原位分解反應(yīng)制備鎂鈣質(zhì)功能材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種原位分解反應(yīng)制備鎂鈣質(zhì)功能材料的方法。其技術(shù)方案是：先將30~60wt%的鎂砂顆粒、10~30wt%的鎂砂細(xì)粉、5~40wt%的石灰石、5~15wt%的鎂鋁水滑石、0~10wt%的水和0~4wt%的結(jié)合劑混合，攪拌均勻，成型；再將成型后的坯體在110℃條件下干燥4~24小時，然后在200~1100℃條件下保溫1~8小時，即得鎂鈣質(zhì)功能材料。本發(fā)明工藝簡單和原材料豐富，所制備的鎂鈣質(zhì)功能材料體積密度小、隔熱保溫性能優(yōu)異、強(qiáng)度高、抗侵蝕性能優(yōu)異、高溫體積穩(wěn)定性好和熱震穩(wěn)定性能優(yōu)良、凈化鋼水效果好、原材料豐富、施工簡便和使用范圍廣。
【專利說明】原位分解反應(yīng)制備鎂鈣質(zhì)功能材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鎂鈣質(zhì)功能材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種原位分解反應(yīng)制備鎂鈣質(zhì)功能材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源的日益緊張，各國對高溫工業(yè)用節(jié)能材料的研制、生產(chǎn)和使用日益重視。輕質(zhì)和半輕質(zhì)耐火材料由于質(zhì)輕、氣孔率高、體積密度小和導(dǎo)熱率低的特點，在節(jié)能上優(yōu)勢明顯，因而在高溫工業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，起到了保溫和節(jié)能降耗的作用。
[0003]現(xiàn)有輕質(zhì)和半輕質(zhì)耐火材料的主要化學(xué)成分為氧化鋁和二氧化硅，屬于傳統(tǒng)的鋁硅系材料，材料的主要礦物為剛玉、莫來石、石英和玻璃相等。由于鋁硅系耐火原料在地球上儲備豐富，因而一直在保溫隔熱材料領(lǐng)域的應(yīng)用上占有統(tǒng)治地位。但是，鋁硅系輕質(zhì)耐火材料屬于酸性或中性耐火材料，只適用于酸性和中性的工作環(huán)境，其在高溫使用過程中，容易與環(huán)境中的堿性物質(zhì)或材料發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致低熔相的產(chǎn)生，會嚴(yán)重影響輕質(zhì)材料的力學(xué)性能和使用壽命。因而，開發(fā)堿性輕質(zhì)材料以滿足堿性使用環(huán)境中對保溫和隔熱材料的需要成為關(guān)注重點之一。目前，堿性輕質(zhì)材料的研究、制備和應(yīng)用已有報道，其中:
一種材料的主要組分為方鎂石和鎂鋁尖晶石，可以達(dá)到在堿性環(huán)境中使用的目的。其制備方法是:將菱鎂礦粉、輕燒氧化鎂粉、高鋁礬土粉、氫氧化鋁粉和可燒失物混合，外加水和結(jié)合劑攪拌均勻，經(jīng)成型、干燥、燒成、保溫和冷卻后制得。該類合成方法雖有其優(yōu)點，如:材料的主要礦相方鎂石和鎂鋁尖晶石的耐火性能優(yōu)良，抗堿性物質(zhì)侵蝕能力強(qiáng)，但存在的缺點也是明顯的，即制備 輕質(zhì)方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料的工藝比較復(fù)雜，原料種類較多，混合時間長，對混合設(shè)備的性能要求較高。同時，采用機(jī)械混合的方式難以使各種原料分布均勻，混合料中相關(guān)反應(yīng)的進(jìn)行并不充分，高溫?zé)珊?，難以得到顯微結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分均勻的輕質(zhì)材料，達(dá)不到材料設(shè)計者的初衷，從而導(dǎo)致材料的物理性能不穩(wěn)定，保溫和隔熱效果難以滿足高溫工業(yè)需要。
