專利名稱：：一種微孔莫來石輕質(zhì)骨料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及耐火材料領(lǐng)域，具體為一種微孔莫來石輕質(zhì)骨料及其制備方法。技術(shù)背景公知，莫來石本身具有許多優(yōu)良物理特性，如低膨脹系數(shù)、低導(dǎo)熱、低蠕變、低介電常數(shù)、高耐熱沖擊和高溫強度等，莫來石的這些特性使得其在耐火材料、高溫結(jié)構(gòu)材料、微電子封裝材料、光學(xué)材料等眾多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，有著重要的工業(yè)價值。以莫來石為原材料的耐火澆注料按氣孔率分可分為致密骨料(又稱重質(zhì)骨料)和輕質(zhì)骨料(又稱多孔骨料)，致密骨料系指氣孔率不大于30%的骨料，輕質(zhì)骨料系指氣孔率大于45%的骨料，以往人們通常使用重質(zhì)骨料，其耐壓強度較高，而導(dǎo)熱系數(shù)較高，保溫隔熱性能差，澆注料自身比重較大，而且致密的骨料要求高溫?zé)?，需要消耗大量的能源。隨著國家對降低能耗和節(jié)約能源的要求日益提高，輕質(zhì)骨料在各個工業(yè)窯爐和燃燒器上己得到廣泛應(yīng)用，其體積密度和熱導(dǎo)率較低，隔熱性能較好，但由于隔熱性、耐壓強度和耐高溫性能間的矛盾，一方面要求盡可能減少熱損失，要求材料具有低熱導(dǎo)率，另一方面要求材料具有足夠的強度以承受自重并抵抗熱氣流的沖刷、摩擦和侵蝕。但是現(xiàn)有莫來石輕質(zhì)骨料普遍很難解決上述矛盾，比如體積密度小于1.35g/cm3的輕質(zhì)骨料長期使用溫度只能在130(TC以下，耐壓強度在5.8MPa左右，熱導(dǎo)率一般在0.5左右w/(m.k),而且其孔徑較大(大都為毫米級)、且氣孔分布不均勻，很大程度上影響了材料的隔熱性能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決現(xiàn)有莫來石輕質(zhì)骨料存在體積密度較大、耐壓強度和耐火度較低以及熱導(dǎo)率較高、孔徑較大、氣孔分布不均勻等問題，提供一種微孔莫來石輕質(zhì)骨料及其制備方法。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種微孔莫來石輕質(zhì)骨料，所述的輕質(zhì)骨料由下列重量百分比的原料制成鋁礬土生料35-40%,煤奸石14-20%，鋸末4-13%，石油焦炭27-45%，上述石油焦炭中Fe203含量為1-2%，^203含量為8-10%。所述石油焦炭，簡稱石油焦，由石油煉制的殘油、渣油或瀝青經(jīng)高溫焦化而得的固體殘余物，主要的元素組成為碳，占有80wtn/。以上，其余的為氫、氧、氮、硫和金屬元素，本發(fā)明以Fe203、Al203的含量來限定所選用的石油焦炭，其作用是作為添加劑，使鋁礬土生料、煤矸石和鋸末三種主原料在高溫?zé)芍校蟽?nèi)部短時間生成大量微小氣孔，且氣孔不隨燒結(jié)過程的進行而聚集長大，最終在骨料中形成微米級且均勻分布的氣孔；將該添加劑與其它三種主料以一定比例配合而制取的莫來石輕質(zhì)骨料，使得骨料具有優(yōu)異的保溫隔熱性能，熱導(dǎo)率顯著降低，但是與同類其它產(chǎn)品相比，其耐壓強度、耐火度較高。制備上述微孔莫來石輕質(zhì)骨料的方法，包括如下步驟(l)將鋁礬土生料、煤矸石、鋸末及石油焦炭分別破碎，混合均勻，石油焦炭的破碎粒徑小于等于5mm;(2)然后加入占上述原料總重量80-85%的水，進行濕磨；(3)篩網(wǎng)過濾，得到目數(shù)為400-450目的篩下物，其含水量為15-20%;(4)成型，成型壓力為6-8MPa;(5)干燥,溫度為180-200°C，時間為65-75h;(6)在1400-1450。C下煅燒，時間為9-10天；(7)破碎；(8)篩分，即得到莫來石輕質(zhì)骨料。上述步驟(2)中所用設(shè)備為球磨機，步驟(4)中所用設(shè)備為本領(lǐng)域常用的各種成型機，最終產(chǎn)品可根據(jù)用戶的需求，通過破碎、篩分工藝制成不同粒級的輕質(zhì)骨料。