本发明属于耐火材料技术领域。具体涉及一种轻量微闭孔矾土耐火骨料及其制备方法。
背景技术：
随着我国经济的飞速发展，高能耗的产业，如钢铁、水泥、电力行业等对能源的需求日益增加，能源短缺与需求迅速增加的矛盾日益突出。现代高温行业不仅要求所使用的耐火材料具有优异的机械强度、抗热剥落性能好和抗侵蚀及冲刷性能优良，还要求能耗低和热效率高。因此，开发满足上述多种功能的高品质耐火材料成为耐火材料行业的研究重点。
工作层耐火材料轻量化被认为是有可能实现耐火材料具有高品质、多功能的有效途径。首先，轻量化能够提升工作层的隔热性能、减少散热，从而降低热量散失及加热成本，有利于实现节能减排；其次，轻量化过程中引入的气孔能够在温度剧变时有效容纳热应力，有利于提升工作层耐火材料的抗热剥落性能；最后，当所制备的轻量耐火材料气孔尺寸较小时，对耐火材料的抗渣性能及机械强度影响不大，甚至可能有所提升。
近年来，世界各地开展了许多关于轻量骨料及其相应的工作衬用轻量耐火材料的研究，并报道了许多制备轻量骨料的方法，例如有机物分解法，原位成孔技术及氢氧化物/碳酸盐分解法等。然而采用上述制备方法，都是将原料粉磨再成型，一方面工艺较为复杂，更重要的是，所制备的耐火骨料通常显气孔率较高、孔径较大，使用过程中无法抵御熔渣及高温介质的侵蚀与渗透。
“一种微孔轻量矾土耐火骨料及其制备方法”（ZL 201410447797.X）专利技术，采用湿法制备了一种微孔轻量矾土耐火骨料，所制备的产品具有较低的显气孔率和孔径，然而，所采用的湿法制备工艺较为复杂，较难实现工业化生产。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术缺陷，任务是提供一种工艺简单和成本低的轻量微闭孔矾土耐火骨料制备方法；用该方法制备的轻量微闭孔矾土耐火骨料显气孔率低、闭口气孔率高、强度高和平均孔径小。
为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：以3~10℃/分钟的升温速率，将块状矾土生料分段升温至最终温度，即得轻量微闭孔矾土耐火骨料。
所述分段升温至最终温度是：当温度分别升至300℃、400℃、500℃、600℃、900℃、1100℃、1200℃和最终温度时，各保温1~4小时。
所述最终温度为1500~1650℃。
所述块状矾土生料的Al2O3含量≥45wt%。
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：
1）本发明采用天然铝矾土块料生矿即块状矾土生料直接煅烧，并利用天然铝矾土生矿中一水铝石、勃姆石、高岭石和三水铝石等矿物组成在不同温度下发生一系列分解、晶型转变的特点，在相对应的温度下进行保温处理，上述矿物中的结构水及结晶水能够缓慢脱出，从而将分解及晶型转变所产生的孔隙保留在坯料内部；工艺简单和成本低。
2）本发明采用的天然铝矾土块料生矿在煅烧过程中一次莫来石化及二次莫来石化过程将导致一定的体积膨胀，该体积膨胀能够导致坯料内部原位形成一定数量的孔隙。本发明在原位形成孔隙的前提下，在中高温下进行特定热处理，促进晶界移动速率，使得上述孔隙闭合原位形成闭口气孔，制得的轻量微闭孔矾土耐火骨料体积密度低、显气孔率低且闭口气孔率高。
本发明所制备的轻量微闭孔矾土耐火骨料经检测：体积密度为2.6~3.0g/cm3，显气孔率为2~10%，平均孔径为0.5~2μm。
因此，本发明工艺简单和成本低，所制备的轻量微闭孔矾土耐火骨料具有显气孔率低、闭口气孔率高、强度高和平均孔径小的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：
本具体实施方式所述的块状矾土生料的Al2O3含量≥45wt%，实施例中不再赘述。
实施例1
一种轻量微闭孔矾土耐火骨料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：以3~7℃/分钟的升温速率，将块状矾土生料分段升温至最终温度，即得轻量微闭孔矾土耐火骨料。
本实施例所述分段升温至最终温度是：当温度分别升至300℃、400℃、500℃、600℃、900℃、1100℃、1200℃和最终温度时，各保温1~3小时。
所述最终温度为1550~1650℃。
本实施例所制备的轻量微闭孔矾土耐火骨料经检测：体积密度为2.6~2.7g/cm3；显气孔率为6~10%；平均孔径为1~2μm。
实施例2
一种轻量微闭孔矾土耐火骨料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：以3~7℃/分钟的升温速率，将块状矾土生料分段升温至最终温度，即得轻量微闭孔矾土耐火骨料。
本实施例所述分段升温至最终温度是：当温度分别升至300℃、400℃、500℃、600℃和900℃时，各保温1~3小时；当温度分别升至1100℃和1200℃时，各保温2~4小时；当温度升至最终温度时，保温1~3小时。
所述最终温度为1550~1650℃。
本实施例所制备的轻量微闭孔矾土耐火骨料经检测：体积密度为2.6~2.75g/cm3；显气孔率为5~10%；平均孔径为0.9~2μm。
实施例3
