一種用高鋁煤矸石合成莫來石質(zhì)輕質(zhì)耐火材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用高鋁煤矸石合成莫來石質(zhì)輕質(zhì)耐火材料的方法，涉及固體廢棄物綜合利用、耐火材料【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明以高鋁煤矸石和工業(yè)氧化鋁為原料，按莫來石的理論配比配料混合均勻后，磨細，添加一定量的造孔劑攪拌均勻，然后采用澆注成型、調(diào)濕可控干燥、高溫引氣造孔、一步原位反應(yīng)燒結(jié)、切割加工等一系列工藝過程，制備一種綠色新型莫來石質(zhì)輕質(zhì)耐火材料。該發(fā)明采用莫來石和剛玉為主晶相；其主要化學(xué)成分Al2O3+SiO2＞90wt.％，其它雜質(zhì)總含量小于5.0wt.％。所述輕質(zhì)耐火材料是一種低導(dǎo)熱系數(shù)、長壽命的高溫窯爐內(nèi)襯用輕質(zhì)耐火磚，可為工業(yè)爐設(shè)備提供高效節(jié)能的保證。同現(xiàn)有的技術(shù)比較，本發(fā)明中提供的方法具有原料來源廣，綠色環(huán)保，生產(chǎn)成本低、性能好等優(yōu)點，本發(fā)明為工業(yè)廢棄物煤矸石的合理利用提供了一種新的技術(shù)途徑。
【專利說明】一種用高鋁煤矸石合成莫來石質(zhì)輕質(zhì)耐火材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001] 本發(fā)明涉及一種合成莫來石質(zhì)輕質(zhì)耐火材料的方法，特別涉及一種用高鋁煤矸石合成莫來石質(zhì)輕質(zhì)耐火材料的方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]工業(yè)爐窯是工業(yè)生產(chǎn)中的主要耗能設(shè)備，每年能耗數(shù)量十分巨大，尤其在冶金、建材、陶瓷、玻璃、化工及機電企業(yè)中的熱加工過程中，工業(yè)窯爐的能耗可占總能耗的40~70%。工業(yè)爐爐襯材料的選擇直接決定著爐體的蓄熱和散熱功能。我國目前在高溫爐體系統(tǒng)中，工作層絕大部分都是使用低水泥重質(zhì)澆注料，只有在少數(shù)的低溫部位使用輕質(zhì)澆注料或輕質(zhì)噴涂料。因此，在這些高溫行業(yè)，由于耐火爐襯材料的蓄熱、散熱浪費的能源相當可觀并造成環(huán)境污染。從工業(yè)爐節(jié)約能源的戰(zhàn)略目標來看，研究和采用低耗能高溫非金屬礦物聚合材料用作爐襯材料和優(yōu)化爐襯結(jié)構(gòu)、減少工業(yè)爐爐襯的蓄熱損失及散熱損失是節(jié)約能源重要的技術(shù)方向。
[0003]以非金屬礦為原料制備高性能耐高溫礦物聚合材料是解決我國優(yōu)勢非金屬礦產(chǎn)資源高效綜合利用、低排放、短流程與系統(tǒng)集成加工利用的瓶頸問題和關(guān)鍵技術(shù)的重要手段，對發(fā)揮非金屬礦產(chǎn)業(yè)和延伸行業(yè)有重大的推動作用，可使得非金屬礦為國家節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟和資源有效利用等國民經(jīng)濟基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)發(fā)展起到支撐作用。本發(fā)明以高鋁煤矸石為原料合成莫來石質(zhì)耐火材料，不僅能夠滿足提高莫來石質(zhì)耐火材料基本性能的要求，另一方面利用低成本的工業(yè)廢棄物來合成莫來石質(zhì)耐火材料降低了莫來石質(zhì)耐火材料的生產(chǎn)成本并為我國礦產(chǎn)資源和工業(yè)廢棄物的高效綜合利用作出了貢獻。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明目的是針對工業(yè)廢棄物的利用率低，提出一種工藝簡單、成本低、能耗低的利用高鋁煤矸石合成莫來石質(zhì)輕質(zhì)耐火材料的方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明提出的一種利用高鋁煤矸石合成莫來石質(zhì)輕質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于:采用高鋁煤矸石和工業(yè)氧化鋁為工業(yè)原料，按一定比例配料，并加入占總配料的Iwt.