[发明专利]原位分解制备轻质方镁石-镁铝尖晶石复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于轻质方镁石-镁铝尖晶石复合材料技术领域，尤其涉及一种原位分解制备轻质方镁石-镁铝尖晶石复合材料的方法。

背景技术

随着能源的日益紧张，各国对高温工业用节能材料的研制、生产和使用日益重视。轻质耐火材料由于质轻、气孔率高、体积密度小和导热率低的特点，在节能上优势明显，因而在高温工业得到了广泛应用，起到了保温和节能降耗的作用。

现有轻质耐火材料的主要化学成分为氧化铝和二氧化硅，属于传统的铝硅系材料，材料的主要矿物为刚玉、莫来石、石英和玻璃相等。由于铝硅系耐火原料在地球上储备丰富，因而一直以来在保温隔热材料领域应用上占有统治地位。但是，铝硅系轻质耐火材料属于酸性或中性耐火材料，只适用于酸性和中性的工作环境，其在高温使用过程中，容易与环境中的碱性物质或材料发生反应，导致低熔相的产生，会严重影响轻质材料的力学性能和使用寿命。因而，开发碱性轻质材料以满足碱性使用环境中对保温和隔热材料的需要成为关注重点之一。

目前，碱性轻质材料的研究、制备和应用已有报道，材料的主要组分为方镁石和镁铝尖晶石，可以达到在碱性环境中使用的目的。其制备方法是：将菱镁矿粉、轻烧氧化镁粉、高铝矾土粉、氢氧化铝粉和可烧失物混合，外加水和结合剂搅拌均匀，经成型、干燥、烧成、保温和冷却后制得。该类合成方法虽有其优点，如材料主要矿相方镁石和镁铝尖晶石的耐火性能优良，抗碱性物质侵蚀能力强，但存在的缺点也是明显的，即制备轻质方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的工艺比较复杂，如原料种类较多，混合时间长，对混合设备的性能要求较高，同时，采用机械混合的方式难以使各种原料分布均与，混合料中相关反应的进行并不充分，高温烧成后，难以得到显微结构和化学组分均匀的轻质材料，达不到材料设计者的初衷，从而导致材料的物理性能不稳定，保温和隔热效果难以满足高温工业需要。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单的原位分解制备轻质方镁石-镁铝尖晶石复合材料的方法；用该方法制备的轻质方镁石-镁铝尖晶石复合材料体积密度小、强度高、抗侵蚀性能优异、高温体积稳定性好和热震稳定性能优良使用范围广。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先将85~98wt%的镁铝水滑石、2~12wt%的水和0~4wt%的结合剂混合，搅拌均匀，成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥4~24小时，然后在1000~1800℃条件下保温1~8小时，冷却，即得轻质方镁石-镁铝尖晶石复合材料。

上述技术方案中：所述镁铝水滑石的粒度≤0.5mm，镁铝水滑石中的Mg_(4-6)Al₂(OH)_(12-16) (CO₃)?4H₂O含量≥90wt%；所述结合剂为糊精或为聚乙烯醇；所述成型方法为机压成型或浇注成型。

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：

本发明通过镁铝水滑石这一单一物相的原位分解反应而得到方镁石-镁铝尖晶石复合材料，避免了传统合成轻质材料方法中，采用多种原材料混合进而反应制备轻质材料导致结构和组分不均的问题，工艺简单。

典型的镁铝水滑石Mg₆Al₂(OH)₁₆(CO₃)?4H₂O是一种天然存在的矿物，在催化剂、医药、化妆品、涂料和塑料加工等领域有广泛的应用。自然界中镁铝水滑石的存储量有限，因而人们通过各种合成的方法来制备镁铝水滑石，主要合成方法包括：共沉淀法、离子交换法、焙烧还原法等。在镁铝水滑石的合成过程中，由于工艺控制和配料的差异，所得到的人工合成镁铝水滑石在化学成分上存在一定的差异，具体体现在Mg²⁺和OH^-离子数量的差异上，其通式可用Mg_(4-6)Al₂(OH)_(12-16) (CO₃)?4H₂O来表示。

本发明中的镁铝水滑石分解后，释放出二氧化碳和水蒸汽，在原位留下气孔，材料的矿物组成为方镁石和镁铝尖晶石。故本发明能得到组分和结构均匀的轻质方镁石-镁铝尖晶石复合材料。