本发明属于耐火材料，具体涉及一种低导热多层复合镁铁铝尖晶石砖及其制备方法。
背景技术：
1、随着基础建设的不断发展，水泥需求量越来越大，水泥生产线的规模也越来越大。回转窑利用工业和生活废物作为燃料，在节省煤粉的同时，实现了废物减量化、无害化和资源化。水泥窑协同处置废弃物具有其他焚烧炉无法具备的优势，但是在水泥窑协同处置废弃物过程中，窑内环境越来越苛刻。由于废弃物成分复杂，热值波动较大，其中k、na、s、cl等杂质以及重金属元素含量多，对水泥窑砖体特别是高温带侵蚀损毁严重，造成这些部位的耐火材料的使用寿命偏短，镁铁铝尖晶石砖由于其优良的高温性能成为科学家们研究的热点。
2、申请号为cn201510569183.3的专利提供了一种镁铝铁尖晶石砖，包括以下原料：粒度5-3mm的高铁高纯镁砂、粒度3-1mm的高铁高纯镁砂、粒度1-0.088mm的高铁高纯镁砂、粒度4-1mm的烧结铝镁尖晶石、粒度2-1mm的电熔铁铝尖晶石、粒度d95＜0.088mm的高纯镁砂粉、粒度d95＜0.088mm的铁鳞粉、氯化镁溶液、碱性纸浆废液，该发明采用高铁高纯镁砂、高纯镁砂、烧结铝镁尖晶石和电熔铁铝尖晶石为主要原料，改变材料尖晶石引入的方式，经过高温烧结后此产品具有耐高温、抗侵蚀、抗热震的性能，1100℃导热系数为2.60-2.62w/(m·k)，该产品可用于水泥窑煅烧带、过渡带，能够提高此部位材料使用寿命，可降低其筒体温度，达到节能减排的作用，但过渡带没有稳定的窑皮保护，筒体温度过高时易发生变形，造成安全隐患，因此筒体对材料的导热性能要求较为苛刻；申请号为cn202110991680.8的专利提供了一种水泥回转窑烧成带用微气孔镁铁铝尖晶石砖，包括以下原料：微孔高纯镁砂、电熔镁砂、电熔铁铝尖晶石、聚轻球、硅溶胶和工业锰粉，该发明通过在混碾机中加入聚轻球，具有良好的耐火性能，高温强度高，热稳定性好，耐各种腐蚀，重烧纤变化小，导热系数小，在使用之后，大幅度降低了镁铁铝尖晶砖的导热系数，通过将微孔高纯镁砂和电熔镁砂加入混碾机中，进一步降低产品的导热性，进而降低降低水泥窑筒体温度，减少水泥回转窑热能散发，减少了能源的消耗，同时又降低二氧化碳排放，降低大气污染，解决了导热系数较高、消耗大量煤的问题，但该发明提供的镁铁铝尖晶石砖的强度难以满足多元化的市场需求。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低导热多层复合镁铁铝尖晶石砖及其制备方法，该多层复合镁铁铝尖晶石砖具有高强度、低导热、抗腐蚀的特点，能够满足多元化的市场需求。
2、本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
3、一种低导热多层复合镁铁铝尖晶石砖，包括以下重量份数的原料：粒度为3-5mm的高纯镁砂20-35份、粒度为1-3mm的高纯镁砂10-20份、粒度为0-1mm的高纯镁砂10-20份、粒度为1-3mm的电熔铁铝尖晶石2-5份、粒度为0-1mm的电熔铁铝尖晶石4-8份、电熔镁砂25-35份、α-al2o3微粉3-7份、金属铁粉1-3份、金属铝粉0.5-1.5份、复合粘结剂4-8份、硼酸酯改性酚醛树脂空心微球8-12份；所述复合粘结剂由改性硅溶胶与六偏磷酸钠混合制备而成，改性硅溶胶与六偏磷酸钠的质量比为25-35:1；
4、所述改性硅溶胶的制备方法为：
