本发明涉及一种生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料及其制备方法，属于轻质耐火材料领域。
背景技术：
目前，针对于我国乃至全球能源消耗过快的现状，隔热保温节能材料的研究显得尤为重要。而隔热保温是节能的重要措施之一，具有分子结构微孔的轻质耐火材料具备质量轻、导热系数低等一系列优异的性能，在保温领域具有重要的地位。特别是以聚轻球莫来石砖、聚轻球高铝砖为代表的轻质耐火砖，是一种广泛应用于用于钢铁、冶金、锻造、陶瓷、退火热处理、玻璃及石油化工热工窑炉设备内衬的耐火材料。目前这种轻质材料普遍以聚苯乙烯颗粒、石油碳焦颗粒为发泡剂，这种材料熔点低、易挥发，能够在耐火材料烧成过程中，在高温环境下在材料内部形成密闭气孔，使材料实现轻质化。但是这两种颗粒发泡剂在使用过程中，特别是在高温环境下，会产生一氧化碳、二噁英等有害气体和不溶于水的胶化物，容易对生态环境造成破坏，且在生产过程中对人体产生危害，大规模生产的时候处理不当甚至致人窒息中毒，危及生命。同时，由于聚苯乙烯颗粒、石油碳焦颗粒等发泡剂自身结构松软，没有结构强度，在成型过程中受力挤压时会收缩变形，而在低温烘干过程中又会受热膨胀，往往对耐火材料本体结构造成二次破坏，虽然达到了使耐火材料轻质化的目的，但是又同时使得耐火材料存在本身结构强度不够，使用寿命较短等问题。所以强化结构强度，实现无害化生产，一直是聚轻球莫来石、聚轻球高铝砖等轻质耐火材料亟需解决的问题。
针对聚苯乙烯聚轻球为发泡剂的轻质耐火材料在生产过程中所存在的污染问题，国内有研发机构开发了如“一种煤矸石制备莫来石砖的方法(cn200710051657)”专利技术，通过将煤炭挖掘过程中所残留的煤矸石通过造粒，利用其耐温度较低可被烧蚀的特性，代替聚苯乙烯聚轻球作为制备轻质耐火材料的蚀孔颗粒，但是煤矸石成分复杂，自身的含硫物质较多，在燃烧过程中容易形成二氧化硫和焦油等物质，且材料自身强度大(体密达到2.2g/cm3)，加工过程中破碎难度较大，因此虽然该技术的应用，去除了聚苯乙烯球发泡剂在高温燃烧过程中存在的二噁英有害气体的排放问题，但是在大规模推广过程中又产生了新的污染问题。针对这一问题“一种新的莫来石轻质隔热保温砖的配方”(cn101362651a)的专利技术，以锯末制备莫来石轻质隔热保温砖，虽然同时解决了聚苯乙烯聚轻球发泡剂和煤矸石蚀孔颗粒在燃烧时所产生的二次环境污染，但是其生产工艺较复杂，再加上锯末遇水容易结团，产生的气孔大小不同且分布不均匀，导致结构强度不一致，大批量生产的质量无法控制，同时材料表面形成的显气孔较多，使得材料在使用过程中容易因为腐蚀性气体或物质侵蚀导致寿命下降，依然没有从根本上解决轻质耐火材料结构强度和使用寿命问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料，它以比较低廉的成本和比较环保的制备手段得到，并且绿色环保、体积密度小、高温结构强度大、热震稳定性较好、导热系数较低和抗腐蚀特性强。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料，它含有基本料，所述基本料含有的组分及各组分的质量份如下：
生物质颗粒物：30份～35份；
煅烧铝矾土微粉：20份～25份；
铝矾土生料颗粒料：15份～20份；
煅烧莫来石微粉：10份～15份；
a-氧化铝微粉：5份～8份。
进一步，所述的生物质颗粒物由硬质植物本体至少经过造粒、筛选、涮洗、自然晾干和烘干工艺制成。
进一步，所述硬质植物本体为核桃壳或硬质杂木。
进一步，所述生物质颗粒物的烘干工艺为微波设备输送带连续烘干和燃气设备回转窑烘干中的一种，烘干温度为50—60℃，烘干后水分控制在4wt％以下。
进一步，所述生物质颗粒物的粒度配比比例为：粒径5～8mm的生物质颗粒物占35—40wt％，粒径1～mm的生物质颗粒物占65—60wt％，总计100％。
进一步，所述生物质颗粒物的体积密度为1.2—1.3g/cm3和/或生物质颗粒物的堆积密度为0.8—0.9g/cm3和/或生物质颗粒物的单位抗压强度在100mpa以上。