按照本發(fā)明所述配方及制備方法得到的莫來石輕質(zhì)骨料，在其煅燒完后選取外觀較好的輕質(zhì)磚，經(jīng)鋼鐵研究總院采用PHILIPSADP-10D型X射線衍射儀檢測，該骨料中主要物相為莫來石(Al6Si2013)，含量為80-90%,其次為剛玉相(A1203)，還可見少量金紅石(Ti02)和鈣長石(CaAl2Si208)，由于莫來石相含量較高，可大大提高耐火材料的耐火度，同時最終產(chǎn)品的性能也大大提高;此外，通過能譜儀分析結(jié)果也證明，本發(fā)明所述輕質(zhì)骨料中O、Al、Si、Ca、Ti、Fe等元素的含量，如附圖1所示，Al的含量較高，F(xiàn)e等干擾雜質(zhì)的含量較低；再者，通過掃描電鏡得出的電鏡照片可清楚的看到莫來石的斷口形貌，如圖2、3所示，為莫來石的低倍結(jié)構(gòu)示意圖，可看出其顯微結(jié)構(gòu)均勻，品粒細(xì)小，氣孔多為封閉型，如圖4、5所示，在高倍觀察下，莫來石晶粒發(fā)育多呈短柱狀，其軸向尺寸在5-10微米之間，各晶粒之間存在氣孔，其大小多為10微米以下，而且氣孔分布較均勻。最后，經(jīng)檢測，本發(fā)明所述微孔莫來石輕質(zhì)磚的理化性能如下表1所示<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>檢驗依據(jù)Al2O3GB/T6900.4-1986;Si02:GB/T6900.2-1986;Fe203:GB/T6900.3-1986;Ti02:GB/T6卯0.5-1986;體積密度GB/T2998-2001;常溫耐壓強度GB/T3997.2-1998;荷重軟化溫度YB/T370-95;熱導(dǎo)率YJYB-002-90;孔容積率由清華大學(xué)熱能研究所用壓貢法測定，見附圖6同時，上述理化性能指標(biāo)經(jīng)國家耐火材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心檢測并驗證，見附件1，名稱為微孔高強高隔熱莫來石輕質(zhì)磚的檢驗報告。由上述表格及附件1可看出，本發(fā)明所述各項性能指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)輕質(zhì)骨料，尤其是體積密度、常溫耐壓強度及熱導(dǎo)率、平均孔徑。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用鋁礬土生料、煤矸石、鋸末和添加劑石油焦炭為原料，采用獨特的制備方法制成莫來石輕質(zhì)骨料，具有以下優(yōu)點1、原料來源廣泛，有效利用了廢物，生產(chǎn)方法簡單，成本較低；2、最終產(chǎn)品中的莫來石相含量較高，達到80%以上；3、平均孔徑較小，集中分布在7-8.5nm之間，且氣孔分布均勻，使得產(chǎn)品具有很好的保溫隔熱性能，熱導(dǎo)率較低、體積密度較小，但其常溫耐壓強度較高，耐火度較高；4、較高的荷重軟化溫度及較小的重?zé)€變化率，與同類產(chǎn)品比較，使用溫度更高，壽命更長，更安全；總之，本發(fā)明生產(chǎn)的產(chǎn)品具有氣孔率高、體積密度小、平均孔徑小、熱導(dǎo)率小、耐壓強度高、耐火度高等優(yōu)點，可廣泛用作隔熱保溫層，也可直接應(yīng)用于加熱爐等多種工業(yè)爐的工作襯、爐頂，適用范圍較廣。圖1為利用本發(fā)明所述莫來石輕質(zhì)骨料制成的耐火磚的能譜分析結(jié)果示意2為利用本發(fā)明所述莫來石輕質(zhì)骨料制成的耐火磚在顯微鏡低倍下的光鏡照片(x500)圖3為利用本發(fā)明所述莫來石輕質(zhì)骨料制成的耐火磚在顯微鏡低倍下的光鏡照片(xlOOO)圖4為利用本發(fā)明所述莫來石輕質(zhì)骨料制成的耐火磚在顯微鏡低倍下的光鏡照片(x2000)圖5為利用本發(fā)明所述莫來石輕質(zhì)骨料制成的耐火磚在顯微鏡低倍下的光鏡照片(x2500)圖6為本發(fā)明所述表1中孔容積率的測試圖譜具體實施方式實施例1:微孔莫來石輕質(zhì)骨料，由下列重量百分比的原料制成鋁礬土生料35%，煤矸石20%,鋸末13%，石油焦炭32%，上述石油焦炭中Fe203含量為1%，"203含量為8%,制備方法包括以下步驟(1)將鋁礬土生料、煤矸石、鋸末及石油焦炭分別破碎，混合均勻；(2)然后加入占上述原料總重量80%的水，進行濕磨；(3)篩網(wǎng)過濾，得到目數(shù)為400目的篩下物，其含水量為15%;(4)成型，成型壓力為6MPa;(5)干燥，溫度為180°C,時間為65h;(6)在1400°C下煅燒，時間為9天；(7)破碎；(8)篩分，即得到莫來石輕質(zhì)骨料。