本發(fā)明屬于輕質(zhì)耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
六鋁酸鈣（CaO·6Al2O3，簡(jiǎn)寫為CA6）是CaO-Al2O3二元體系內(nèi)重要的化合物，具有熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱系數(shù)小和抗水化性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于輕質(zhì)耐火材料的制備（王長(zhǎng)寶.“六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料的研究”，武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008；易帥.“CaAl12O19及其復(fù)相材料的制備與性能研究”，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)博士學(xué)位論文，2015）。
目前，六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料的制備大多以可分解鈣鹽（如碳酸鈣、氫氧化鈣等）和可分解鋁鹽（如氫氧化鋁、碳酸鋁等）為原料，并輔以一定量的發(fā)泡劑或可燃物等組分，經(jīng)混合成型后，在高溫條件下燒成，如“一種六鋁酸鈣和剛玉復(fù)相多孔輕質(zhì)隔熱保溫耐火材料及其制備方法”（CN201010269867.9）、“一種高強(qiáng)六鋁酸鈣輕質(zhì)隔熱材料及其制備方法”（CN201310434127.X）。但采用原位分解反應(yīng)造孔，其化學(xué)反應(yīng)速率難以控制；采用發(fā)泡劑造孔不僅浪費(fèi)大量化學(xué)熱，而且制備工藝過程復(fù)雜；采用燒失法造孔則孔隙結(jié)構(gòu)完全依賴于可燃物的形態(tài)，大大降低了輕質(zhì)耐火材料的成品率與性能。
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，目的在于提供一種成本低廉、工藝簡(jiǎn)單和成品率高的六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料的制備方法，用該方法制備的六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料的體積密度低、耐壓強(qiáng)度大和導(dǎo)熱系數(shù)小。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的制備方法的具體步驟是：
第一步、按γ-氧化鋁微粉︰石灰石的質(zhì)量比為(6.5~7.0)︰1配料，球磨至粒度≤80μm，得到混合料A。
第二步、將所述混合料A在30~50MPa條件下壓制成型，再置于馬弗爐中，于空氣氣氛和1375~1425℃條件下熱處理30~40分鐘，隨爐冷卻，破碎，研磨至粒度為40~60μm，得到熱處理料。
第三步、按所述熱處理料∶ρ-氧化鋁微粉∶碳酸氫銨∶水的質(zhì)量比為(40~70)∶(1.0~1.5)∶(2.0~2.5)∶100，將所述熱處理料、ρ-氧化鋁微粉、碳酸氫銨和水?dāng)嚢?~7分鐘，得到混合料B。
第四步、按所述混合料B︰電石的質(zhì)量比為100︰(2~3)，攪拌3~5分鐘，加入模具中成型，困料6~12小時(shí)，得到坯體。
第五步、將所述坯體置于馬弗爐中，在1450~1500℃條件下保溫30~40分鐘，隨爐自然冷卻，制得六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料。
所述γ-氧化鋁微粉的Al2O3含量≥96wt%。
所述石灰石的CaCO3含量≥95wt%。
所述ρ-氧化鋁微粉的Al2O3含量≥96wt%；ρ-氧化鋁微粉的粒度為40~60μm。
所述碳酸氫銨為化學(xué)純。
所述電石的CaC2含量≥96wt%；電石的粒度為60~80μm。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明選用的原料來源豐富，成本低廉，無需特殊的處理技術(shù)與設(shè)備，工藝簡(jiǎn)單。
2、本發(fā)明利用原料組分的原位反應(yīng)及其化學(xué)熱，實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)耐火材料坯體的免干燥，有效抑制孔隙坍塌，提升了六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料的成品率與強(qiáng)度，降低了六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料的體積密度和導(dǎo)熱系數(shù)。