进一步，所述煅烧铝矾土微粉中的al2o3含量≥88wt％，煅烧铝矾土微粉的微粉粒径为20—25目。
进一步，所述铝矾土生料颗粒料的al2o3含量≥80wt％，铝矾土生料颗粒料的颗粒粒径为5—8mm。
进一步，所述煅烧莫来石微粉的al2o3含量≥85wt％，煅烧莫来石微粉的微粉粒径为40—60目。
进一步，所述a-氧化铝微粉的al2o3含量≥99wt％，a-氧化铝微粉的微粉粒径为150—200目。
进一步，配成的生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料中的al2o3含量≥85wt％，烧前堆积密度比为1.8—2.2g/cm3。
进一步，生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料还含有结合剂，并且所述结合剂占结合剂和基本料质量份之和的5wt％。
进一步，所述结合剂包含硅微粉、铝溶剂、陶瓷材料支撑剂、高温粘接剂中的至少一种。
本发明还提供一种生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料的制备方法，方法包含的步骤如下：
(a)将相应质量份的干燥的煅烧铝矾土微粉和煅烧莫来石微粉在密闭容器中进行预混搅拌，然后加入相应质量份的生物质颗粒物和铝矾土生料颗粒料，并外加适量结合剂，再进行搅拌，直至搅拌均匀，得到混合料；
(b)再使用对辊辗轧设备对混合料进行混碾；
(c)采用经过步骤(b)混碾后的物料进行成型，形成坯件；其中在定型过程中，需要在定型模具的四周均匀铺洒相应质量份的a-氧化铝微粉；
(d)再对坯件进行烘干；其中烘干温度为120℃～150℃。
(e)再将烘干后的坯件烧成处理，得到生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料；其中烧成温度为1420℃～1510℃；所制备的轻质耐火材料内部的生物质颗粒物在200—300℃温度段环境下开始碳化发热，至450—650℃温度段内完全烧蚀、粉化挥发，形成密闭烧蚀孔洞，使耐火材料本体轻质化，体积密度进一步下降1.1—1.3g/cm3，生物质颗粒物所含钙化物为耐火材料本体吸收，强化本体分子结构。
进一步，在步骤(d)中，烘干工艺为余热隧道窑连续式烘干，烘干工艺条件为120—150℃下烘干，烘干以后物料水分控制在3wt％以下。
进一步，在步骤(e)中，烧成工艺为燃气隧道窑连续式烧成。
采用了上述技术方案后，通过本发明技术制备的生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料所采用的生物质颗粒物其自身为自然产物，以硬质杂木及核桃壳为优选，具备绿色环保可再生的特性，在其生产过程、加工过程乃至作为闭气孔烧蚀物使用过程中，均不会产生二次污染对生态环境及安全生产形成威胁。该生物质颗粒物统一以木材力学标准的100mpa以上抗压强度为制备标准，同时具备质量较轻但是又具备一定的机械强度和抗压强度，受压变形较小，能够在轻质耐火材料成型过程中起到支撑骨料的作用。同时作为一种燃点低的物质，能够有效在材料内部形成密闭孔洞，实现耐火材料的轻质化。同时，硬杂木物质自身含有大量的钙化物，在烧蚀过程中能够吸收形成六铝酸钙覆盖材料表里，能够强化耐火材料自身的分子结构，提高其功能特效及抗腐蚀能力。同时耐火材料自身采用纯度较高和高含量的氧化铝基材料，其抗高温的性能好，能够较好的适用于高温工业炉工作衬里、超高温工业炉隔热衬里和高酸碱腐蚀环境工业设备当中。
因此，本发明技术所制备的生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料同时具备以成本低廉、绿色环保、体积密度小、高温结构强度大、热震稳定性较好、导热系数较低和抗腐蚀特性强、通用性强等特点。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
