本發(fā)明屬于莫來石耐火骨料技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種高強微孔莫來石耐火骨料及其制備方法。

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、熱導率低、化學穩(wěn)定性好等特點，是理想的高級耐火材料，被廣泛用于玻璃、冶金、陶瓷等工業(yè)。

自然界中天然莫來石礦物很少，工業(yè)用莫來石主要為人工合成?，F(xiàn)有技術(shù)中，合成莫來石的的方法主要有電熔法和燒結(jié)法。電熔法主要是以高礬土、工業(yè)氧化鋁和耐火黏土為原料在電弧中熔融而成，此法耗電量大并且對合成條件要求苛刻。燒結(jié)法主要是將高鋁礬土、高嶺土、葉臘石等和工業(yè)氧化鋁按一定比例混合均勻后，濕法球磨、成型、干燥、高溫燒成和破碎，即得莫來石骨料。這種經(jīng)破碎后制得骨料的方法能耗較高，其能量消耗接近燒成過程的30％，生產(chǎn)工藝復雜，并且受原料影響較大?！耙环N以高鋁粉煤灰為單一鋁源制備高鋁質(zhì)耐火磚用莫來石骨料的方法”(cn104557094a)專利技術(shù)，該專利技術(shù)以粉煤灰為原料，經(jīng)預處理、球磨、壓制成型、高溫燒結(jié)、破碎和篩分后即得高鋁質(zhì)耐火磚用莫來石骨料。該方法的缺陷主要是：(1)粉煤灰純度不高，預處理過程較為繁瑣；(2)破碎過程破壞了骨料的表面結(jié)構(gòu)，且產(chǎn)品的粒徑不容易控制。

隨著高溫工業(yè)節(jié)能減排要求的提高，輕質(zhì)莫來石骨料由于具有體積密度和熱導率較低、保溫隔熱性能好等優(yōu)良特性，逐漸在各個工業(yè)窯爐上得到廣泛應(yīng)用?！耙环N微孔莫來石輕質(zhì)骨料及其制備方法”(cn101265118b)的專利技術(shù)，該專利技術(shù)采用鋁礬土生料、煤矸石、鋸末和石油焦炭為原料制得莫來石輕質(zhì)骨料。該方法的缺陷主要是：(1)加水量較大導致制品干燥時間較長，生產(chǎn)效率低；(2)添加鋸末作為造孔劑，燒失后產(chǎn)生的氣孔較大且不均勻，導致制品強度不高、抗侵蝕性能差；(3)煤矸石、鋸末原料中雜質(zhì)含量較高，使得所制備的輕質(zhì)莫來石使用溫度不高。

綜上所述，目前生產(chǎn)的輕質(zhì)莫來石骨料普遍能耗高，所獲得的強度僅能滿足保溫層需要，難以滿足工業(yè)爐工作層使用的需要。

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、生產(chǎn)能耗低的高強微孔莫來石耐火骨料的制備方法；用該方法制備的高強微孔莫來石耐火骨料耐壓強度大、使用溫度高、體積密度低和導熱系數(shù)小。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

(1)以50～70wt％的高嶺土細粉和30～50wt％的活性α-al2o3微粉為原料，外加所述原料2～5wt％的糊精、1～5wt％的金屬鋁粉和1～3wt％的炭黑，混合均勻，即得混合料。

(2)將所述原料3～10wt％的鋁溶膠、1～3wt％的硅溶膠、0.5～1.0wt％的鋰輝石和2～8wt％的水混合均勻，制得漿體，備用。

(3)將所述混合料置入圓盤造粒中，邊造粒邊噴灑所述漿體，制得粒徑為1～10mm的顆粒。

(4)將所述顆粒自然干燥24h，再于100～110℃條件下干燥24～48h，然后升溫至1200～1600℃，保溫2～4h，自然冷卻，篩分，制得高強微孔莫來石耐火骨料。

所述高嶺土細粉的主要化學成分是：al2o3含量＞45wt％，fe2o3含量＜0.8wt％，k2o+na2o含量＜0.3wt％；所述高嶺土細粉的中位徑小于40μm。

所述活性α-al2o3微粉中的al2o3含量≥99wt％，中位徑小于1.5μm。

所述鋁溶膠的固含量為15～25wt％。

所述硅溶膠的固含量為25～35wt％。

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，混合均勻后采用圓盤造粒成型，干燥，高溫燒成，冷卻后篩分，制得高強微孔莫來石耐火骨料。所制得的高強微孔莫來石耐火骨料可供直接使用，無需破碎。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方法更為簡單，生產(chǎn)能耗低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明所用的高嶺土細粉中氧化鋁含量較高(al2o3含量＞45wt％)，雜質(zhì)較少(fe2o3含量＜0.8wt％，k2o+na2o含量＜0.3wt％)，所制備的高強微孔莫來石耐火骨料使用溫度大幅度提高，最高使用溫度可達1600℃。