[0004]另一種堿性輕質(zhì)材料是使用了石灰石的鎂鈣質(zhì)材料，主要組分為方鎂石、鎂鈣砂和方鈣石。其制備的方法是:將鎂砂和石灰石(碳酸鈣)混合，同時加入有機(jī)或無機(jī)結(jié)合劑，通過干式振動或噴涂的方法進(jìn)行造襯。這種合成材料的優(yōu)點是對鋼水有很好的潔凈作用，可以吸附鋼中的氧化夾雜物及硫和磷等。缺點是由于使用的石灰石粒徑較大，石灰石在高溫下分解后會導(dǎo)致材料的高溫強(qiáng)度降低，鋼水在材料中的滲透加劇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種工藝簡單和原材料豐富的原位分解反應(yīng)制備鎂鈣質(zhì)功能材料的方法；用該方法制備的鎂鈣質(zhì)功能材料體積密度小、隔熱保溫性能優(yōu)異、強(qiáng)度高、抗侵蝕性能優(yōu)異、高溫體積穩(wěn)定性好、熱震穩(wěn)定性能優(yōu)良、凈化鋼水效果好、施工簡便和使用范圍廣。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:先將3(T60wt%的鎂砂顆粒、10~30wt%的鎂砂細(xì)粉、5~40wt%的石灰石、5~15wt%的鎂鋁水滑石、0~10wt%的水和0~4wt%的結(jié)合劑混合，攪拌均勻，成型；再將成型后的坯體在110°C條件下干燥4~24小時，然后在200~ll00°C條件下保溫1~ 8小時，即得鎂鈣質(zhì)功能材料。
[0007]所述鎂砂顆粒中的MgO含量≥95wt% ;鎂砂顆粒的粒徑為0.2~11mm。
[0008]所述鎂砂細(xì)粉中的MgO含量> 95wt% ;鎂砂細(xì)粉的粒徑為3~200 μ m。
[0009]所述石灰石中的CaCO3含量> 90wt% ;石灰石的粒徑< lOOnm。
[0010]所述鎂鋁水滑石中的Mg(4_6)Al2 (OH) (12_16) (CO3) 4H20含量≥90wt%,鎂鋁水滑石的粒度< 0.2mm。
[0011 ] 所述成型方法為干式振動成型或澆注成型。
[0012]所述結(jié)合劑為糊精或為聚乙烯醇，所述結(jié)合劑澆注成型時使用。
[0013]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果:
本發(fā)明通過加入納米石灰石，在高溫下生成活性很高的氧化鈣，起到凈化鋼水的作用，由于使用的是納米石灰石，其分解反應(yīng)所形成的氣孔孔徑很小，不會明顯降低材料的強(qiáng)度；鎂鋁水滑石原位分解反應(yīng)在材料內(nèi)形成方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合結(jié)合體系，均勻的分布在材料基質(zhì)中將顆粒膠結(jié)起來，提高了材料的中高溫強(qiáng)度。本發(fā)明所制備的產(chǎn)品能避免現(xiàn)有技術(shù)因采用多種原材料混合進(jìn)而反應(yīng)制備的輕質(zhì)材料導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和組分不均的問題。