一种生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料，它含有基本料，所述基本料含有的组分及各组分的质量份如下：
生物质颗粒物：30份；
煅烧铝矾土微粉：25份；
铝矾土生料颗粒料：20份；
煅烧莫来石微粉：15份；
a-氧化铝微粉：5份。
在本实施例中，生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料还含有5质量份的结合剂，所述结合剂包含硅微粉、铝溶剂、陶瓷材料支撑剂和高温粘接剂。
所述的生物质颗粒物由硬质植物本体至少经过造粒、筛选、涮洗、自然晾干和烘干工艺制成；在本实施例中，所述硬质植物本体为硬质杂木；造粒为粉碎造粒，筛选为高速气流分级筛选，涮洗为高速水流旋流涮洗，涮洗后，从中优选粒径8mm以下的植物颗粒，通过24—48小时自然晾干，然后在50—60℃左右烘干6—10小时，烘干后水分控制在4wt％以下，制备获得生物质颗粒物。
所述生物质颗粒物的烘干工艺为微波设备输送带连续烘干和燃气设备回转窑烘干中的一种；具体地，所述生物质颗粒物的粒度配比比例为：粒径5～8mm的生物质颗粒物占35—40wt％，粒径1～mm的生物质颗粒物占65—60wt％，总计100％。
制得的生物质颗粒物的体积密度在1.2—1.3g/cm3之间、生物质颗粒物的堆积密度在0.8—0.9g/cm3之间、生物质颗粒物的单位抗压强度在100mpa以上。
在本实施例中，煅烧铝矾土微粉、铝矾土生料颗粒料、煅烧莫来石微粉、a-氧化铝微粉的综合成分组成中的85wt％al2o3、5wt％sio2、5wt％cao、0.7wt％fe2o3、0.7wt％fe2o3、0.7wt％k2o及2.9wt％na2o等其他物质，烧前堆积密度比在1.8—2.2g/cm3之间；具体地，所述煅烧铝矾土微粉中的al2o3含量≥88wt％，煅烧铝矾土微粉的微粉粒径为20—25目；所述铝矾土生料颗粒料的al2o3含量≥80wt％，铝矾土生料颗粒料的颗粒粒径为5—8mm；所述煅烧莫来石微粉的al2o3含量≥85wt％，煅烧莫来石微粉的微粉粒径为40—60目；所述a-氧化铝微粉的al2o3含量≥99wt％，a-氧化铝微粉的微粉粒径为150—200目。
该生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料的制备方法，方法包含的步骤如下：
(a)将相应质量份的干燥的煅烧铝矾土微粉和煅烧莫来石微粉在密闭容器中进行预混搅拌，然后加入相应质量份的生物质颗粒物和铝矾土生料颗粒料，并外加适量结合剂，再进行搅拌，直至搅拌均匀，得到混合料；
(b)再使用对辊辗轧设备对混合料进行混碾，同时添加浓度为80—85％，用量为全部物料质量的10％的磷酸二氢铝溶液，直至搅拌均匀后，进行造粒、陈腐；
(c)采用经过步骤(b)混碾后的物料进行成型，形成坯件；具体地，将模具打黄油，模具四周均匀铺洒a-氧化铝微粉，将陈腐后物料通过定量称取以后，置于模具中进行压制成型，成型压力为100—120mpa；成型试块采用t14砖型标准，长171㎜、宽114㎜、高65㎜。
(d)再对坯件进行烘干；烘干工艺为余热隧道窑连续式烘干，烘干工艺条件为120—150℃下48小时烘干，烘干以后物料水分控制在3wt％以下；
(e)再将烘干后的坯件烧成处理，得到生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料；其中烧成温度为1500℃；具体地，烧成时，使用连续式隧道窑进行烧制，先以3—4℃/min的升温速率加热至400℃，再以4—6℃的升温速率至1100℃，再以150℃/h的升温速率至1500℃，并在1500℃的高温条件下保温3小时，再以200℃/h的速率降温到900℃，后缓慢降温直至出窑。烧成后得到的试块收缩比为1％以下，长、宽、高均-0.5㎜。
实施例二
一种生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料，它含有基本料，所述基本料含有的组分及各组分的质量份如下：