5、将有机硅树脂溶解于甲苯中，得到混合液，在搅拌条件下，将3-[(2,3)-环氧丙氧]丙基甲基二甲氧基硅烷与水杨酸混合均匀后升温至80-100℃，滴加混合液，于30-50min滴加完毕，反应3-5h，再加入双酚a，继续反应1-3h，蒸除甲苯，得到环氧基有机硅树脂；在搅拌条件下，将碱性硅溶胶升温至70-80℃，加入环氧基有机硅树脂，反应3-6h，冷却至室温，得到改性硅溶胶；
6、所述硼酸酯改性酚醛树脂空心微球的制备方法为：
7、将酚醛树脂空心微球分散于二甲苯中，升温至55-65℃，加入4-乙氧基苯硼酸，搅拌反应3-5h，冷却至室温，固液分离，取固体洗涤、干燥，得到硼酸酯改性酚醛树脂空心微球。
8、酚醛树脂空心微球是一种内核为中空，外层为酚醛树脂的具有特殊中空结构的化工新材料，具有密度小、导热率低、热稳定性优异、导温和导热系数低且能够吸收电磁波等特点，常作为复合材料填料，在减轻产品质量的同时提高复合材料的力学和热性能，不仅能够在建材、化工方面作轻质粘合剂的添加剂，也可将酚醛树脂空心微球用树脂粘结后涂覆在材料表面用作烧蚀层，保护材料内部结构。为了进一步拓展其应用范围，本发明利用4-乙氧基苯硼酸对酚醛树脂空心微球进行改性，在酚醛树脂空心微球表面引入硼酸酯基团，提高了空心微球的粘结性，且硼酸酯基团中的硼原子在烧结过程中还会形成含硼陶瓷结构，明显提高材料的耐高温性能和抗腐蚀性能。无机粘结剂具有耐高温、耐低温、成本低、不易老化、结构简单以及粘结度高等优点，这些特性使得无机粘结剂在多种应用场景中表现出色，尤其是在需要承受极端温度变化的环境中。碱性硅溶胶作为耐火材料粘结剂，由于其具有高度的吸附性和表面活性，能够吸附大量水分子和其他物质，同时，还具有高度的化学稳定性和耐热性，能够在高温条件下稳定存在。当碱性硅溶胶与其他材料接触时，硅溶胶中的活性基团会吸附在材料表面，形成一层硅溶胶薄膜，并形成-种类似“吸盘”的作用力，使材料相互吸附在一起，表现出优异的粘结力。然而，常规的碱性硅溶胶稳定性欠佳，表面功能化程度低，无法满足某些行业的特殊要求，本发明先利用有机硅树脂与环氧硅烷制备得到环氧基有机硅树脂，再利用环氧基有机硅树脂对碱性硅溶胶进行表面改性，得到改性硅溶胶，提高了碱性硅溶胶的稳定性、粘结性，同时还提高了改性硅溶胶与硼酸酯改性酚醛树脂空心微球的相容性。本发明通过在碱性硅溶胶表面引入有机聚合物，显著提高了其稳定性和凝胶浓度，使其展现出新的应用潜力。
9、进一步，所述有机硅树脂、3-[(2,3)-环氧丙氧]丙基甲基二甲氧基硅烷、水杨酸、双酚a的质量比为5:8-12:0.3-0.5:0.4-0.6，所述甲苯中有机硅树脂的加入量为0.25-0.55g/ml，所述碱性硅溶胶与环氧基有机硅树脂的质量比为20:0.5-1.5，所述碱性硅溶胶胶体粒径为15-25nm，sio2含量为20-30％，ph为9-11。
10、进一步，所述酚醛树脂空心微球与4-乙氧基苯硼酸的质量比为10:2-4，所述酚醛树脂空心微球与二甲苯的质量体积比为0.5-1.5mg/ml。
11、本发明还提供了一种低导热多层复合镁铁铝尖晶石砖的制备方法，包括以下步骤：
12、(1)按重量份数称取各原料，备用；
13、(2)将粒度为3-5mm的高纯镁砂、粒度为1-3mm的电熔铁铝尖晶石、三分之一的电熔镁砂混合均匀，经研磨、烘干后，再加入二分之一的复合粘结剂，搅拌均匀，得到物料1；
14、(3)将粒度为1-3mm的高纯镁砂、粒度为0-1mm的高纯镁砂、粒度为0-1mm的电熔铁铝尖晶石、剩余的电熔镁砂、α-al2o3微粉、金属铁粉、金属铝粉混合均匀，经研磨、烘干后，再加入硼酸酯改性酚醛树脂空心微球和剩余的复合粘结剂，搅拌均匀，得到物料2；