[0014]典型的鎂鋁水滑石Mg6Al2 (OH)16(CO3) 4H20是一種天然存在的礦物，在催化劑、醫(yī)藥、化妝品、涂料和塑料加工等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。自然界中鎂鋁水滑石的存儲量有限，因而人們通過各種合成的方法來制備鎂鋁水滑石，主要合成方法包括:共沉淀法、離子交換法、焙燒還原法等。在鎂鋁水滑石的合成過程中，由于工藝控制和配料的差異，所得到的人工合成鎂鋁水滑石在化學(xué)成分上存在一定的差異，具體體現(xiàn)在Mg2+和OH—離子數(shù)量的差異上，其通式可用Mg(4_6)Al2(0H) (12_16) (CO3) 4H20來表示。水滑石在200°C~250°C左右開始分解，分解產(chǎn)物可以起到膠結(jié)材料顆粒的作用，可作為采用干式振動成型時的材料的結(jié)合劑使用。
[0015]本發(fā)明中的石灰石和鎂鋁水滑石分解后，釋放出二氧化碳和水蒸汽，在原位留下微孔，材料的礦物組成為方鎂石、方鈣石(氧化鈣)和鎂鋁尖晶石等高溫礦相。
[0016]本發(fā)明相對現(xiàn)有合成隔熱材料的生產(chǎn)方法，制備工藝簡單，能得到組織結(jié)構(gòu)均勻的鎂鈣質(zhì)材料；相對于現(xiàn)有的鎂鈣質(zhì)材料，所制備的復(fù)合材料具有體積密度較小、強(qiáng)度較高、抗侵蝕性能優(yōu)異、高溫體積穩(wěn)定性好和熱震穩(wěn)定性能優(yōu)良的特點。同時，由于使用了納米碳酸鈣，材料強(qiáng)度比傳統(tǒng)鎂鈣耐火材料高，凈化鋼水的能力也更強(qiáng)?？勺鳛楦邷匾苯鸸I(yè)的窯爐及容器的內(nèi)襯材料使用。故本發(fā)明能得到組分和結(jié)構(gòu)均勻的兼顧隔熱和凈化鋼水作用的鎂鈣質(zhì)功能材料。
[0017]因此，本發(fā)明工藝簡單和原材料豐富，所制備的鎂鈣質(zhì)功能材料體積密度小、隔熱保溫性能優(yōu)異、強(qiáng)度高、抗侵蝕性能優(yōu)異、高溫體積穩(wěn)定性好和熱震穩(wěn)定性能優(yōu)良、凈化鋼水效果好、原材料豐富、施工簡便和使用范圍廣。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，并非對其保護(hù)范圍的限制。
[0019]本【具體實施方式】中:所述鎂砂顆粒中的MgO含量> 95wt% ;鎂砂顆粒的粒徑為0. 2?11mm ;所述鎂砂細(xì)粉中的MgO含量> 95wt% ;鎂砂細(xì)粉的粒徑為3?200 u m ;所述石灰石 中的CaC03含量≥90wt% ;石灰石的粒徑< lOOnm ;所述鎂招水滑石中的Mg(4_6)Al2 (0H) (12_16) (C03)4H20含量> 90wt%，鎂鋁水滑石的粒度< 0. 2mm。所述結(jié)合劑為糊精或為聚乙烯醇，所 述結(jié)合劑澆注成型時使用。實施例中不再贅述。
[0020]實施例1
一種原位分解反應(yīng)制備鎂鈣質(zhì)功能材料的方法。先將4(T60wt%的鎂砂顆粒、l(T25wt% 的鎂砂細(xì)粉、5?15wt%的石灰石、l(Tl5wt%的鎂鋁水滑石、1?5wt%的水和1?2wt%的結(jié)合 劑混合，攪拌均勻，澆注成型；再將成型后的坯體在110°C條件下干燥4?12小時，然后在 20(T500°C條件下保溫f 4小時，即得鎂鈣質(zhì)功能材料。
[0021]實施例2
一種原位分解反應(yīng)制備鎂鈣質(zhì)功能材料的方法。先將4(T60wt%的鎂砂顆粒、l(T25wt% 的鎂砂細(xì)粉、5?15wt%的石灰石、l(Tl5wt%的鎂鋁水滑石、廣5wt%的水混合，攪拌均勻，澆注 成型；再將成型后的坯體在110°C條件下干燥4?12小時，然后在50(T70(TC條件下保溫f 4 小時，即得鎂鈣質(zhì)功能材料。
[0022]實施例3
