500℃，保溫3~9h，再自然冷卻至室溫，破碎，制得莫來(lái)石碳化硅微孔骨料。
本實(shí)施例3所制備的莫來(lái)石碳化硅微孔骨料經(jīng)檢測(cè)：平均孔徑為0.9~1.0μm；＜1μm氣孔的比例為84~93%；體積密度為2.7~3.0g/cm3；閉氣孔率為14~18%；常溫耐壓強(qiáng)度為130~145MPa；1000℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.8~1.0W/(m?k)。
實(shí)施例4
一種莫來(lái)石碳化硅微孔骨料及其制備方法。先以60~65wt%的礬土生料和35~40wt%的晶體硅切割廢液為原料，外加所述原料1.0~2.5wt%的無(wú)煙煤和1.0~2.0wt%的竹炭粉，混合均勻，于35~45MPa條件下壓制成型，自然干燥，在75~100℃條件下烘烤15~22h；然后升溫至1500~1550℃，保溫4~10h，再自然冷卻至室溫，破碎，制得莫來(lái)石碳化硅微孔骨料。
本實(shí)施例4所制備的莫來(lái)石碳化硅微孔骨料經(jīng)檢測(cè)：平均孔徑為0.8~0.9μm；＜1μm氣孔的比例為86~95%；體積密度為2.9~3.2g/cm3；閉氣孔率為16~20%；常溫耐壓強(qiáng)度為135~150MPa；1000℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.7~0.9W/(m?k)。
實(shí)施例5
一種莫來(lái)石碳化硅微孔骨料及其制備方法。先以65~70wt%的礬土生料和30~55wt%的晶體硅切割廢液為原料，外加所述原料1.5~2.5wt%的無(wú)煙煤和1.0~2.5wt%的糊精，混合均勻，于40~50MPa條件下壓制成型，自然干燥，在80~105℃條件下烘烤16~23h；然后升溫至1350~1400℃，保溫5~11h，再自然冷卻至室溫，破碎，制得莫來(lái)石碳化硅微孔骨料。
本實(shí)施例5所制備的莫來(lái)石碳化硅微孔骨料經(jīng)檢測(cè)：平均孔徑為1.0~1.1μm；＜1μm氣孔的比例為84~93%；體積密度為2.9~3.2g/cm3；閉氣孔率為16~20%；常溫耐壓強(qiáng)度為130~145MPa；1000℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.7~0.9W/(m?k)。
實(shí)施例6
一種莫來(lái)石碳化硅微孔骨料及其制備方法。先以60~65wt%的礬土生料和35~40wt%的晶體硅切割廢液為原料，外加所述原料0.5~1.5wt%的無(wú)煙煤、1.0~1.5wt%竹炭粉和1.0~2,0wt%的糊精，混合均勻，于35~45MPa條件下壓制成型，自然干燥，在85~110℃條件下烘烤17~24h；然后升溫至1500~1550℃，保溫6~12h，再自然冷卻至室溫，破碎，制得莫來(lái)石碳化硅微孔骨料。
本實(shí)施例6所制備的莫來(lái)石碳化硅微孔骨料經(jīng)檢測(cè)：平均孔徑為1.1~1.2μm；＜1μm氣孔的比例為82~91%；體積密度為2.7~3.0g/cm3；閉氣孔率為14~18%；常溫耐壓強(qiáng)度為125~140MPa；1000℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.8~1.0W/(m?k)。
本具體實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：
本具體實(shí)施方式以礬土生料和晶體硅切割廢液為原料，混合均勻后壓制成型，煅燒后即得莫來(lái)石碳化硅微孔骨料，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單；所用主要原料之一為目前產(chǎn)量很大的晶體硅切割廢液，不僅對(duì)晶體硅切割廢液中的主要成分進(jìn)行了充分的利用，變廢為寶，避免了因排放造成的環(huán)境污染，而且大大節(jié)約了成本，提高了切割廢液的產(chǎn)品附加值。
本具體實(shí)施方式在燒成過(guò)程中：晶體硅切割廢液中的聚乙二醇可作為造孔劑，有利于提高微孔在材料內(nèi)部的形成比例；晶體硅切割廢液中的單質(zhì)硅在氧化過(guò)程中形成SiO2，所述SiO2伴隨體積膨脹能降低材料的平均孔徑；晶體硅切割廢液中SiC組分可提高高溫下骨料內(nèi)部液相的粘度，液相流動(dòng)性變差，大大降低了高溫下微孔合并和長(zhǎng)大的幾率，保證材料在高溫下仍有較多的微孔存在。本具體實(shí)施方式不僅節(jié)約了大量晶體硅切割廢液的處理費(fèi)用，而且可以最大程度地變廢為寶。另外，碳質(zhì)造孔劑的引入，亦能提升骨料在高溫下的粘度，有助于微孔比例的提高。
本具體實(shí)施方式所制備的莫來(lái)石碳化硅微孔骨料閉氣孔率高、孔徑小且分布均勻、抗熔渣以及侵蝕性氣體侵蝕能力強(qiáng)、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低和耐磨性好，所制得的莫來(lái)石碳化硅微孔骨料經(jīng)檢測(cè)：平均孔徑為0.8~1.2μm；＜1μm氣孔的比例為80%~95%；體積密度為2.3~3.2g/cm3；閉氣孔率為10~20%；常溫耐壓強(qiáng)度為120~150MPa；1000℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.7~1.2 W/(m?k)。
因此，本具體實(shí)施方式具有生產(chǎn)成本低，工藝簡(jiǎn)單，節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的特點(diǎn)；所制備的莫來(lái)石碳化硅微孔骨料導(dǎo)熱系數(shù)低、強(qiáng)度高、耐磨性能好和抗侵蝕能力強(qiáng)。