[发明专利]原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于铝酸盐水泥技术领域。具体涉及一种原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥及其制备方法。

背景技术

随着不定形耐火材料的发展，铝酸盐水泥结合的耐火浇注料的应用不断扩大。但铝酸盐水泥中的CaO易与高铝浇注料或刚玉浇注料中的Al₂O₃和SiO₂反应生成钙长石( CaO·Al₂O₃·2 SiO₂ )和铝黄长石( 2CaO·Al₂O₃·SiO₂ )等低熔物，降低了耐火材料的耐火度、高温强度以及抗渣性等高温使用性能。镁铝尖晶石是一种高熔点（2135℃）耐火氧化物，具有强度高、线膨胀系数低（7.6×10^-6℃^-1，20~1000℃）和导热性好等特点。同时镁铝尖晶石可以固溶渣中大量的二价或三价金属离子氧化物，改变渣的化学组成，提高渣的黏度，大大降低渣的侵蚀与渗透，从而提高耐火材料的抗侵蚀性能和抗热震性。

近年来国内外已经有关于制备含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的研究报道。如采用白云石和煅烧氧化铝为原料(A.H. De Aza，P. Pena, M.A. Rodriguez，et al. New spinel-containing refractory cements，Journal of the European Ceramic Society，2003，23:737-744) 制备了含微米级镁铝尖晶石的铝酸盐水泥。另如采用埃及白云石和活性氧化铝为原料(Nagy M.A. Khalil，S.A.S. El-Hemaly，Lamey G. Girgis. Aluminous cements containing magnesium aluminate spinel from Egyptian dolomite，Ceramics International，2001，27:865-873)也制备了含微米级镁铝尖晶石的铝酸盐水泥。又如“一种含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的制备方法”（CN101891408A）专利技术，采用氧化铝和轻烧白云石为原料，制备了含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥，但该技术操作不仅过程复杂和烧结温度高（1550~1600℃），且所得水泥中镁铝尖晶石晶粒粒径较大，对浇注料高温性能的提升有限。再如“一种含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥及其制备方法”（CN103073206A）专利技术，该技术所制备的水泥中镁铝尖晶石晶粒粒径较大。段锋等采用天然白云石和工业氧化铝粉为原料制备了含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥（段锋，肖国庆，荆桂花等. 含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的制备与应用. 耐火材料，2007，41（1）：41~43，53），其煅烧温度为1600℃，该方法烧结温度过高，镁铝尖晶石晶粒粒径较大，且成本较高。也有采用石灰石、重烧氧化镁和铝矾土熟料为原料（周文彩，李金洪，姜晓谦等. 含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥制备及力学性能研究. 耐火材料，2010，44（3）：217~220），其烧结温度为1400℃，所得水泥中镁铝尖晶石晶粒粒径为2~5μm，该方法制备的水泥操作复杂，烧结温度较高，获得的镁铝尖晶石晶粒粒径也较大。

综上所述，现有的含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的工艺复杂，合成温度较高，且铝酸盐水泥中镁铝尖晶石晶粒粒径为微米级。

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和合成温度低的原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的制备方法；采用该方法制备的铝酸盐水泥中镁铝尖晶石晶粒粒径为纳米级，能均匀分布在铝酸盐水泥中。

    为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先将5~40wt%的氢氧化镁、15~50wt%的工业氧化铝和30~60wt%的重质碳酸钙混合，球磨0.5~5h，压制成块体；再将装有块体的坩埚置于高温炉中，以2~20℃/min的升温速率升温至1000~1500℃，保温0.1~6小时，随炉冷却至室温；然后将出炉后的烧结体破碎，研磨，即得原位生成纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥。

所述氢氧化镁的Mg(OH)₂含量≥98wt%，粒径≤150μm。

所述工业氧化铝的Al₂O₃含量≥95wt%，粒径≤45μm。

所述重质碳酸钙的CaCO₃含量≥96wt%，粒径≤45μm。

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：