一種原位分解反應(yīng)制備鎂鈣質(zhì)功能材料的方法。先將4(T60wt%的鎂砂顆粒、l(T25wt% 的鎂砂細(xì)粉、5?20wt%的石灰石、l(Tl5wt%的鎂鋁水滑石和2?4wt%的結(jié)合劑混合，攪拌均 勻，澆注成型；再將成型后的坯體在110°C條件下干燥4?12小時，然后在30(T40(TC條件下 保溫51小時，即得鎂鈣質(zhì)功能材料。
[0023]實施例4
一種原位分解反應(yīng)制備鎂鈣質(zhì)功能材料的方法。先將4(T60wt%的鎂砂顆粒、l(T25wt% 的鎂砂細(xì)粉、15?30wt%的石灰石、5?10wt%的鎂鋁水滑石、6?10wt%的水和3?4wt%的結(jié)合 劑混合，攪拌均勻，澆注成型；再將成型后的坯體在110°C條件下干燥13?24小時，然后在 60(Tll00°C條件下保溫5?8小時，即得鎂鈣質(zhì)功能材料。
[0024]實施例5
一種原位分解反應(yīng)制備鎂鈣質(zhì)功能材料的方法。先將4(T60wt%的鎂砂顆粒、l(T25wt% 的鎂砂細(xì)粉、15?30wt%的石灰石和l(Tl5wt%的鎂鋁水滑石混合，攪拌均勻，干式振動成型； 再將成型后的坯體在110°C條件下干燥4?10小時，然后在20(T500°C條件下保溫1?4小時， 即得鎂鈣質(zhì)功能材料。
[0025]實施例6
一種原位分解反應(yīng)制備鎂鈣質(zhì)功能材料的方法。先將4(T50wt%的鎂砂顆粒、l(T25wt% 的鎂砂細(xì)粉、3(T40wt%的石灰石和5?10wt%的鎂鋁水滑石混合，攪拌均勻，干式振動成型； 再將成型后的坯體在110°C條件下干燥If 16小時，然后在60(Tll0(rC條件下保溫5?8小 時，即得鎂鈣質(zhì)功能材料。
[0026]實施例7
一種原位分解反應(yīng)制備鎂鈣質(zhì)功能材料的方法。先將3(T55wt%的鎂砂顆粒、2(T30wt% 的鎂砂細(xì)粉、2(T30wt%的石灰石和5?10wt%的鎂鋁水滑石混合，攪拌均勻，干式振動成型； 再將成型后的坯體在110°C條件下干燥17?24小時，然后在50(Tll0(rC條件下保溫3飛小 時，即得一種鎂鈣質(zhì)功能材料。[0027]本【具體實施方式】與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果:
本【具體實施方式】通過加入納米石灰石，在高溫下生成活性很高的氧化鈣，起到凈化鋼水的作用，由于使用的是納米石灰石，其分解反應(yīng)所形成的氣孔孔徑很小，不會明顯降低材料的強(qiáng)度；鎂鋁水滑石原位分解反應(yīng)在材料內(nèi)形成方鎂石-鎂鋁尖晶石復(fù)合結(jié)合體系，均勻的分布在材料基質(zhì)中將顆粒膠結(jié)起來，提高了材料的中高溫強(qiáng)度。本【具體實施方式】所制備的產(chǎn)品能避免現(xiàn)有技術(shù)因采用多種原材料混合進(jìn)而反應(yīng)制備的輕質(zhì)材料導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和組分不均的問題。
[0028]典型的鎂鋁水滑石Mg6Al2 (OH)16(CO3) 4H20是一種天然存在的礦物，在催化劑、醫(yī)藥、化妝品、涂料和塑料加工等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。自然界中鎂鋁水滑石的存儲量有限，因而人們通過各種合成的方法來制備鎂鋁水滑石，主要合成方法包括:共沉淀法、離子交換法、焙燒還原法等。在鎂鋁水滑石的合成過程中，由于工藝控制和配料的差異，所得到的人工合成鎂鋁水滑石在化學(xué)成分上存在一定的差異，具體體現(xiàn)在Mg2+和OH—離子數(shù)量的差異上，其通式可用Mg(4_6)Al2(0H) (12_16) (CO3) 4H20來表示。水滑石在200°C~250°C左右開始分解，分解產(chǎn)物可以起到膠結(jié)材料顆粒的作用，可作為采用干式振動成型時的材料的結(jié)合劑使用。