實施例2:微孔莫來石輕質(zhì)骨料，由下列重量百分比的原料制成鋁礬土生料40%，煤石干石14%，鋸末4%，石油焦炭42%，上述石油焦炭中Fe203含量為2%，八1203含量為10%,制備方法包括以下步驟(1)將鋁礬土生料、煤矸石、鋸末及石油焦炭分別破碎，混合均勻；(2)然后加入占上述原料總重量85%的水，進行濕磨；(3)篩網(wǎng)過濾，得到目數(shù)為450目的篩下物，其含水量為20%;(4)成型，成型壓力為8MPa;(5)干燥，溫度為200'C，時間為75h;(6)在1450°C下煅燒，時間為10天；(7)破碎；(8)篩分，即得到莫來石輕質(zhì)骨料。實施例3:微孔莫來石輕質(zhì)骨料，由下列重量百分比的原料制成鋁礬土生料38%，煤矸石16%，鋸末10%，石油焦炭36%，上述石油焦炭中Fe203含量為2。/。，八1203含量為9%，制備方法包括以下步驟(1)將鋁礬土生料、煤矸石、鋸末及石油焦炭分別破碎，混合均勻；(2)然后加入占上述原料總重量82%的水，進行濕磨；(3)篩網(wǎng)過濾，得到目數(shù)為420目的篩下物，其含水量為18%;(4)成型，成型壓力為7MPa;(5)干燥，溫度為195°C，時間為70h;(6)在1425°C下煅燒，時間為9天；(7)破碎；(8)篩分，即得到莫來石輕質(zhì)骨料。實施例4:微孔莫來石輕質(zhì)骨料，由下列重量百分比的原料制成鋁礬土生料36%，煤矸石16%,鋸末8%，石油焦炭40%,上述石油焦炭中Fe203含量為1%，八1203含量為8%，制備方法包括以下步驟(1)將鋁礬土生料、煤矸石、鋸末及石油焦炭分別破碎，混合均勻；(2)然后加入占上述原料總重量84%的水，進行濕磨；(3)篩網(wǎng)過濾，得到目數(shù)為435目的篩下物，其含水量為16%;(4)成型，成型壓力為6MPa;(5)干燥，溫度為185°C，時間為68h;(6)在1430°C下煅燒，時間為9天；(7)破碎；(8)篩分，即得到莫來石輕質(zhì)骨料。權(quán)利要求1.一種微孔莫來石輕質(zhì)骨料，其特征是所述的輕質(zhì)骨料由下列重量百分比的原料制成鋁礬土生料35-40％，煤矸石14-20％，鋸末4-13％，石油焦炭27-45％，上述石油焦炭中Fe2O3含量為1-2％，Al2O3含量為8-10％。2、制備如權(quán)利要求1所述的微孔莫來石輕質(zhì)骨料的方法，其特征是包括如下步驟(1)將鋁礬土生料、煤矸石、鋸末及石油焦炭分別破碎，混合均勻；(2)然后加入占上述原料總重量80-85%的水，進行濕磨；(3)篩網(wǎng)過濾，得到目數(shù)為400-450目的篩下物，其含水量為15-20%;(4)成型，成型壓力為6-8MPa;(5)干燥，溫度為180-200°C，時間為65-75h;(6)在1400-1450。C下煅燒，時間為9-10天;(7)破碎；(8)篩分，即得到莫來石輕質(zhì)骨料。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微孔莫來石輕質(zhì)骨料及其制備方法，其特征是得到的莫來石輕質(zhì)骨料的體積密度為1.01.2g/cm3，常溫耐壓強度》12MPa，熱導(dǎo)率為0.240.26w/(m.k)，平均孔徑為7-8.5(xm，孔徑小于10pm的孔容積率》70%。全文摘要本發(fā)明涉及耐火材料領(lǐng)域，具體為一種微孔莫來石輕質(zhì)骨料及其制備方法，解決現(xiàn)有莫來石輕質(zhì)骨料存在體積密度較大、耐壓強度和耐火度較低以及熱導(dǎo)率較高、孔徑較大、氣孔分布不均勻等問題，由鋁礬土生料、煤矸石、鋸末、石油焦炭制成，制備方法如下將原料分別破碎，混合均勻；然后加入占原料總重量80-85％的水，進行濕磨；篩網(wǎng)過濾；成型，成型壓力為6-8MPa；干燥，溫度為180-200℃。時間為65-75h；在1400-1450℃下煅燒，時間為9-10天；破碎；篩分，即得到莫來石輕質(zhì)骨料。本發(fā)明生產(chǎn)的產(chǎn)品具有氣孔率高、體積密度小、平均孔徑小、熱導(dǎo)率小、耐壓強度高、耐火度高等優(yōu)點，可廣泛用作隔熱保溫層，也可直接應(yīng)用于加熱爐等多種工業(yè)爐的工作襯、爐頂，適用范圍較廣。文檔編號C04B35/66GK101265118SQ20081005488公開日2008年9月17日申請日期2008年4月26日優(yōu)先權(quán)日2008年4月26日發(fā)明者王履彬申請人:孝義市京山耐火材料有限公司