[发明专利]一种高纯氧化锆空心微珠的制备方法、空心微珠及应用

说明书

本发明公开了一种高纯氧化锆空心微珠的制备方法、空心微珠及应用，制备方法包括：采用溶胶‑凝胶法制备得到氧化锆半凝胶前驱体，锆源为八水氧氯化锆，沉淀剂为氨水和氢氧化钠；再采用氧化钠转换去除工艺，脱除氧化锆半凝胶前驱体中的氧化钠，得到含有碳酸钙造孔剂的高纯氧化锆半凝胶前驱体；含有碳酸钙的高纯氧化锆半凝胶前驱体依次经造粒、煅烧即得；所述煅烧的温度为1190～1210℃。以高纯氧化锆空心微珠为主要原料，可制得高温窑炉砌筑用粘结剂。该粘结剂使用温度高于1800℃，导热系数低，具备了使用温度高、砌筑用量少、砌筑砖缝薄、结合强度高、微膨胀、隔热节能等优点。

技术领域

本发明涉及有关高温窑炉设备砌筑用耐火材料的原料合成制备，具体为一种高纯氧化锆空心微珠的制备方法、空心微珠及应用。

背景技术

耐火材料分为定型耐火材料和不定型耐火材料。定型耐火材料(耐火砖)用于高温窑炉设备砌筑需要耐火砂浆(火泥)。目前广泛应用的火泥为与砖同材质，比耐火砖低一个档次的耐火细颗粒和细粉配置的砂浆。低一个档次是为了火泥共熔点更低，高温下形成一定数量的高温液相，通过烧结将相连的耐火砖烧结为整体。砌筑耐火砖的火泥，希望其砖缝薄、粘结强度高、使用温度高、密封、隔热性能好，砌筑用量少，产品成本低。

目前氧化锆空心微珠的研发制造主要分为两类，一类是氧化锆原料经高温熔融，熔体采用高压空气或蒸汽喷吹，制得空心球原料，用于制备高纯、超高温使用的隔热材料，空心球粒径一般为3～5mm，2mm以下无法采用熔融喷吹法制的。由于耐火材料砌筑砖缝厚度要求小于2mm，氧化锆空心球无法使用。另一类为作为催化剂载体的氧化锆多孔材料，但其研究的多为数十纳米以下的孔体，制造工艺复杂、成本高。用作耐火材料高温粘结剂的微米级空心球的研发、生产未见有报道。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明的第一个目的在于提供一种高纯氧化锆空心微珠的制备方法，该方法制备得到的空心微珠的纯度高，ZrO₂+CaO质量分数可高达99.5％，半稳定氧化锆总含量不低于93.0％，安全使用温度高。

本发明的第二个目的是提供一种空心微珠，该空心微珠采用本发明的方法制备。

本发明的第三个目的是将本发明制备得到的空心微珠用于制备砌筑超高温热工设备使用的耐火材料的火泥的应用。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种高纯氧化锆空心微珠的制备方法，包括：

采用溶胶-凝胶法制备得到氧化锆半凝胶前驱体，锆源为氧氯化锆，沉淀剂为氨水和氢氧化钠；

再采用氧化钠转换去除工艺，脱除氧化锆半凝胶前驱体中的氧化钠，得到含有碳酸钙造孔剂的高纯氧化锆半凝胶前驱体；

含有碳酸钙造孔剂的高纯氧化锆半凝胶前驱体依次经造粒、煅烧即得；

所述煅烧的温度为1190～1210℃。

可选的，按质量百分数计，所述的氧氯化锆中：ZrO₂大于35％，SiO₂、TiO₂、Fe2O₃和Na₂O的含量均小于0.001％。

可选的，所述的氧氯化锆的浓度为0.2～0.3mol/L。

可选的，先用氨水将氧氯化锆的pH调节为8～9，再以每百克的氧化锆空心微珠的质量计，加入0.10～0.12mol的氢氧化钠。可选的，所述的采用氧化钠转换去除工艺，脱除氧化锆半凝胶前驱体中的氧化钠的过程包括：

氧化锆半凝胶前驱体中通入二氧化碳气体并加入石灰乳，再经陈化、水洗除去氢氧化钠，得到含有碳酸钙造孔剂的氧化锆半凝胶前驱体。