[0029]本【具體實施方式】中的石灰石和鎂鋁水滑石分解后，釋放出二氧化碳和水蒸汽，在原位留下微孔，材料的礦物組成為方鎂石、方鈣石(氧化鈣)和鎂鋁尖晶石等高溫礦相。
[0030]本【具體實施方式】相對現(xiàn)有合成隔熱材料的生產(chǎn)方法，制備工藝簡單，能得到組織結(jié)構(gòu)均勻的鎂鈣質(zhì)材料；相對于現(xiàn)有的鎂鈣質(zhì)材料，所制備的復(fù)合材料具有體積密度較小、強(qiáng)度較高、抗侵蝕性能優(yōu)異、高溫體積穩(wěn)定性好和熱震穩(wěn)定性能優(yōu)良的特點。同時，由于使用了納米碳酸鈣，材料強(qiáng)度比傳統(tǒng)鎂鈣耐火材料高，凈化鋼水的能力也更強(qiáng)。可作為高溫冶金工業(yè)的窯爐及容器的內(nèi)襯材料使用。故本【具體實施方式】能得到組分和結(jié)構(gòu)均勻的兼顧隔熱和凈化鋼水作用的鎂鈣質(zhì)功能材料。
`[0031]因此，本【具體實施方式】工藝簡單和原材料豐富，所制備的鎂鈣質(zhì)功能材料體積密度小、隔熱保溫性能優(yōu)異、強(qiáng)度高、抗侵蝕性能優(yōu)異、高溫體積穩(wěn)定性好和熱震穩(wěn)定性能優(yōu)良、凈化鋼水效果好、原材料豐富、施工簡便和使用范圍廣。
【權(quán)利要求】
1.一種原位分解反應(yīng)制備鎂鈣質(zhì)功能材料的方法，其特征在于先將3(T60wt%的鎂砂顆粒、10~30wt%的鎂砂細(xì)粉、5~40wt%的石灰石、5~15wt%的鎂鋁水滑石、0~10wt%的水和(T4wt%的結(jié)合劑混合，攪拌均勻，成型；再將成型后的坯體在110°C條件下干燥4~24小時，然后在20(Tll0(rC條件下保溫f 8小時，即得鎂鈣質(zhì)功能材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述原位分解反應(yīng)制備鎂鈣質(zhì)功能材料的方法，其特征在于所述鎂砂顆粒中的MgO含量≥95wt% ;鎂砂顆粒的粒徑為0.2~11mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述原位分解反應(yīng)制備鎂鈣質(zhì)功能材料的方法，其特征在于所述鎂砂細(xì)粉中的MgO含量> 95wt% ;鎂砂細(xì)粉的粒徑為3~200 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述原位分解反應(yīng)制備鎂鈣質(zhì)功能材料的方法，其特征在于所述石灰石中的CaCO3含量> 90wt% ;石灰石的粒徑< lOOnm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述原位分解反應(yīng)制備鎂鈣質(zhì)功能材料的方法，其特征在于所述鎂鋁水滑石中的Mg(4_6)Al2 (OH) (12_16) (CO3) 4H20含量≥90wt%,鎂鋁水滑石的粒度≤0.2mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述原位分解反應(yīng)制備鎂鈣質(zhì)功能材料的方法，其特征在于所述結(jié)合劑為糊精或為聚乙烯醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述原位分解反應(yīng)制備鎂鈣質(zhì)功能材料的方法，其特征在于所述成型方法為干式振動成型或澆注成型。
【文檔編號】C04B35/66GK103819210SQ201410004538
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】魏耀武, 李楠 申請人:武漢科技大學(xué)