本發(fā)明所采用的高嶺石具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)，即由硅氧四面體和氫氧鋁八面體組成的雙層結(jié)構(gòu)單元層，結(jié)合較薄弱，在燒成過程中容易形成微孔。制品中氣孔孔徑均小于1μm，平均孔徑小且分布均勻，這種圓形、細小分散的氣孔能夠顯著提高制品的耐壓強度。與此同時，外加的鋁溶膠和硅溶膠在高溫下易與雜質(zhì)形成液相促進材料燒結(jié)，形成莫來石網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；以及外加的鋰輝石在高溫下形成液相與氧化鋁反應(yīng)生成針狀或柱狀含鋰莫來石，這些莫來石相隨機交錯分布，大大提高了制品的強度，其耐壓強度可達140～200mpa。金屬al粉的添加進一步增加了材料的反應(yīng)燒結(jié)，能在材料內(nèi)部生成柱狀sialon相，也可以進一步提升材料的強度。

本發(fā)明所制備的高強微孔莫來石耐火骨料經(jīng)檢測：體積密度為1.9～2.7g/cm³；顯氣孔率為20～43％；吸水率10～20％；常溫耐壓強度為140～200mpa；1000℃時的導熱系數(shù)為0.6～0.9w/(m·k)；氣孔孔徑均小于1μm。

因此，本發(fā)明具有工藝簡單和生產(chǎn)能耗低等特點，所制備的高強微孔莫來石耐火骨料耐壓強度大、使用溫度高、體積密度低和導熱系數(shù)小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備的一種高強微孔莫來石耐火骨料照片；

圖2為圖1所示高強微孔莫來石耐火骨料的孔徑分布曲線；

圖3為圖1所示高強微孔莫來石耐火骨料的sem圖(×5000)。

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，先將本具體實施方式所涉及到的原料統(tǒng)一描述如下，在實施例中不再贅述：

所述高嶺土細粉的主要化學成分是：al2o3含量＞45wt％，fe2o3含量＜0.8wt％，k2o+na2o含量＜0.3wt％；所述高嶺土細粉的中位徑小于40μm。

所述活性α-al2o3微粉中的al2o3含量≥99wt％，中位徑小于1.5μm。

所述鋁溶膠的固含量為15～25wt％。

所述硅溶膠的固含量為25～35wt％。

實施例1

一種高強微孔莫來石耐火骨料及其制備方法。本實施例所述制備方法是：

(1)以50～55wt％的高嶺土細粉和45～50wt％的活性α-al2o3微粉為原料，外加所述原料2～2.5wt％的糊精、1～1.7wt％的金屬鋁粉和1～1.4wt％的炭黑，混合均勻，即得混合料。

(2)將所述原料3～5wt％的鋁溶膠、1～1.5wt％的硅溶膠、0.5～0.6wt％的鋰輝石和2～3wt％的水混合均勻，制得漿體，備用。

(3)將所述混合料置入圓盤造粒中，邊造粒邊噴灑所述漿體，制得粒徑為1～10mm的顆粒。

(4)將所述顆粒自然干燥24h，再于100～110℃條件下干燥24～48h，然后升溫至1200～1300℃，保溫2～4h，自然冷卻，篩分，制得高強微孔莫來石耐火骨料。

本實施例所制得的高強微孔莫來石耐火骨料經(jīng)檢測：體積密度為1.9～2.1g/cm³；顯氣孔率為38～43％，吸水率10～14％；常溫耐壓強度為140～150mpa；1000℃時的導熱系數(shù)為0.85～0.90w/(m·k)；氣孔孔徑均小于1μm。

實施例2

一種高強微孔莫來石耐火骨料及其制備方法。本實施例所述制備方法是：

(1)以55～58wt％的高嶺土細粉和42～47wt％的活性α-al2o3微粉為原料，外加所述原料2.4～2.9wt％的糊精、1.6～2.3wt％的金屬鋁粉和1.3～1.7wt％的炭黑，混合均勻，即得混合料。

(2)將所述原料4～6wt％的鋁溶膠、1.3～1.8wt％的硅溶膠、0.6～0.7wt％的鋰輝石和3～4wt％的水混合均勻，制得漿體，備用。

(3)將所述混合料置入圓盤造粒中，邊造粒邊噴灑所述漿體，制得粒徑為1～10mm的顆粒。

(4)將所述顆粒自然干燥24h，再于100～110℃條件下干燥24～48h，然后升溫至1250～1350℃，保溫2～4h，自然冷卻，篩分，制得高強微孔莫來石耐火骨料。

