本发明属于轻质隔热砖技术领域。具体涉及一种莫来石轻质隔热砖及其制备方法。
背景技术：
目前，受国内外能源匮乏和可利用能源价格的影响，新型节能耐火材料的开发在国内外具有巨大的市场需求。研发环境友好型隔热耐火材料和制备低密度、低导热、高强度、低成本的轻质隔热材料已成为主流方向。
“一种禾本科植物结构遗态的高硅莫来石及其制备方法”(CN201410457026.9)专利技术，以30~90wt%的铝溶胶为浸渍剂在常压或者103~104Pa条件下浸渍，搅拌均匀；再将浸渍铝溶胶的禾本植物在60~200℃条件下烘烤24~48h，然后在1100~1400℃条件下保温2~12h得到禾本植物遗态的高硅莫来石。所制制品虽耐压强度较高，但其缺陷是：制备工艺复杂，产品导热系数偏大，线收缩率较高。
“一种黏土轻质砖及其制备方法”(CN103435332A)专利技术，该专利技术以30~40wt%的蓝晶石或焦宝石、35~45wt%的粉煤灰和15~35wt%的塑性粘土为原料，外加所述原料35~55wt%的成孔剂或2~4wt%的聚苯乙烯球，再外加所述原料6~10wt%的结合剂，混匀，造粒，然后通过半干法振动加压成型制备轻质隔热砖，所制制品虽耐压强度较高和体积密度低，但缺陷是：制备工艺复杂和烧后线变化率较大。
“一种氧化铝轻质隔热耐火制品及其制备方法”(CN103145434B)专利技术，该技术以45~75wt%的刚玉颗粒、15~30wt%的氧化铝细粉和10~25wt%的α-Al2O3微粉为骨料原料，外加骨料原料40~60wt%的造孔剂和0.5~5.0wt%的结合剂，混匀，造粒，干燥，于120~210℃条件下烘烤24h。再以15~25wt%的一级骨料、25~35wt%的二级骨料、15~25wt%的三级骨料、15~25wt%的α-Al2O3的细粉和5~15wt%的“三石”为制品原料，外加制品原料1.0~5.0wt%的酚醛树脂，混匀成型，干燥，在1500~1750℃保温3~12小时，制得氧化铝轻质隔热耐火制品。所制制品虽耐压强度较高和资源消耗较低，但其缺陷是体积密度过大和轻质隔热效果差。
“莫来石轻质隔热耐火砖及其生产方法”(CN201410145534.3)的专利技术，该技术以25~35wt%的氢氧化铝/10~30wt%的焦宝石熟料/10~30wt%的蓝晶石和35~50wt%的粘结剂为原料，虽制备工艺简单和体积密度低，但其缺陷是耐压强度过低和导热系数偏大。
“一种莫来石轻质隔热砖及其制备方法”(CN201210542032.5)的专利技术，该技术以30~40wt%的焦宝石熟料、20~30wt%的粘土熟料、20~32wt%的蓝晶石微粉、2~8wt%的ρ-氧化铝微粉、1~6wt%的轻烧氧化钙和0.5~2wt%的二氧化硅微粉为原料，外加原料10~20wt%的水和0.5~2wt%的减水剂，混合调制成料浆。再外加原料0.1~0.5wt%泡沫剂制成的泡沫，搅拌，然后外加原料0.5~2wt%的凝胶剂、0.1~1wt%的热固性水溶性高分子化合物和0.5~2.5wt%的促凝剂搅拌，浇注成型，所制制品虽耐压强度较低、烧后线收缩较小和消耗资源较少，但其缺陷是浇注成型和发泡成型相结合成型难度较大，成本较高，体积密度偏大。
“一种基于焦宝石的莫来石轻质隔热砖及其制备方法”(201510942153.2)的专利技术，以20~38wt%的焦宝石、20~32wt%的蓝晶石、20~32wt%的粘土和14~26wt%的α-氧化铝微粉为原料，外加所述原料30~50wt%的锯末、5~11wt%的莫来石纤维和10~35wt%的结合剂，所制制品虽体积密度较低和制备工艺简单，但缺陷在于纤维在粉料中分散不均匀和耐压强度略低。