%~18.0wt.%燒失造孔劑(燒失造孔劑可以選擇為木屑鋸末或聚苯乙烯球或焦炭粉或活性碳等其中的一種或幾種可以在大于1000°C燒失的物質(zhì)，其粒徑< 3.0mm) —起攪拌混合，混合均勻后再加入6~15%的可飲用水攪拌，得到的泥料采用振動澆注成形方法成形(也可用擠泥機擠出成形)。成形后的濕坯在室溫下自然干燥24h，然后在干燥窯中于50~200°C進行烘干。將干燥好的材料坯裝入窯中燒成，最終燒成溫度1250~1600°C，將燒成出窯冷卻后的材料坯按要求尺寸進行切割，即得到本發(fā)明的低導(dǎo)熱系數(shù)、抗堿侵蝕能力和抗渣侵蝕能力較好、長壽命的莫來石輕質(zhì)耐火材料。該莫來石輕質(zhì)耐火材料的相關(guān)性能達到:體積密度≤0.6g/Cm3，700°C導(dǎo)熱系數(shù)≤0.2w/m.k，抗折強度≥1.5MPa，耐壓強度≥ 2MPa。[0007]經(jīng)過混料,球磨,制樣,高溫加熱,冷卻等工藝后制備出莫來石質(zhì)輕質(zhì)耐火材料，本發(fā)明中，原料當中工業(yè)氧化鋁占38wt.%~80%，高鋁煤矸石占62被.％~20wt.%。
[0008]所述的高招煤砰石為市售原料,含氧化招大于38wt.含氧化娃大于60wt.%,粒徑小于74um ;工業(yè)氧化鋁為市售原料，含氧化鋁大于98wt.%，粒徑小于74um。試樣的燒成溫度為1250~1600°C，保溫時間為2~6小時。
[0009]本發(fā)明所述的工藝過程為:
[0010]I)將高鋁煤矸石粉末，工業(yè)氧化鋁粉末按照工業(yè)氧化鋁占38wt.%~80wt.%，高招煤砰石占62wt.Yo~20wt.%比例混合,放入球磨機中球磨I~24小時混合均勻。
[0011]2)在混合均勻的粉末中加入總配料的lwt.0Z0~18.0wt.%燒失造孔劑(燒失造孔劑可以選擇為木屑鋸末或聚苯乙烯球或焦炭粉或活性碳等其中的一種或幾種可以在大于1000°C燒失的物質(zhì),其粒徑< 3.0mm) 一起攪拌混合,混合均勻后再加入6~15%的可飲用水攪拌，得到的泥料采用振動澆注成形方法成形(也可用擠泥機擠出成形)。成形后的濕坯在室溫下自然干燥24h，然后在干燥窯中于50~200°C進行烘干。將干燥好的材料坯裝入窯中燒成，最終燒成溫度1250~1600°C，在最終的燒成溫度保溫2~6小時，將燒成出窯冷卻后的材料坯按要求尺寸進行切割，即得到所述的莫來石質(zhì)輕質(zhì)耐火材料。
[0012]本發(fā)明所述的工藝方法相對簡單，且所用原料成本低，能耗低，并為高鋁煤矸石的充分利用提供了一種途徑。
【具體實施方式】:
[0013]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步說明:
[0014]實施例1
[0015]使用工業(yè)氧化鋁和高鋁煤矸石粉末作為原料，工業(yè)氧化鋁加入量為38wt.%，高鋁煤矸石加入量為62wt.%。燒結(jié)溫度為1350°C。
[0016]將工業(yè)氧化鋁和高鋁煤矸石按上述比例混合，并加入占總配料的6wt.%的木屑鋸末，7wt.%聚苯乙烯球一起攪拌混合，混合均勻后再加入8%的可飲用水攪拌，得到的泥料采用振動澆注成形方法成形(也可用擠泥機擠出成形)。成形后的濕坯在室溫下自然干燥24h，然后在干燥窯中于50~200°C進行烘干。將干燥好的材料坯裝入窯中燒成，最終燒成溫度1350°C，將燒成出窯冷卻后的材料坯按要求尺寸進行切割，即得到本發(fā)明的低導(dǎo)熱系數(shù)、抗堿侵蝕能力和抗渣侵蝕能力較好、長壽命的莫來石輕質(zhì)耐火材料。該莫來石輕質(zhì)耐火材料的相關(guān)性能達到:體積密度:0.62g/Cm3，700°C導(dǎo)熱系數(shù):0.22w/m.k，抗折強度:
1.65MPa,耐壓強度 2.45MPa。
[0017]實施例2