本發(fā)明所制備的六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料經(jīng)檢測(cè)：成品率為99.0~99.5%；體積密度為0.45~0.70g·cm-3；耐壓強(qiáng)度為8~13MPa；導(dǎo)熱系數(shù)為0.10~0.15W·m-1·K-1。
因此，本發(fā)明具有成本低廉、工藝簡(jiǎn)單和成品率高的特點(diǎn)；所制備的六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料體積密度低、耐壓強(qiáng)度大和導(dǎo)熱系數(shù)小。
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，實(shí)施例中不再贅述：
所述γ-氧化鋁微粉的Al2O3含量≥96wt%。
所述石灰石的CaCO3含量≥95wt%。
所述ρ-氧化鋁微粉的Al2O3含量≥96wt%；ρ-氧化鋁微粉的粒度為40~60μm。
所述碳酸氫銨為化學(xué)純。
所述電石的CaC2含量≥96wt%；電石的粒度為60~80μm。
實(shí)施例1
一種六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法的具體步驟是：
第一步、按γ-氧化鋁微粉︰石灰石的質(zhì)量比為(6.5~6.7)︰1配料，球磨至粒度≤80μm，得到混合料A。
第二步、將所述混合料A在30~50MPa條件下壓制成型，再置于馬弗爐中，于空氣氣氛和1375~1425℃條件下熱處理30~40分鐘，隨爐冷卻，破碎，研磨至粒度為40~60μm，得到熱處理料。
第三步、按所述熱處理料∶ρ-氧化鋁微粉∶碳酸氫銨∶水的質(zhì)量比為(40~52)∶(1.0~1.2)∶(2.0~2.2)∶100，將所述熱處理料、ρ-氧化鋁微粉、碳酸氫銨和水?dāng)嚢?~7分鐘，得到混合料B。
第四步、按所述混合料B︰電石的質(zhì)量比為100︰(2~2.4)，攪拌3~5分鐘，加入模具中成型，困料6~12小時(shí)，得到坯體。
第五步、將所述坯體置于馬弗爐中，在1450~1470℃條件下保溫30~40分鐘，隨爐自然冷卻，制得六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料。
本實(shí)施例所制備的六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料經(jīng)檢測(cè)：成品率為99.0~99.2%；體積密度為0.45~0.55g·cm-3；耐壓強(qiáng)度為8~10MPa；導(dǎo)熱系數(shù)為0.10~0.12W·m-1·K-1。
實(shí)施例2
一種六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法的具體步驟是：
第一步、按γ-氧化鋁微粉︰石灰石的質(zhì)量比為(6.6~6.8)︰1配料，球磨至粒度≤80μm，得到混合料A。
第二步、將所述混合料A在30~50MPa條件下壓制成型，再置于馬弗爐中，于空氣氣氛和1375~1425℃條件下熱處理30~40分鐘，隨爐冷卻，破碎，研磨至粒度為40~60μm，得到熱處理料。
第三步、按所述熱處理料∶ρ-氧化鋁微粉∶碳酸氫銨∶水的質(zhì)量比為(46~58)∶(1.1~1.3)∶(2.1~2.3)∶100，將所述熱處理料、ρ-氧化鋁微粉、碳酸氫銨和水?dāng)嚢?~7分鐘，得到混合料B。
第四步、按所述混合料B︰電石的質(zhì)量比為100︰(2.2~2.6)，攪拌3~5分鐘，加入模具中成型，困料6~12小時(shí)，得到坯體。
第五步、將所述坯體置于馬弗爐中，在1460~1480℃條件下保溫30~40分鐘，隨爐自然冷卻，制得六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料。
本實(shí)施例所制備的六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料經(jīng)檢測(cè)：成品率為99.1~99.3%；體積密度為0.50~0.60g·cm-3；耐壓強(qiáng)度為9~11MPa；導(dǎo)熱系數(shù)為0.11~0.13W·m-1·K-1。
實(shí)施例3