“工业窑炉隔热层低导热轻质耐火砖及其制备方法”(CN201210310541.5)专利技术，公开了一种工业氧化铝为10~15wt%、焦宝石熟料为10~15wt%、苏州土为4~7wt%、长石为4~7wt%、滑石为3~5wt%、明矾为3~5wt%，其余为铝矾土，加水研磨成泥浆；将松香皂溶解于骨胶液制成泡沫剂；泡沫剂加水后与泥浆混合，打泡成泡沫泥浆注入成型磨具中干燥。所制制品虽体积密度较低和耐压强度较高，但缺陷在于烧后线变化率偏大和导热系数偏大。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种节约资源、工艺简单和绿色环保的莫来石轻质隔热砖的制备方法；所制备的莫来石轻质隔热砖热稳定性好、导热系数低、体积密度小、烧后线收缩率低、耐压强度高和保温隔热效果好。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
所述莫来石轻质隔热砖的原料及其含量是：焦宝石为40~48wt%，蓝晶石为14~38wt%，粘土为6~16wt%，α-Al2O3微粉为14~24wt%；结合剂为所述原料15~20wt%，造孔剂为所述原料45~60wt%。
所述莫来石轻质隔热砖的制备方法是：按上述原料、结合剂和造孔剂的含量，先将α-Al2O3微粉与造孔剂混合，湿磨8~10h，得到均质泥浆，再将所述均质泥浆、焦宝石、蓝晶石、粘土和结合剂在室温条件下搅拌6~10h，困料，成型，在110℃条件下烘烤24h，在1325~1450℃条件下保温3~5h，即得莫来石轻质隔热砖。
所述造孔剂的制备方法是：按照锯末∶硅溶胶的质量比为(1.5~2)∶1，向锯末中加入硅溶胶，搅拌均匀，在103~104Pa条件下浸渍5~10min，烘干，得到改性锯末；然后将所述一次改性锯末球磨3~5h，将球磨后改性锯末在103~104Pa条件静置2~3min，烘干，得到造孔剂。
所述蓝晶石的主要化学成分是：SiO2为35~40wt%，Al2O3为55~60wt%，ZrO2为1~2wt%，Fe2O3为0.5~0.9wt%，CaO+MgO为0.5~0.8wt%，烧失为0.1~0.25wt%；所述蓝晶石的粒径小于0.088mm。
所述焦宝石的主要化学成分是：Al2O3为45~50wt%，SiO2为40~50wt%，Fe2O3为0.5~1wt%，CaO为0.5~0.6wt%，MgO为0.2~0.3wt%，Na2O为0.5~1.0wt%，K2O为0.1~0.2wt%，烧失为1~1.5wt%；所述焦宝石的粒径小于0.088mm。
所述粘土为苏州土、高岭土和广西泥中的一种。
所述α-Al2O3微粉的粒径小于0.088mm。
所述硅溶胶的浓度为5~15wt%。
所述造孔剂的中位径小于0.026mm。
所述结合剂为铝溶胶、木质素磺酸钙溶液、聚乙烯醇和ρ-Al2O3中的一种。
所述成型为半干法机压成型。
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：
本发明采用的主要原料为焦宝石，产量巨大，来源丰富；通过半干法机压制备生坯，成型工艺简单。本发明利用燃尽物法制备莫来石轻质隔热砖，烧成工艺简单，利用溶胶浸渍工艺的同时湿磨锯末和α-Al2O3微粉，使之在分子水平上充分混合，预制成莫来石骨架，增加了莫来石轻质隔热砖制品的强度，减少了污染气体的排放。
本发明制备的莫来石轻质隔热砖经检测：导热系数为0.1~0.3W/(m·K)，体积密度为0.5~0.8g·cm-3，烧后线收缩率小于1%，耐压强度为5~10MPa。