15、(4)先将二分之一的物料2在模具底部平铺一层，然后再平铺一层物料1，最后将剩余的物料2再平铺一层，经真空压制成型后，于100-120℃条件下烘烤8-12h，再于1200-1500℃条件下高温烧结3-5h，自然冷却至室温，即得多层复合镁铁铝尖晶石砖；
16、其中，步骤(2)、步骤(3)中所述研磨均采用震击式球磨仪进行研磨，研磨的具体操作为：加入物料重量2倍的助磨剂，物料重量一半的研磨球，采用震击式球磨仪进行研磨，所述助磨剂为无水乙醇，研磨时间为1-2h，研磨球采用2mm的304不锈钢珠，研磨过程采用本领域常规操作即可；所述烘干均是于60-80℃条件下烘干至恒重。
17、本发明具有如下有益效果：
18、本发明以4-乙氧基苯硼酸为改性剂，通过硼羟基与酚醛树脂空心微球结构中的酚羟基脱水缩合反应，在酚醛树脂空心微球表面引入硼酸酯基团，提高了空心微球的粘结性，且硼酸酯基团中的硼原子在烧结过程中还会形成含硼陶瓷结构，附着在镁铁铝尖晶石材料上，不仅提供了额外的隔热功能，还能保护材料免受外部环境的侵蚀和损伤，从而显著提高材料的耐高温性能和抗腐蚀性能。在烧结过程中，硼酸酯改性酚醛树脂空心微球能够在复合镁铁铝尖晶石砖内部结构中形成圆孔状微孔，增加了砖结构中气固界面，增大固相导热的声子散射，从而有效降低砖的导热率，圆孔状微孔还能够在急冷急热过程中为复合镁铁铝尖晶石砖内部提供应力缓冲，提升了其抗热震性能。将硼酸酯改性酚醛树脂空心微球与金属铁粉复配使用，可通过硼酸酯改性酚醛树脂空心微球中的碳来营造还原性气氛，利用高温烧结后砖中的残余铁粉的塑性提高砖的韧性，从而进一步提高其抗热震性能。
19、本发明利用有机硅树脂与环氧硅烷制备得到环氧基有机硅树脂，然后通过环氧基有机硅树脂与碱性硅溶胶发生开环加成反应，在碱性硅溶胶颗粒表面引入有机聚合物，提高了改性硅溶胶的稳定性、粘结性，改善了改性硅溶胶与硼酸酯改性酚醛树脂空心微球的相容性。通过将改性硅溶胶、六偏磷酸钠、硼酸酯改性酚醛树脂空心微球复配使用，显著增强了复合粘结剂的粘结力，有效提升了烧结前各原料组分之间的连接强度，进而增加烧结后产品的致密度。改性硅溶胶与金属铝粉复配使用，在烧结过程中，金属铝粉在受到空气氧化作用后会形成氧化铝，从而封堵复合镁铁铝尖晶石砖表面孔洞，有效防止内部材料的氧化变性，使得砖内部的应力能够始终保持稳定，减少急冷急热过程中剥落脱离的现象，同时，硅溶胶中的二氧化硅结构还能够与氧化铝等原料烧结形成莫来石结构，进一步提高材料的热稳定性。
20、本发明将高纯镁砂与电熔镁砂两种原料结合使用，复配电熔铁铝尖晶石，具有优良的抗化学侵蚀性，铁铝尖晶石相均匀分布在镁砂中，产生有利于材料韧性的微气孔，有效降低裂纹的扩展速率，减小热负荷，抵抗了热冲击、剥落等破坏，保证了复合镁铁铝尖晶石砖的抗热震性能，通过复配α-al2o3微粉、金属铁粉，能够促进烧结，且铁离子和铝离子能够与氧化镁形成原位尖晶石和连续或半连续的固溶体，可明显提高材料的高温性能。
21、本发明通过分级混合、分级研磨，避免物料颗粒产生团聚现象，同时，采用湿法细磨，提高研磨效率，加大物料颗粒的比表面积，使物料颗粒表面产生更多的活化位点，并在颗粒内部形成结构缺陷，有利于莫来石化的固相反应发生，可缩短烧结时间，降低烧结温度。
22、本发明采用了中小颗粒层-大颗粒层-中小颗粒层的夹心结构，依靠多层复合结构优势，保证了复合镁铁铝尖晶石砖的力学强度和抗侵蚀性能，同时使其导热系数低于同类产品，有效解决了现有水泥窑采用镁铁铝尖晶石砖存在的能耗高、使用寿命短的问题。