[发明专利]一种微孔轻量矾土耐火骨料及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于矾土耐火骨料技术领域。具体涉及一种微孔轻量矾土耐火骨料及其制备方法。

背景技术

随着我国经济的飞速发展，高能耗的产业，如钢铁、水泥、电力行业等对能源的需求日益增加，能源短缺与需求迅速增加的矛盾日益突出。轻质耐火材料用来替代重质耐火材料构筑窑炉，能降低能耗，提高窑炉安全系数和工作效率，这要求隔热耐火材料有更高的使用温度和更高的强度。由于骨料在轻质浇注料中占整体质量的50~70%，因此轻质浇注料整体性能受骨料性能的影响较大。传统的轻质骨料存在杂质含量高、使用温度低(<1200℃)、气孔大、隔热效果欠佳及强度低等缺点。人造轻质骨料如氧化铝空心球、氧化锆空心球等，这类材料具有使用温度高（通常高于1500℃）和隔热效果好的优点，但由于价格昂贵难以广泛使用。

S. J. Li等人采用高岭石作为发泡剂（S. J. Li, N. Li, Effects of composition and temperature on porosity and pore size distribution of porous ceramics prepared from Al(OH)₃ and kaolinite gangue, Ceram. Int. 33 (4) (2007) 551-556.），所制备的多孔刚玉-莫来石骨料虽平均孔径较小，但显气孔率高达40%；方义能等利用聚合物原位分解法制备了一种轻质多孔矾土骨料（Yineng Fang, Huazhi Gu, Yunsheng Fen, et al. The preparation of high-strength and micropore lightweight bauxite aggregate by in-situ polymerization and decomposition. Advanced Materials Research, 2011，194-196：2135-2139. ），所制备的骨料体积密度虽低，但显气孔率高达50%以上。由上可知，目前行业内所制备的轻量耐火骨料均存在显气孔率高、吸水率大、强度低的缺陷。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，任务是提供一种工艺简单和成本低的微孔轻量矾土耐火骨料制备方法；用该方法制备的微孔轻量矾土耐火骨料强度高、显气孔率低、闭口气孔率高、体积密度较小、吸水率低、平均孔径小和热导率较低。

为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：以70~95wt%的矾土生料、5~30wt%的有机聚合物和0~10wt%的添加剂为原料，外加所述原料30~60wt%的水，用行星球磨机湿磨1~5小时；再将湿磨后的料浆置于模具中，于室温条件下放置12~24小时，在110~200℃条件下干燥12~36小时，然后在1500~1700℃条件下保温1~8小时，即得微孔轻量矾土耐火骨料。

所述矾土生料的粒径≤1mm。

所述有机聚合物为含糖水凝胶、木质素磺酸钙、淀粉、聚乙烯醇和糊精中的一种，粒径<15μm。

所述添加剂为TiO₂、MgO、CaO、Mn₂O₃、Y₂O₃和Fe₂O₃中的一种，粒径<0.088mm。

所述行星球磨机的研磨球为刚玉质球，球料质量比为3︰1。

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：

本发明以矾土生料为主要原料，通过湿法研磨注浆成型工艺，使矾土颗粒粒径减小并使有机聚合物及添加剂均匀分散在料浆中，脱模、干燥后即可直接烧成，故工艺简单、成本低。本发明使磨细后的矾土细粉在成型过程中颗粒自然堆积，添加少量外加剂，在高温下促进烧结速度使晶界快速扩散，将气孔封闭在材料中；烧结过程中，有机聚合物烧失后留下其原来的颗粒尺寸及分布。本发明通过提高烧结温度，使材料在烧结驱动力的作用下，气孔逐渐减小，开口气孔逐渐封闭，闭口气孔逐渐增多。本发明在颗粒堆积法和燃尽物加入法相结合的基础上，加入适量外加剂促进烧结速度，获得强度高、显气孔率低、闭口气孔率高、体积密度较小、吸水率低、平均孔径小和热导率较低的微孔轻量矾土耐火骨料。

本发明所制备的微孔轻量矾土耐火骨料：体积密度为2.5~3.1g/cm³，显气孔率为6~16%，平均孔径为0.3~7μm。