一種六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法的具體步驟是：
第一步、按γ-氧化鋁微粉︰石灰石的質(zhì)量比為(6.7~6.9)︰1配料，球磨至粒度≤80μm，得到混合料A。
第二步、將所述混合料A在30~50MPa條件下壓制成型，再置于馬弗爐中，于空氣氣氛和1375~1425℃條件下熱處理30~40分鐘，隨爐冷卻，破碎，研磨至粒度為40~60μm，得到熱處理料。
第三步、按所述熱處理料∶ρ-氧化鋁微粉∶碳酸氫銨∶水的質(zhì)量比為(52~64)∶(1.2~1.4)∶(2.2~2.4)∶100，將所述熱處理料、ρ-氧化鋁微粉、碳酸氫銨和水?dāng)嚢?~7分鐘，得到混合料B。
第四步、按所述混合料B︰電石的質(zhì)量比為100︰(2.4~2.8)，攪拌3~5分鐘，加入模具中成型，困料6~12小時(shí)，得到坯體。
第五步、將所述坯體置于馬弗爐中，在1470~1490℃條件下保溫30~40分鐘，隨爐自然冷卻，制得六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料。
本實(shí)施例所制備的六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料經(jīng)檢測(cè)：成品率為99.2~99.4%；體積密度為0.55~0.65g·cm-3；耐壓強(qiáng)度為10~12MPa；導(dǎo)熱系數(shù)為0.12~0.14W·m-1·K-1。
實(shí)施例4
一種六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法的具體步驟是：
第一步、按γ-氧化鋁微粉︰石灰石的質(zhì)量比為(6.8~7.0)︰1配料，球磨至粒度≤80μm，得到混合料A。
第二步、將所述混合料A在30~50MPa條件下壓制成型，再置于馬弗爐中，于空氣氣氛和1375~1425℃條件下熱處理30~40分鐘，隨爐冷卻，破碎，研磨至粒度為40~60μm，得到熱處理料。
第三步、按所述熱處理料∶ρ-氧化鋁微粉∶碳酸氫銨∶水的質(zhì)量比為(58~70)∶(1.3~1.5)∶(2.3~2.5)∶100，將所述熱處理料、ρ-氧化鋁微粉、碳酸氫銨和水?dāng)嚢?~7分鐘，得到混合料B。
第四步、按所述混合料B︰電石的質(zhì)量比為100︰(2.6~3)，攪拌3~5分鐘，加入模具中成型，困料6~12小時(shí)，得到坯體。
第五步、將所述坯體置于馬弗爐中，在1480~1500℃條件下保溫30~40分鐘，隨爐自然冷卻，制得六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料。
本實(shí)施例所制備的六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料經(jīng)檢測(cè)：成品率為99.3~99.5%；體積密度為0.60~0.70g·cm-3；耐壓強(qiáng)度為11~13MPa；導(dǎo)熱系數(shù)為0.13~0.15W·m-1·K-1。
本具體實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、本具體實(shí)施方式選用的原料來源豐富，成本低廉，無需特殊的處理技術(shù)與設(shè)備，工藝簡(jiǎn)單。
2、本具體實(shí)施方式利用原料組分的原位反應(yīng)及其化學(xué)熱，實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)耐火材料坯體的免干燥，有效抑制孔隙坍塌，提升了六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料的成品率與強(qiáng)度，降低了六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料的體積密度和導(dǎo)熱系數(shù)。
本具體實(shí)施方式所制備的六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料經(jīng)檢測(cè)：成品率為99.0~99.5%；體積密度為0.45~0.70g·cm-3；耐壓強(qiáng)度為8~13MPa；導(dǎo)熱系數(shù)為0.10~0.15W·m-1·K-1。
因此，本具體實(shí)施方式具有成本低廉、工藝簡(jiǎn)單和成品率高的特點(diǎn)；所制備的六鋁酸鈣輕質(zhì)耐火材料體積密度低、耐壓強(qiáng)度大和導(dǎo)熱系數(shù)小。