因此，本发明具有节约资源、绿色环保和工艺简单的特点，所制备的莫来石轻质隔热砖热稳定性好、导热系数低、体积密度小、烧后线收缩率低、耐压强度高和保温隔热效果好。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所述原料、造孔剂和成型技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述造孔剂的制备方法是：按照锯末∶硅溶胶的质量比为(1.5~2)∶1，向锯末中加入硅溶胶，搅拌均匀，在103~104Pa条件下浸渍5~10min，烘干，得到改性锯末；然后将所述一次改性锯末球磨3~5h，将球磨后改性锯末在103~104Pa条件静置2~3min，烘干，得到造孔剂。
所述蓝晶石的主要化学成分是：SiO2为35~40wt%，Al2O3为55~60wt%，ZrO2为1~2wt%，Fe2O3为0.5~0.9wt%，CaO+MgO为0.5~0.8wt%，烧失为0.1~0.25wt%；所述蓝晶石的粒径小于0.088mm。
所述焦宝石的主要化学成分是：Al2O3为45~50wt%，SiO2为40~50wt%，Fe2O3为0.5~1wt%，CaO为0.5~0.6wt%，MgO为0.2~0.3wt%，Na2O为0.5~1.0wt%，K2O为0.1~0.2wt%，烧失为1~1.5wt%；所述焦宝石的粒径小于0.088mm。
所述α-Al2O3微粉的粒径小于0.088mm。
所述硅溶胶的浓度为5~15wt%。
所述造孔剂的中位径小于0.026mm。
所述成型为半干法机压成型。
实施例1
一种莫来石轻质隔热砖及其制备方法。所述莫来石轻质隔热砖的原料及其含量是：焦宝石为40~44wt%，蓝晶石为33~38wt%，粘土为6~12wt%，α-Al2O3微粉为14~20wt%；结合剂为所述原料19~20wt%，造孔剂为所述原料45~48wt%。
所述莫来石轻质隔热砖的制备方法是：按上述原料、结合剂和造孔剂的含量，先将α-Al2O3微粉与造孔剂混合，湿磨8~10h，得到均质泥浆，再将所述均质泥浆、焦宝石、蓝晶石、粘土和结合剂在室温条件下搅拌6~10h，困料，成型，在110℃条件下烘烤24h，在1325~1350℃条件下保温3~5h，即得莫来石轻质隔热砖。
本实施例中：所述粘土为苏州土；所述结合剂为聚乙烯醇。
本实施例1所制备的莫来石轻质隔热砖经检测：导热系数为0.1~0.14W/(m·K)；烧后线收缩率为0.3~0.5%；体积密度为0.5~0.56g/cm3；耐压强度为5~6.5MPa。
实施例2
一种莫来石轻质隔热砖及其制备方法。所述莫来石轻质隔热砖的原料及其含量是：焦宝石为41~45wt%，蓝晶石为28~33wt%，粘土为7~13wt%，α-Al2O3微粉为15~21wt%；结合剂为所述原料18~19wt%，造孔剂为所述原料48~51wt%。
所述莫来石轻质隔热砖的制备方法是：按上述原料、结合剂和造孔剂的含量，先将α-Al2O3微粉与造孔剂混合，湿磨8~10h，得到均质泥浆，再将所述均质泥浆、焦宝石、蓝晶石、粘土和结合剂在室温条件下搅拌6~10h，困料，成型，在110℃条件下烘烤24h，在1350~1375℃条件下保温3~5h，即得莫来石轻质隔热砖。
本实施例中：所述粘土为高岭土；所述结合剂为铝溶胶。
本实施例2所制备的莫来石轻质隔热砖经检测：导热系数为0.14~0.18W/(m·K)；烧后线收缩率为0.1~0.3%；体积密度为0.55~0.61g/cm3；耐压强度为5.5~7MPa。
实施例3