本實施例所制得的高強微孔莫來石耐火骨料經(jīng)檢測：體積密度為2.0～2.2g/cm³；顯氣孔率為35～40％；吸水率11～15％；常溫耐壓強度為148～158mpa；1000℃時的導熱系數(shù)為0.82～0.86w/(m·k)；氣孔孔徑均小于1μm。

實施例3

一種高強微孔莫來石耐火骨料及其制備方法。本實施例所述制備方法是：

(1)以56～61wt％的高嶺土細粉和39～44wt％的活性α-al2o3微粉為原料，外加所述原料2.8～3.3wt％的糊精、2.2～2.9wt％的金屬鋁粉和1.6～2.0wt％的炭黑，混合均勻，即得混合料。

(2)將所述原料5～7wt％的鋁溶膠、1.6～2.1wt％的硅溶膠、0.7～0.8wt％的鋰輝石和4～5wt％的水混合均勻，制得漿體，備用。

(3)將所述混合料置入圓盤造粒中，邊造粒邊噴灑所述漿體，制得粒徑為1～10mm的顆粒。

(4)將所述顆粒自然干燥24h，再于100～110℃條件下干燥24～48h，然后升溫至1300～1400℃，保溫2～4h，自然冷卻，篩分，制得高強微孔莫來石耐火骨料。

本實施例所制得的高強微孔莫來石耐火骨料經(jīng)檢測：體積密度為2.1～2.3g/cm³；顯氣孔率為32～37％；吸水率12～16％；常溫耐壓強度為156～166mpa；1000℃時的導熱系數(shù)為0.80～0.84w/(m·k)；氣孔孔徑均小于1μm。

實施例4

一種高強微孔莫來石耐火骨料及其制備方法。本實施例所述制備方法是：

(1)以59～64wt％的高嶺土細粉和36～41wt％的活性α-al2o3微粉為原料，外加所述原料3.2～3.7wt％的糊精、2.8～3.5wt％的金屬鋁粉和1.9～2.3wt％的炭黑，混合均勻，即得混合料。

(2)將所述原料6～8wt％的鋁溶膠、1.9～2.4wt％的硅溶膠、0.8～0.9wt％的鋰輝石和5～6wt％的水混合均勻，制得漿體，備用。

(3)將所述混合料置入圓盤造粒中，邊造粒邊噴灑所述漿體，制得粒徑為1～10mm的顆粒。

(4)將所述顆粒自然干燥24h，再于100～110℃條件下干燥24～48h，然后升溫至1350～1450℃，保溫2～4h，自然冷卻，篩分，制得高強微孔莫來石耐火骨料。

本實施例所制得的高強微孔莫來石耐火骨料經(jīng)檢測：體積密度為2.2～2.4g/cm³；顯氣孔率為29～34％；吸水率13～17％；常溫耐壓強度為164～174mpa；1000℃時的導熱系數(shù)為0.75～0.79w/(m·k)；氣孔孔徑均小于1μm。

實施例5

一種高強微孔莫來石耐火骨料及其制備方法。本實施例所述制備方法是：

(1)以62～67wt％的高嶺土細粉和33～38wt％的活性α-al2o3微粉為原料，外加所述原料3.6～4.1wt％的糊精、3.4～4.1wt％的金屬鋁粉和2.2～2.6wt％的炭黑，混合均勻，即得混合料。

(2)將所述原料7～9wt％的鋁溶膠、2.2～2.7wt％的硅溶膠、0.9～1.0wt％的鋰輝石和6～7wt％的水混合均勻，制得漿體，備用。

(3)將所述混合料置入圓盤造粒中，邊造粒邊噴灑所述漿體，制得粒徑為1～10mm的顆粒。

(4)將所述顆粒自然干燥24h，再于100～110℃條件下干燥24～48h，然后升溫至1400～1500℃，保溫2～4h，自然冷卻，篩分，制得高強微孔莫來石耐火骨料。

本實施例所制得的高強微孔莫來石耐火骨料經(jīng)檢測：體積密度為2.3～2.5g/cm³；顯氣孔率為26～31％；吸水率14～18％；常溫耐壓強度為172～182mpa；1000℃時的導熱系數(shù)為0.70～0.74w/(m·k)；氣孔孔徑均小于1μm。

實施例6

一種高強微孔莫來石耐火骨料及其制備方法。本實施例所述制備方法是：

(1)以65～70wt％的高嶺土細粉和30～35wt％的活性α-al2o3微粉為原料，外加所述原料4.0～4.5wt％的糊精、4.0～4.7wt％的金屬鋁粉和2.5～2.9wt％的炭黑，混合均勻，即得混合料。

