[发明专利]基于氧化铝的水硬性粘结料体系

说明书

本发明涉及在耐火材料中使用的基于煅烧氧化铝的水硬性粘结料体系。本发明还涉及生产所述水硬性粘结料体系的方法以及其应用。

技术领域

本发明涉及在耐火材料中使用的基于煅烧氧化铝的水硬性粘结料体系。本发明还涉及用于生产所述水硬性粘结料体系的方法还有其应用。

背景技术

耐火制品用于所有工业部门中，在这些工业部门中，需要在高温下执行工艺流程。例如，用在金属开采和处理的部门中以及用在水泥、石灰、石膏、玻璃和陶瓷工业中。

最重要的耐火制品是定型的致密制品(砖、组件)、定型的绝热制品(轻型耐火砖)、不定型的耐火制品(耐火混凝土、冲压组分、喷雾组分、捣固组分)或成品零件(模型制品、大块材料)。

目前，全世界每年生产约4150万公吨的耐火制品(Ted Dickson，TAK IndustrialMineral Consultancy；The Refractories Industry Worldwide2012-2017；A Market/Technology Report，第1页)。在不定型的耐火制品中，耐火混凝土占据着非常重要的地位。他们在总耐火制品中的比重不断增加，并且在一些工业国家中显著地在50％以上。

在耐火混凝土中，基于铝酸钙(CA)水泥的水硬性凝结是非常普遍的。两种类型的水泥通常用作水硬性粘结料；首先，含40-50wt％的氧化铝、38wt％的氧化钙和4-15wt％的氧化铁的矾土水泥。其次，可提及含70-80wt％的氧化铝和20-30wt％的氧化钙的高铝水泥。

这样的铝酸钙水泥生产是复杂而耗能的过程，铝酸钙水泥由氧化铝载体例如氧化铝或氢氧化铝以及氧化钙载体例如碳酸钙或氢氧化钙的混合物通过在高温下焙烧或熔化而制成。为了达到所需的结合活性，被称为熟料的焙烧材料随后必须要精细地碾磨。必要的高温焙烧的能耗理论研究表明，需要总能量的约50％专门用于将氧化铝组分加热到工艺温度。

使用铝酸钙水泥的另一个显著缺点是较高的氧化钙含量，其可削弱耐火混凝土的耐腐蚀性，以及与SiO₂结合，还削弱耐火混凝土高温下的强度。

因此，不断需要有新的、无水泥的混凝土。

无水泥粘结剂体系已被人所知。

首先，可提及通过硅胶的粘结。在干燥时，围绕颗粒形成SiO₂粘结剂框架。SiO₂粘结在低温下相对较弱。具有这样粘结的混凝土在凝固过程中需要模板和加热。SiO₂组分可对耐火混凝土的耐腐蚀性和热机械性能产生不利影响。这种类型粘结的进一步工业相关的缺点是对冷冻敏感，因为该粘合剂被冷冻作用破坏。

无水泥粘结的另一种可能性是通过水玻璃来粘结。该粘结机制和粘结性质类似于硅胶。然而，水玻璃引入的碱永久地削弱了耐火材料的热机械性能和耐腐蚀性。

在磷酸盐粘结的情况下、磷酸或铝盐在大多数情况下用作粘合剂。令人满意的粘结力仅通过缩聚反应来得到，其通过加热到超过200℃来开始。磷酸根离子的存在往往是这种类型的粘结的严重缺点。

此外，使用氧化镁粘合剂(例如在Sorel水泥中)。在这里，氯化镁/硫酸溶液与氧化镁或氢氧化镁反应生成难溶的盐，称为氯氧化镁/含氧硫酸镁。然而，这些粘合剂被分配到化学粘合剂组中，因此并不代表水硬性粘结料。这样的氧化镁粘合剂在高温应用中释放高腐蚀性蒸气(HCl/SO₂)。