一种莫来石轻质隔热砖及其制备方法。所述莫来石轻质隔热砖的原料及其含量是：焦宝石为42~46wt%，蓝晶石为23~28wt%，粘土为8~14wt%，α-Al2O3微粉为16~22wt%；结合剂为所述原料17~18wt%，造孔剂为所述原料51~54wt%。
所述莫来石轻质隔热砖的制备方法是：按上述原料、结合剂和造孔剂的含量，先将α-Al2O3微粉与造孔剂混合，湿磨8~10h，得到均质泥浆，再将所述均质泥浆、焦宝石、蓝晶石、粘土和结合剂在室温条件下搅拌6~10h，困料，成型，在110℃条件下烘烤24h，在1375~1400℃条件下保温3~5h，即得莫来石轻质隔热砖。
本实施例中：所述粘土为广西泥；所述结合剂为ρ-Al2O3。
本实施例3所制备的莫来石轻质隔热砖：导热系数0.18~0.22W/(m·K)；烧后线收缩率为0.5~0.65%；体积密度0.6~0.67g/cm3；耐压强度7~8.5MPa。
实施例4
一种莫来石轻质隔热砖及其制备方法。所述莫来石轻质隔热砖的原料及其含量是：焦宝石为43~47wt%，蓝晶石为19~23wt%，粘土为9~15wt%，α-Al2O3微粉为17~23wt%；结合剂为所述原料16~17wt%，造孔剂为所述原料54~57wt％。
所述莫来石轻质隔热砖的制备方法是：按上述原料、结合剂和造孔剂的含量，先将α-Al2O3微粉与造孔剂混合，湿磨8~10h，得到均质泥浆，再将所述均质泥浆、焦宝石、蓝晶石、粘土和结合剂在室温条件下搅拌6~10h，困料，成型，在110℃条件下烘烤24h，在1400~1425℃条件下保温3~5h，即得莫来石轻质隔热砖。
本实施例中：所述粘土为苏州土；所述结合剂为聚乙烯醇3。
本实施例4所制备的莫来石轻质隔热砖：导热系数为0.22~0.26W/(m·K)；烧后线收缩率为0.3~0.6%；体积密度为0.66~0.73g/cm3；耐压强度为8.5~9MPa。
实施例5
一种莫来石轻质隔热砖及其制备方法。所述莫来石轻质隔热砖的原料及其含量是：焦宝石为44~48wt%，蓝晶石为14~18wt%，粘土为10~16wt%，α-Al2O3微粉为18~24wt%；结合剂为所述原料15~16wt%，造孔剂为所述原料57~60wt%。
所述莫来石轻质隔热砖的制备方法是：按上述原料、结合剂和造孔剂的含量，先将α-Al2O3微粉与造孔剂混合，湿磨8~10h，得到均质泥浆，再将所述均质泥浆、焦宝石、蓝晶石、粘土和结合剂在室温条件下搅拌6~10h，困料，成型，在110℃条件下烘烤24h，在1425~1450℃条件下保温3~5h，即得莫来石轻质隔热砖。
本实施例中：所述粘土为高岭土；所述结合剂为木质素磺酸钙溶液。
本实施例5所制备的莫来石轻质隔热砖经检测：导热系数为0.26~0.3W/(m·K)；烧后线收缩率为0.6~0.8%；体积密度为0.72~0.8g/cm3；耐压强度为9~10MPa。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式采用的主要原料为焦宝石，产量巨大，来源丰富；通过半干法机压制备生坯，成型工艺简单。本具体实施方式利用燃尽物法制备莫来石轻质隔热砖，烧成工艺简单，利用溶胶浸渍工艺的同时湿磨锯末和α-Al2O3微粉，使之在分子水平上充分混合，预制成莫来石骨架，增加了莫来石轻质隔热砖制品的强度，减少了污染气体的排放。
本具体实施方式制备的莫来石轻质隔热砖经检测：导热系数为0.1~0.3W/(m·K)，体积密度为0.5~0.8g·cm-3，烧后线收缩率小于1%，耐压强度为5~10MPa。
因此，本具体实施方式具有节约资源、绿色环保和工艺简单的特点，所制备的莫来石轻质隔热砖热稳定性好、导热系数低、体积密度小、烧后线收缩率低、耐压强度高和保温隔热效果好。