一种高强微孔莫来石耐火骨料及其制备方法与流程

本发明属于莫来石耐火骨料技术领域。尤其涉及一种高强微孔莫来石耐火骨料及其制备方法。

背景技术：

莫来石是al2o3-sio2系中唯一稳定的二元化合物，它具有熔点高(1850℃)、热膨胀系数低、热导率低、化学稳定性好等特点，是理想的高级耐火材料，被广泛用于玻璃、冶金、陶瓷等工业。

自然界中天然莫来石矿物很少，工业用莫来石主要为人工合成。现有技术中，合成莫来石的的方法主要有电熔法和烧结法。电熔法主要是以高矾土、工业氧化铝和耐火黏土为原料在电弧中熔融而成，此法耗电量大并且对合成条件要求苛刻。烧结法主要是将高铝矾土、高岭土、叶腊石等和工业氧化铝按一定比例混合均匀后，湿法球磨、成型、干燥、高温烧成和破碎，即得莫来石骨料。这种经破碎后制得骨料的方法能耗较高，其能量消耗接近烧成过程的30％，生产工艺复杂，并且受原料影响较大。“一种以高铝粉煤灰为单一铝源制备高铝质耐火砖用莫来石骨料的方法”(cn104557094a)专利技术，该专利技术以粉煤灰为原料，经预处理、球磨、压制成型、高温烧结、破碎和筛分后即得高铝质耐火砖用莫来石骨料。该方法的缺陷主要是：(1)粉煤灰纯度不高，预处理过程较为繁琐；(2)破碎过程破坏了骨料的表面结构，且产品的粒径不容易控制。

随着高温工业节能减排要求的提高，轻质莫来石骨料由于具有体积密度和热导率较低、保温隔热性能好等优良特性，逐渐在各个工业窑炉上得到广泛应用。“一种微孔莫来石轻质骨料及其制备方法”(cn101265118b)的专利技术，该专利技术采用铝矾土生料、煤矸石、锯末和石油焦炭为原料制得莫来石轻质骨料。该方法的缺陷主要是：(1)加水量较大导致制品干燥时间较长，生产效率低；(2)添加锯末作为造孔剂，烧失后产生的气孔较大且不均匀，导致制品强度不高、抗侵蚀性能差；(3)煤矸石、锯末原料中杂质含量较高，使得所制备的轻质莫来石使用温度不高。

综上所述，目前生产的轻质莫来石骨料普遍能耗高，所获得的强度仅能满足保温层需要，难以满足工业炉工作层使用的需要。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、生产能耗低的高强微孔莫来石耐火骨料的制备方法；用该方法制备的高强微孔莫来石耐火骨料耐压强度大、使用温度高、体积密度低和导热系数小。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

(1)以50～70wt％的高岭土细粉和30～50wt％的活性α-al2o3微粉为原料，外加所述原料2～5wt％的糊精、1～5wt％的金属铝粉和1～3wt％的炭黑，混合均匀，即得混合料。

(2)将所述原料3～10wt％的铝溶胶、1～3wt％的硅溶胶、0.5～1.0wt％的锂辉石和2～8wt％的水混合均匀，制得浆体，备用。

(3)将所述混合料置入圆盘造粒中，边造粒边喷洒所述浆体，制得粒径为1～10mm的颗粒。

(4)将所述颗粒自然干燥24h，再于100～110℃条件下干燥24～48h，然后升温至1200～1600℃，保温2～4h，自然冷却，筛分，制得高强微孔莫来石耐火骨料。

所述高岭土细粉的主要化学成分是：al2o3含量＞45wt％，fe2o3含量＜0.8wt％，k2o+na2o含量＜0.3wt％；所述高岭土细粉的中位径小于40μm。

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

所述铝溶胶的固含量为15～25wt％。

所述硅溶胶的固含量为25～35wt％。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

本发明以高岭土细粉和活性α-al2o3微粉为原料，混合均匀后采用圆盘造粒成型，干燥，高温烧成，冷却后筛分，制得高强微孔莫来石耐火骨料。所制得的高强微孔莫来石耐火骨料可供直接使用，无需破碎。与现有技术相比，该方法更为简单，生产能耗低，适合大规模生产。

