[发明专利]一种低温制备轻质六铝酸钙的方法

说明书

技术领域

本发明属于含铝和钙的耐火材料的制备，涉及一种低温制备轻质六铝酸钙的方法。本发明制得的六铝酸钙特别适用作耐火材料，具有良好的保温隔热的作用。 

背景技术

随着能源的紧缺，工业窑炉的保温隔热显得尤为重要。近几年，具有轻质、隔热特点的耐火材料的使用量在迅速增加。传统工业窑炉使用的隔热内衬通常是纤维内衬或轻质浇注料（轻质砖），它们均存在一些不足，如纤维的粉化、浇注料的残余线收缩、高温隔热效果不佳等。 

六铝酸钙（CaAl₁₂O₁₉或者CaO·6Al₂O₃），通常表示成CA₆，也叫黑铝钙石矿物，是CaO–Al₂O₃系统中最富铝的中间化合物之一，其理论密度为3.79g/cm³，熔点高达 1875℃，膨胀系数接近Al₂O₃。六铝酸钙具有特殊的片状结晶和微孔结构，自身导热系数低（尤其是高温导热系数随温度升高变化较小），化学性质稳定，耐火度高，不易被熔渣侵蚀，长期的体积稳定性好，高温微膨胀等优良性能，是有望取代纤维内衬或轻质浇注料内衬的理想材料。 

     现有技术中，有关六铝酸钙的制备方法一般有三种：（1）烧结法，即以石灰质、铝质原料按一定的配比混合后直接通过高温（1550～1700℃）烧结而成。存在的缺点是煅烧温度较高，能耗大，对窑炉设备要求较高。（2）电熔法，即将原料完全熔融，然后在一定的条件下进行冷却，从而制得产品。电熔法的特点是工艺简单，并且得到的材料密度大，力学性能好，但不足之处是其对冷却条件要求很高，很难实现工业化。（3）熔盐法，即将产物的原成分在高温下溶解于熔盐熔体中，然后通过缓慢降温或蒸发熔剂等方法，形成过饱和溶液而析出。熔盐法的特点是可以明显地降低合成温度和缩短反应时间，提高合成效率，但合成的材料均匀性很难控制，并且许多熔盐都具有不同程度的毒性，危害工作人员的身体及环境，其挥发物还常常腐蚀或污染炉体。上述六铝酸钙的制备方法，各自存在自身的缺点和不足，阻碍了六铝酸钙的推广使用，基于工业窑炉对六铝酸钙的需求，研究一种低温制备轻质六铝酸钙的方法具有重大的现实意义。 

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种低温制备轻质六铝酸钙的方法。本发明与现有技术相比其烧结温度降低了150℃以上，弥补了现有工艺中必须超高温度（≥1550℃）煅烧的不足。特别适用于工业窑炉中，能满足高性能工业窑炉对六铝酸钙高耐火度、高体积稳定性、抗熔渣侵蚀、保温隔热等性能的要求。 

本发明的内容是：一种低温制备轻质六铝酸钙的方法，其特征是包括下列步骤： 

a、配料：以钙质原料、铝质原料、水、醇、胺和碱为原料，并按：以CaO计的钙质原料与以Al₂O₃计的铝质原料的摩尔比为1：6～10，水的质量用量为钙质原料质量的30～55倍（即质量倍数），醇的质量用量为用水质量的5%～25%（即质量百分比，后同），胺的质量用量为用水质量的1%～10%，以及碱的质量用量为铝质原料质量的0%～5%取各原料，备用；

所述钙质原料是氢氧化钙、氧化钙或富含氢氧化钙或/和氧化钙（即单独或同时）的工业副产物，所述铝质原料是氢氧化铝、氧化铝或富含氢氧化铝或/和氧化铝（即单独或同时）的工业副产物，所述醇是丙三醇或乙二醇或其它多元醇，所述胺是三乙醇胺或其它多元胺；所述碱是氢氧化钠或氢氧化钾或其他碱金属氢氧化物；

b、反应：将备用的原料钙质原料、铝质原料、水、醇、胺和碱混合均匀，置于高压釜内在120～200℃的温度下经水热反应5～15小时，即制得前驱体；

c、后处理：将前驱体降至室温，经固液分离后，液体弃去，固体物于80～120℃的温度下干燥2～8小时，制得干燥后的物料；

d、煅烧：将干燥后的物料置于高温炉内在1300～1400℃的温度下煅烧1～5小时后、随炉冷却至室温，即制得轻质六铝酸钙产品。

本发明的内容中：所述步骤c后处理可以替换为：将前驱体降至室温，经固液分离后，液体弃去，固体物经成球(粒径大小可根据需要予以控制) （或成块）后、再将料球于80～120℃的温度下干燥2～8小时，制得干燥后的物料。 

本发明的内容中：步骤c中所述固液分离可以是抽滤、离心分离或其他现有技术方式。 

本发明的内容中：步骤b 中所述高压釜内的压力可以为0.2～1.6MPa。