(2)將所述原料8～10wt％的鋁溶膠、2.5～3wt％的硅溶膠、0.75～0.85wt％的鋰輝石和7～8wt％的水混合均勻，制得漿體，備用。

(3)將所述混合料置入圓盤造粒中，邊造粒邊噴灑所述漿體，制得粒徑為1～10mm的顆粒。

(4)將所述顆粒自然干燥24h，再于100～110℃條件下干燥24～48h，然后升溫至1450～1550℃，保溫2～4h，自然冷卻，篩分，制得高強微孔莫來石耐火骨料。

本實施例所制得的高強微孔莫來石耐火骨料經(jīng)檢測：體積密度為2.4～2.6g/cm³；顯氣孔率為23～28％；吸水率15～19％；常溫耐壓強度為180～190mpa；1000℃時的導熱系數(shù)為0.65～0.69w/(m·k)；氣孔孔徑均小于1μm。

實施例7

一種高強微孔莫來石耐火骨料及其制備方法。本實施例所述制備方法是：

(1)以60～65wt％的高嶺土細粉和35～40wt％的活性α-al2o3微粉為原料，外加所述原料4.5～5wt％的糊精、4.3～5wt％的金屬鋁粉和2.6～3wt％的炭黑，混合均勻，即得混合料。

(2)將所述原料7.5～9.5wt％的鋁溶膠、2～2.5wt％的硅溶膠、0.85～0.95wt％的鋰輝石和6.5～7.5wt％的水混合均勻，制得漿體，備用。

(3)將所述混合料置入圓盤造粒中，邊造粒邊噴灑所述漿體，制得粒徑為1～10mm的顆粒。

(4)將所述顆粒自然干燥24h，再于100～110℃條件下干燥24～48h，然后升溫至1500～1600℃，保溫2～4h，自然冷卻，篩分，制得高強微孔莫來石耐火骨料。

本實施例所制得的高強微孔莫來石耐火骨料經(jīng)檢測：體積密度為2.5～2.7g/cm³；顯氣孔率為20～25％；吸水率16～20％；常溫耐壓強度為190～200mpa；1000℃時的導熱系數(shù)為0.60～0.64w/(m·k)；氣孔孔徑均小于1μm。

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；混合均勻后采用圓盤造粒成型，干燥；高溫燒成，冷卻后篩分即得如圖1所示的高強微孔莫來石耐火骨料，圖1為實施例6制備的一種高強微孔莫來石耐火骨料照片。從圖1可以看出：所制骨料無需破碎，可直接使用。與傳統(tǒng)工藝相比，該工藝更為簡單，生產(chǎn)能耗低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

本具體實施方式所用的高嶺土細粉中氧化鋁含量較高(al2o3含量＞45wt％)，雜質(zhì)較少，如fe2o3含量＜0.8wt％，k2o+na2o含量＜0.3wt％，所制備的高強微孔莫來石耐火骨料使用溫度大幅度提高，其最高使用溫度可達1600℃。

本具體實施方式所用的高嶺石具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)，即由硅氧四面體和氫氧鋁八面體組成的雙層結(jié)構(gòu)單元層，結(jié)合較薄弱，在燒成過程中容易形成如圖2所示微孔；圖2為圖1所示高強微孔莫來石耐火骨料的孔徑分布曲線，從圖2可以看出；氣孔孔徑均小于1μm，平均孔徑小且分布均勻，這種圓形、細小分散的氣孔能夠顯著提高制品的耐壓強度。圖3為圖1所示高強微孔莫來石耐火骨料的sem圖(×5000)，從圖3可以看出：外加鋁溶膠和硅溶膠在高溫下易與雜質(zhì)形成液相；從而促進材料燒結(jié)，得到非常致密的高強微孔莫來石耐火骨料。外加的鋰輝石在高溫下形成液相與氧化鋁反應(yīng)生成針狀或柱狀含鋰莫來石，這些莫來石相隨機交錯分布，大大提高了制品的強度，其耐壓強度可達140～200mpa。金屬al粉的添加進一步增加了材料反應(yīng)燒結(jié)，還很有可能在材料內(nèi)部生成柱狀sialon相，也可以進一步提升材料的強度。

本具體實施方式所制備的高強微孔莫來石耐火骨料體積密度為1.9～2.7g/cm³；顯氣孔率為20～43％；吸水率10～20％；常溫耐壓強度為140～200mpa；1000℃時的導熱系數(shù)為0.6～0.9w/(m·k)；氣孔孔徑均小于1μm。

因此，本具體實施方式具有工藝簡單和生產(chǎn)能耗低等特點；所制備的高強微孔莫來石耐火骨料耐壓強度和使用溫度高、體積密度和導熱系數(shù)低。