本发明所用的高岭土细粉中氧化铝含量较高(al2o3含量＞45wt％)，杂质较少(fe2o3含量＜0.8wt％，k2o+na2o含量＜0.3wt％)，所制备的高强微孔莫来石耐火骨料使用温度大幅度提高，最高使用温度可达1600℃。

本发明所采用的高岭石具有特殊的晶体结构，即由硅氧四面体和氢氧铝八面体组成的双层结构单元层，结合较薄弱，在烧成过程中容易形成微孔。制品中气孔孔径均小于1μm，平均孔径小且分布均匀，这种圆形、细小分散的气孔能够显著提高制品的耐压强度。与此同时，外加的铝溶胶和硅溶胶在高温下易与杂质形成液相促进材料烧结，形成莫来石网络结构；以及外加的锂辉石在高温下形成液相与氧化铝反应生成针状或柱状含锂莫来石，这些莫来石相随机交错分布，大大提高了制品的强度，其耐压强度可达140～200mpa。金属al粉的添加进一步增加了材料的反应烧结，能在材料内部生成柱状sialon相，也可以进一步提升材料的强度。

本发明所制备的高强微孔莫来石耐火骨料经检测：体积密度为1.9～2.7g/cm³；显气孔率为20～43％；吸水率10～20％；常温耐压强度为140～200mpa；1000℃时的导热系数为0.6～0.9w/(m·k)；气孔孔径均小于1μm。

因此，本发明具有工艺简单和生产能耗低等特点，所制备的高强微孔莫来石耐火骨料耐压强度大、使用温度高、体积密度低和导热系数小。

附图说明

图1为本发明制备的一种高强微孔莫来石耐火骨料照片；

图2为图1所示高强微孔莫来石耐火骨料的孔径分布曲线；

图3为图1所示高强微孔莫来石耐火骨料的sem图(×5000)。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。

为避免重复，先将本具体实施方式所涉及到的原料统一描述如下，在实施例中不再赘述：

所述高岭土细粉的主要化学成分是：al2o3含量＞45wt％，fe2o3含量＜0.8wt％，k2o+na2o含量＜0.3wt％；所述高岭土细粉的中位径小于40μm。

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

所述铝溶胶的固含量为15～25wt％。

所述硅溶胶的固含量为25～35wt％。

实施例1

一种高强微孔莫来石耐火骨料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：

(1)以50～55wt％的高岭土细粉和45～50wt％的活性α-al2o3微粉为原料，外加所述原料2～2.5wt％的糊精、1～1.7wt％的金属铝粉和1～1.4wt％的炭黑，混合均匀，即得混合料。

(2)将所述原料3～5wt％的铝溶胶、1～1.5wt％的硅溶胶、0.5～0.6wt％的锂辉石和2～3wt％的水混合均匀，制得浆体，备用。

(3)将所述混合料置入圆盘造粒中，边造粒边喷洒所述浆体，制得粒径为1～10mm的颗粒。

(4)将所述颗粒自然干燥24h，再于100～110℃条件下干燥24～48h，然后升温至1200～1300℃，保温2～4h，自然冷却，筛分，制得高强微孔莫来石耐火骨料。

本实施例所制得的高强微孔莫来石耐火骨料经检测：体积密度为1.9～2.1g/cm³；显气孔率为38～43％，吸水率10～14％；常温耐压强度为140～150mpa；1000℃时的导热系数为0.85～0.90w/(m·k)；气孔孔径均小于1μm。

实施例2

一种高强微孔莫来石耐火骨料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：

(1)以55～58wt％的高岭土细粉和42～47wt％的活性α-al2o3微粉为原料，外加所述原料2.4～2.9wt％的糊精、1.6～2.3wt％的金属铝粉和1.3～1.7wt％的炭黑，混合均匀，即得混合料。

(2)将所述原料4～6wt％的铝溶胶、1.3～1.8wt％的硅溶胶、0.6～0.7wt％的锂辉石和3～4wt％的水混合均匀，制得浆体，备用。

(3)将所述混合料置入圆盘造粒中，边造粒边喷洒所述浆体，制得粒径为1～10mm的颗粒。

(4)将所述颗粒自然干燥24h，再于100～110℃条件下干燥24～48h，然后升温至1250～1350℃，保温2～4h，自然冷却，筛分，制得高强微孔莫来石耐火骨料。