生物质颗粒物：35份；
煅烧铝矾土微粉：25份；
铝矾土生料颗粒料：15份；
煅烧莫来石微粉：15份；
a-氧化铝微粉：5份。
在本实施例中，生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料还含有5质量份的结合剂，所述结合剂包含硅微粉、铝溶剂、陶瓷材料支撑剂和高温粘接剂。
所述的生物质颗粒物由硬质植物本体至少经过造粒、筛选、涮洗、自然晾干和烘干工艺制成；在本实施例中，所述硬质植物本体为硬质杂木；造粒为粉碎造粒，筛选为高速气流分级筛选，涮洗为高速水流旋流涮洗，涮洗后，从中优选粒径8mm以下的植物颗粒，通过24—48小时自然晾干，然后在50—60℃左右烘干6—10小时，烘干后水分控制在4wt％以下，制备获得生物质颗粒物。
所述生物质颗粒物的烘干工艺为微波设备输送带连续烘干和燃气设备回转窑烘干中的一种；具体地，所述生物质颗粒物的粒度配比比例为：粒径5～8mm的生物质颗粒物占35—40wt％，粒径1～mm的生物质颗粒物占65—60wt％，总计100％。
制得的生物质颗粒物的体积密度在1.2—1.3g/cm3之间、生物质颗粒物的堆积密度在0.8—0.9g/cm3之间、生物质颗粒物的单位抗压强度在100mpa以上。
在本实施例中，煅烧铝矾土微粉、铝矾土生料颗粒料、煅烧莫来石微粉、a-氧化铝微粉的综合成分组成中的86wt％al2o3、3wt％sio2、5wt％cao、0.7wt％fe2o3、0.7wt％fe2o3、0.7wt％k2o及2.9wt％na2o等其他物质，烧前堆积密度比在1.8—2.2g/cm3之间；具体地，所述煅烧铝矾土微粉中的al2o3含量≥88wt％，煅烧铝矾土微粉的微粉粒径为20—25目；所述铝矾土生料颗粒料的al2o3含量≥80wt％，铝矾土生料颗粒料的颗粒粒径为5—8mm；所述煅烧莫来石微粉的al2o3含量≥85wt％，煅烧莫来石微粉的微粉粒径为40—60目；所述a-氧化铝微粉的al2o3含量≥99wt％，a-氧化铝微粉的微粉粒径为150—200目。
该生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料的制备方法，方法包含的步骤如下：
(a)将相应质量份的干燥的煅烧铝矾土微粉和煅烧莫来石微粉在密闭容器中进行预混搅拌，然后加入相应质量份的生物质颗粒物和铝矾土生料颗粒料，并外加适量结合剂，再进行搅拌，直至搅拌均匀，得到混合料；
(b)再使用对辊辗轧设备对混合料进行混碾，同时添加浓度为80—85％，用量为全部物料质量的10％的磷酸二氢铝溶液，直至搅拌均匀后，进行造粒、陈腐；
(c)采用经过步骤(b)混碾后的物料进行成型，形成坯件；具体地，将模具打黄油，模具四周均匀铺洒a-氧化铝微粉，将陈腐后物料通过定量称取以后，置于模具中进行压制成型，成型压力为＜100mpa；成型试块采用t14砖型标准，长171㎜、宽114㎜、高65㎜。
(d)再对坯件进行烘干；烘干工艺为余热隧道窑连续式烘干，烘干工艺条件为120—150℃下48小时烘干，烘干以后物料水分控制在3wt％以下；
(e)再将烘干后的坯件烧成处理，得到生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料；其中烧成温度为1450℃；具体地，烧成时，使用连续式隧道窑进行烧制，先以3—4℃/min的升温速率加热至400℃，再以4—6℃的升温速率至1100℃，再以150℃/h的升温速率至1450℃，并在1450℃的高温条件下保温3小时，再以200℃/h的速率降温到900℃，后缓慢降温直至出窑。烧成后得到的试块收缩比为1.5％以下，长、宽、高均-2㎜。
实施例三
一种生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料，它含有基本料，所述基本料含有的组分及各组分的质量份如下：
生物质颗粒物：32份；
煅烧铝矾土微粉：25份；