一种轻量微闭孔矾土耐火骨料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：以3~7℃/分钟的升温速率，将块状矾土生料分段升温至最终温度，即得轻量微闭孔矾土耐火骨料。
所述分段升温至最终温度是：当温度分别升至300℃、400℃、500℃、600℃和900℃时，各保温2~4小时，当温度分别升至1100℃、1200℃和最终温度时，各保温1~3小时。
所述最终温度为1550~1650℃。
本实施例所制备的轻量微闭孔矾土耐火骨料经检测：体积密度为2.7~2.85g/cm3；显气孔率为5~8%；平均孔径为0.8~1.6μm。
实施例4
一种轻量微闭孔矾土耐火骨料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：以3~7℃/分钟的升温速率，将块状矾土生料分段升温至最终温度，即得轻量微闭孔矾土耐火骨料。
本实施例所述分段升温至最终温度是：当温度分别升至300℃、400℃、500℃、600℃、900℃、1100℃和1200℃时，各保温2~4小时；当温度升至最终温度时，保温1~3小时。
所述最终温度为1550~1650℃。
本实施例所制备的轻量微闭孔矾土耐火骨料经检测：体积密度为2.6~2.85g/cm3；显气孔率为5~8%；平均孔径为0.7~1.5μm。
实施例5
一种轻量微闭孔矾土耐火骨料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：以6~10℃/分钟的升温速率，将块状矾土生料分段升温至最终温度，即得轻量微闭孔矾土耐火骨料。
本实施例所述分段升温至最终温度是：当温度分别升至300℃、400℃、500℃、600℃、900℃、1100℃和1200℃时，各保温1~3小时；当温度升至最终温度时，保温2~4小时。
所述最终温度为1500~1600℃。
本实施例所制备的轻量微闭孔矾土耐火骨料经检测：体积密度为2.7~2.95g/cm3；显气孔率为5~8%；平均孔径为0.7~1.3μm。
实施例6
一种轻量微闭孔矾土耐火骨料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：以6~10℃/分钟的升温速率，将块状矾土生料分段升温至最终温度，即得轻量微闭孔矾土耐火骨料。
本实施例所述分段升温至最终温度是指：当温度分别升至300℃、400℃、500℃、600℃和900℃时，各保温1~3小时，当温度分别升至1100℃、1200℃和最终温度时，各保温2~4小时。所述最终温度为1500~1600℃。
本实施例所制备的轻量微闭孔矾土耐火骨料经检测：体积密度为2.75~2.95g/cm3；显气孔率为4~9%；平均孔径为0.6~1.2μm。
实施例7
一种轻量微闭孔矾土耐火骨料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：以6~10℃/分钟的升温速率，将块状矾土生料分段升温至最终温度，即得轻量微闭孔矾土耐火骨料。
所述分段升温至最终温度是指：当温度分别升至300℃、400℃、500℃、600℃和900℃时，各保温2~4小时；当温度分别升至1100℃和1200℃时，各保温1~3小时；当温度升至最终温度时，保温2~4小时。
所述最终温度为1500~1600℃。
本实施例所制备的轻量微闭孔矾土耐火骨料经检测：体积密度为2.75~3.0g/cm3；显气孔率为3~6%；平均孔径为0.6~1μm。
实施例8
一种轻量微闭孔矾土耐火骨料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：以6~10℃/分钟的升温速率，将块状矾土生料分段升温至最终温度，即得轻量微闭孔矾土耐火骨料。
本实施例所述分段升温至最终温度是指：当温度分别升至300℃、400℃、500℃、600℃、900℃、1100℃、1200℃和最终温度时，各保温2~4小时。
所述最终温度为1500~1600℃。
本实施例所制备的轻量微闭孔矾土耐火骨料经检测：体积密度为2.8~3.0g/cm3；显气孔率为2~7%；平均孔径为0.5~0.9μm。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
1）本具体实施方式采用天然铝矾土块料生矿即块状矾土生料直接煅烧，并利用天然铝矾土生矿中一水铝石、勃姆石、高岭石和三水铝石等矿物组成在不同温度下发生一系列分解、晶型转变的特点，在相对应的温度下进行保温处理，上述矿物中的结构水及结晶水能够缓慢脱出，从而将分解及晶型转变所产生的孔隙保留在坯料内部；工艺简单和成本低。
2）本具体实施方式采用的天然铝矾土块料生矿在煅烧过程中一次莫来石化及二次莫来石化过程将导致一定的体积膨胀，该体积膨胀能够导致坯料内部原位形成一定数量的孔隙。本具体实施方式在原位形成孔隙的前提下，在中高温下进行特定热处理，促进晶界移动速率，使得上述孔隙闭合原位形成闭口气孔，制得的轻量微闭孔矾土耐火骨料体积密度低、显气孔率低且闭口气孔率高。
本具体实施方式所制备的轻量微闭孔矾土耐火骨料经检测：体积密度为2.6~3.0g/cm3，显气孔率为2~10%，平均孔径为0.5~2μm。
因此，本具体实施方式工艺简单和成本低，所制备的轻量微闭孔矾土耐火骨料具有显气孔率低、闭口气孔率高、强度高和平均孔径小的特点。