本实施例所制得的高强微孔莫来石耐火骨料经检测：体积密度为2.0～2.2g/cm³；显气孔率为35～40％；吸水率11～15％；常温耐压强度为148～158mpa；1000℃时的导热系数为0.82～0.86w/(m·k)；气孔孔径均小于1μm。

实施例3

一种高强微孔莫来石耐火骨料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：

(1)以56～61wt％的高岭土细粉和39～44wt％的活性α-al2o3微粉为原料，外加所述原料2.8～3.3wt％的糊精、2.2～2.9wt％的金属铝粉和1.6～2.0wt％的炭黑，混合均匀，即得混合料。

(2)将所述原料5～7wt％的铝溶胶、1.6～2.1wt％的硅溶胶、0.7～0.8wt％的锂辉石和4～5wt％的水混合均匀，制得浆体，备用。

(3)将所述混合料置入圆盘造粒中，边造粒边喷洒所述浆体，制得粒径为1～10mm的颗粒。

(4)将所述颗粒自然干燥24h，再于100～110℃条件下干燥24～48h，然后升温至1300～1400℃，保温2～4h，自然冷却，筛分，制得高强微孔莫来石耐火骨料。

本实施例所制得的高强微孔莫来石耐火骨料经检测：体积密度为2.1～2.3g/cm³；显气孔率为32～37％；吸水率12～16％；常温耐压强度为156～166mpa；1000℃时的导热系数为0.80～0.84w/(m·k)；气孔孔径均小于1μm。

实施例4

一种高强微孔莫来石耐火骨料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：

(1)以59～64wt％的高岭土细粉和36～41wt％的活性α-al2o3微粉为原料，外加所述原料3.2～3.7wt％的糊精、2.8～3.5wt％的金属铝粉和1.9～2.3wt％的炭黑，混合均匀，即得混合料。

(2)将所述原料6～8wt％的铝溶胶、1.9～2.4wt％的硅溶胶、0.8～0.9wt％的锂辉石和5～6wt％的水混合均匀，制得浆体，备用。

(3)将所述混合料置入圆盘造粒中，边造粒边喷洒所述浆体，制得粒径为1～10mm的颗粒。

(4)将所述颗粒自然干燥24h，再于100～110℃条件下干燥24～48h，然后升温至1350～1450℃，保温2～4h，自然冷却，筛分，制得高强微孔莫来石耐火骨料。

本实施例所制得的高强微孔莫来石耐火骨料经检测：体积密度为2.2～2.4g/cm³；显气孔率为29～34％；吸水率13～17％；常温耐压强度为164～174mpa；1000℃时的导热系数为0.75～0.79w/(m·k)；气孔孔径均小于1μm。

实施例5

一种高强微孔莫来石耐火骨料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：

(1)以62～67wt％的高岭土细粉和33～38wt％的活性α-al2o3微粉为原料，外加所述原料3.6～4.1wt％的糊精、3.4～4.1wt％的金属铝粉和2.2～2.6wt％的炭黑，混合均匀，即得混合料。

(2)将所述原料7～9wt％的铝溶胶、2.2～2.7wt％的硅溶胶、0.9～1.0wt％的锂辉石和6～7wt％的水混合均匀，制得浆体，备用。

(3)将所述混合料置入圆盘造粒中，边造粒边喷洒所述浆体，制得粒径为1～10mm的颗粒。

(4)将所述颗粒自然干燥24h，再于100～110℃条件下干燥24～48h，然后升温至1400～1500℃，保温2～4h，自然冷却，筛分，制得高强微孔莫来石耐火骨料。

本实施例所制得的高强微孔莫来石耐火骨料经检测：体积密度为2.3～2.5g/cm³；显气孔率为26～31％；吸水率14～18％；常温耐压强度为172～182mpa；1000℃时的导热系数为0.70～0.74w/(m·k)；气孔孔径均小于1μm。

实施例6

一种高强微孔莫来石耐火骨料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：

(1)以65～70wt％的高岭土细粉和30～35wt％的活性α-al2o3微粉为原料，外加所述原料4.0～4.5wt％的糊精、4.0～4.7wt％的金属铝粉和2.5～2.9wt％的炭黑，混合均匀，即得混合料。