铝矾土生料颗粒料：15份；
煅烧莫来石微粉：15份；
a-氧化铝微粉：8份。
在本实施例中，生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料还含有5质量份的结合剂，所述结合剂包含硅微粉、铝溶剂、陶瓷材料支撑剂和高温粘接剂。
所述的生物质颗粒物由硬质植物本体至少经过造粒、筛选、涮洗、自然晾干和烘干工艺制成；在本实施例中，所述硬质植物本体为核桃壳；造粒为粉碎造粒，筛选为高速气流分级筛选，涮洗为高速水流旋流涮洗，涮洗后，从中优选粒径8mm以下的植物颗粒，通过24—48小时自然晾干，然后在50—60℃左右烘干6—10小时，烘干后水分控制在4wt％以下，制备获得生物质颗粒物。
所述生物质颗粒物的烘干工艺为微波设备输送带连续烘干和燃气设备回转窑烘干中的一种；具体地，所述生物质颗粒物的粒度配比比例为：粒径5～8mm的生物质颗粒物占35—40wt％，粒径1～mm的生物质颗粒物占65—60wt％，总计100％。
制得的生物质颗粒物的体积密度在1.2—1.3g/cm3之间、生物质颗粒物的堆积密度在0.8—0.9g/cm3之间、生物质颗粒物的单位抗压强度在100mpa以上。
在本实施例中，煅烧铝矾土微粉、铝矾土生料颗粒料、煅烧莫来石微粉、a-氧化铝微粉的综合成分组成中的90wt％al2o3、2wt％sio2、3wt％cao、0.7wt％fe2o3、0.7wt％fe2o3、0.7wt％k2o及2.9wt％na2o等其他物质，烧前堆积密度比在1.8—2.2g/cm3之间；具体地，所述煅烧铝矾土微粉中的al2o3含量≥88wt％，煅烧铝矾土微粉的微粉粒径为20—25目；所述铝矾土生料颗粒料的al2o3含量≥80wt％，铝矾土生料颗粒料的颗粒粒径为5—8mm；所述煅烧莫来石微粉的al2o3含量≥85wt％，煅烧莫来石微粉的微粉粒径为40—60目；所述a-氧化铝微粉的al2o3含量≥99wt％，a-氧化铝微粉的微粉粒径为150—200目。
该生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料的制备方法，方法包含的步骤如下：
(a)将相应质量份的干燥的煅烧铝矾土微粉和煅烧莫来石微粉在密闭容器中进行预混搅拌，然后加入相应质量份的生物质颗粒物和铝矾土生料颗粒料，并外加适量结合剂，再进行搅拌，直至搅拌均匀，得到混合料；
(b)再使用对辊辗轧设备对混合料进行混碾，同时添加浓度为80—85％，用量为全部物料质量的10％的磷酸二氢铝溶液，直至搅拌均匀后，进行造粒、陈腐；
(c)采用经过步骤(b)混碾后的物料进行成型，形成坯件；具体地，将模具打黄油，模具四周均匀铺洒a-氧化铝微粉，将陈腐后物料通过定量称取以后，置于模具中进行压制成型，成型压力为＜80mpa；成型试块采用t14砖型标准，长171㎜、宽114㎜、高65㎜。
(d)再对坯件进行烘干；烘干工艺为余热隧道窑连续式烘干，烘干工艺条件为120—150℃下48小时烘干，烘干以后物料水分控制在3wt％以下；
(e)再将烘干后的坯件烧成处理，得到生物质颗粒物蚀孔轻质耐火材料；其中烧成温度为1420℃；具体地，烧成时，使用连续式隧道窑进行烧制，先以3—4℃/min的升温速率加热至400℃，再以4—6℃的升温速率至1100℃，再以150℃/h的升温速率至1420℃，并在1420℃的高温条件下保温3小时，再以200℃/h的速率降温到900℃，后缓慢降温直至出窑。烧成后得到的试块收缩比为1.5％以下，长、宽、高均-2㎜。
三种不同实施例制备获得的均属于轻质耐火材料，但是不同的是制备过程中压制成型压力随着生物质颗粒物的比例、种类的变化而发生变化，由于本制作工艺成型精度较高，所制备的成品无需进一步精度加工即可使用。
对照实施例1-3制备得到的生物质颗粒物轻质耐火材料，综合其数据对比，方案3更具有技术优势，为优选方案。
以上所述的具体实施例，对本发明所要解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。