[0018]使用工業(yè)氧化鋁和高鋁煤矸石粉末作為原料，工業(yè)氧化鋁加入量為60wt.%，高鋁煤矸石加入量為40wt.%。燒結(jié)溫度為1450°C。
[0019]將工業(yè)氧化鋁和高鋁煤矸石按上述比例混合，并加入占總配料的6wt.%的焦炭粉，7wt.%聚苯乙烯球一起攪拌混合，混合均勻后再加入10%的可飲用水攪拌，得到的泥料采用振動澆注成形方法成形(也可用擠泥機擠出成形)。成形后的濕坯在室溫下自然干燥24h，然后在干燥窯中于50~200°C進行烘干。將干燥好的材料坯裝入窯中燒成，最終燒成溫度1450°C，將燒成出窯冷卻后的材料坯按要求尺寸進行切割，即得到本發(fā)明的低導(dǎo)熱系數(shù)、抗堿侵蝕能力和抗渣侵蝕能力較好、長壽命的莫來石輕質(zhì)耐火材料。該莫來石輕質(zhì)耐火材料的相關(guān)性能達到:體積密度:0.58g/cm3,700°C導(dǎo)熱系數(shù):0.18w/m.k,抗折強度:1.58MPa，耐壓強度:2.36MPa。
[0020]實施例3
[0021]使用工業(yè)氧化鋁和高鋁煤矸石粉末作為原料，工業(yè)氧化鋁加入量為70wt.%，高鋁煤矸石加入量為30wt.%。燒結(jié)溫度為1400°C。
[0022]將工業(yè)氧化鋁和高鋁煤矸石按上述比例混合，并加入占總配料的6wt.%的焦炭粉，7wt.%木屑鋸末一起攪拌混合，混合均勻后再加入12%的可飲用水攪拌，得到的泥料采用振動澆注成形方法成形(也可用擠泥機擠出成形)。成形后的濕坯在室溫下自然干燥24h，然后在干燥窯中于50~200°C進行烘干。將干燥好的材料坯裝入窯中燒成，最終燒成溫度1400°C，將燒成出窯冷卻后的材料坯按要求尺寸進行切割，即得到本發(fā)明的低導(dǎo)熱系數(shù)、抗堿侵蝕能力和抗渣侵蝕能力較好、長壽命的莫來石輕質(zhì)耐火材料。該莫來石輕質(zhì)耐火材料的相關(guān)性能達到:體積密度:0.56g/cm3, 700°C導(dǎo)熱系數(shù):0.55w/m.k,抗折強度:1.53MPa，耐 壓強度:2.13MPa。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明是一種用高鋁煤矸石合成莫來石質(zhì)輕質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于:該耐火材料的主要耐高溫物相為莫來石相和剛玉相；該耐火材料的主要化學(xué)成分為:A120365~90wt.%, SiO2IO~30wt.%，其它雜質(zhì)總含量小于5.0wt.V0o
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用高鋁煤矸石合成莫來石質(zhì)輕質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于:原料粉中按質(zhì)量百分比工業(yè)氧化招占38wt.%~80wt.%,高招煤砰石占62wt.%~20wt.%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用高鋁煤矸石合成莫來石質(zhì)輕質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于:高鋁煤矸石 為市售原料，含氧化鋁大于38wt.%，含氧化硅大于60wt.%，粒徑小于74um:工業(yè)氧化鋁為市售原料，含氧化鋁大于98wt.%，粒徑小于74um。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用高鋁煤矸石合成莫來石質(zhì)輕質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于:試樣的燒成溫度為1250°C _1600°C,保溫時間為2~6小時。
【文檔編號】C04B35/66GK103979978SQ201410182327
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】曹曉煒, 李小超, 黃朝暉, 房明浩, 劉艷改, 吳小文 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)（北京）