(2)将所述原料8～10wt％的铝溶胶、2.5～3wt％的硅溶胶、0.75～0.85wt％的锂辉石和7～8wt％的水混合均匀，制得浆体，备用。

(3)将所述混合料置入圆盘造粒中，边造粒边喷洒所述浆体，制得粒径为1～10mm的颗粒。

(4)将所述颗粒自然干燥24h，再于100～110℃条件下干燥24～48h，然后升温至1450～1550℃，保温2～4h，自然冷却，筛分，制得高强微孔莫来石耐火骨料。

本实施例所制得的高强微孔莫来石耐火骨料经检测：体积密度为2.4～2.6g/cm³；显气孔率为23～28％；吸水率15～19％；常温耐压强度为180～190mpa；1000℃时的导热系数为0.65～0.69w/(m·k)；气孔孔径均小于1μm。

实施例7

一种高强微孔莫来石耐火骨料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：

(1)以60～65wt％的高岭土细粉和35～40wt％的活性α-al2o3微粉为原料，外加所述原料4.5～5wt％的糊精、4.3～5wt％的金属铝粉和2.6～3wt％的炭黑，混合均匀，即得混合料。

(2)将所述原料7.5～9.5wt％的铝溶胶、2～2.5wt％的硅溶胶、0.85～0.95wt％的锂辉石和6.5～7.5wt％的水混合均匀，制得浆体，备用。

(3)将所述混合料置入圆盘造粒中，边造粒边喷洒所述浆体，制得粒径为1～10mm的颗粒。

(4)将所述颗粒自然干燥24h，再于100～110℃条件下干燥24～48h，然后升温至1500～1600℃，保温2～4h，自然冷却，筛分，制得高强微孔莫来石耐火骨料。

本实施例所制得的高强微孔莫来石耐火骨料经检测：体积密度为2.5～2.7g/cm³；显气孔率为20～25％；吸水率16～20％；常温耐压强度为190～200mpa；1000℃时的导热系数为0.60～0.64w/(m·k)；气孔孔径均小于1μm。

本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：

本具体实施方式以高岭土细粉和活性α-al2o3微粉为原料；混合均匀后采用圆盘造粒成型，干燥；高温烧成，冷却后筛分即得如图1所示的高强微孔莫来石耐火骨料，图1为实施例6制备的一种高强微孔莫来石耐火骨料照片。从图1可以看出：所制骨料无需破碎，可直接使用。与传统工艺相比，该工艺更为简单，生产能耗低，适合大规模生产。

本具体实施方式所用的高岭土细粉中氧化铝含量较高(al2o3含量＞45wt％)，杂质较少，如fe2o3含量＜0.8wt％，k2o+na2o含量＜0.3wt％，所制备的高强微孔莫来石耐火骨料使用温度大幅度提高，其最高使用温度可达1600℃。

本具体实施方式所用的高岭石具有特殊的晶体结构，即由硅氧四面体和氢氧铝八面体组成的双层结构单元层，结合较薄弱，在烧成过程中容易形成如图2所示微孔；图2为图1所示高强微孔莫来石耐火骨料的孔径分布曲线，从图2可以看出；气孔孔径均小于1μm，平均孔径小且分布均匀，这种圆形、细小分散的气孔能够显著提高制品的耐压强度。图3为图1所示高强微孔莫来石耐火骨料的sem图(×5000)，从图3可以看出：外加铝溶胶和硅溶胶在高温下易与杂质形成液相；从而促进材料烧结，得到非常致密的高强微孔莫来石耐火骨料。外加的锂辉石在高温下形成液相与氧化铝反应生成针状或柱状含锂莫来石，这些莫来石相随机交错分布，大大提高了制品的强度，其耐压强度可达140～200mpa。金属al粉的添加进一步增加了材料反应烧结，还很有可能在材料内部生成柱状sialon相，也可以进一步提升材料的强度。

本具体实施方式所制备的高强微孔莫来石耐火骨料体积密度为1.9～2.7g/cm³；显气孔率为20～43％；吸水率10～20％；常温耐压强度为140～200mpa；1000℃时的导热系数为0.6～0.9w/(m·k)；气孔孔径均小于1μm。

因此，本具体实施方式具有工艺简单和生产能耗低等特点；所制备的高强微孔莫来石耐火骨料耐压强度和使用温度高、体积密度和导热系数低。