一种多孔耐火材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多孔耐火材料及其制备方法，属于耐火材料技术领域。
【背景技术】
[0002]黏土质耐火砖广泛应用于热工设备和工业窑炉的隔热层，但存在抗热震稳定性较差、耐火度不高、强度偏低、且生产能耗大、耐火粘土资源消耗大等问题。为改善黏土砖具有优良的抗热震性和高温性能，需要采用优质的矿物原料且一般在1500°C左右的高温烧成，生产成本较高。我国在2010年1月出台了关于采取综合措施控制开采耐火粘土和萤石的通知，将可能进一步限制采用优质粘土矿物原料来生产高性能黏土质隔热耐火砖。为解决这一问题，开发新型的使用温度高、抗热震稳定性好、生产成本低的隔热耐火材料十分必要和迫切。
[0003]镁橄榄石材料具有热膨胀系数低、抗热震稳定性好和导热率低等特点，可用于高温环境且温度变化较大的工况。以镁橄榄石为主要物相的多孔耐火材料具有优良的高温热学性能和力学性能，表现为热膨胀系数小，耐火度高，是热工窑炉以及热工设备中理想的耐火材料。但是，目前多孔耐火材料工业化生产原料多采用高岭土、滑石或纯氧化物化工原料等，成本较高。所以，研究选用低成本原料，尤其是采用工业固体废弃物为主要原料制备镁橄榄石质多孔材料将体现出重要的意义和应用价值。
[0004]粉煤灰是火电厂排放的工业废弃物，大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。近年来，我国火电工业的迅速发展导致了粉煤灰排放量急剧增加，这给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大压力。
[0005]粉煤灰主要成分为Si02和A1203，目前国内外粉煤灰的综合利用主要是筑路、建材等，此外还能利用其制备介孔催化材料、多孔陶瓷等。本方法制备的多孔耐火材料，为多孔耐火材料和粉煤灰的高效利用提供重要的技术，在一定程度上降低了生产成本。
【发明内容】
[0006]为了实现低成本制备多孔耐火材料，并有效利用粉煤灰等固体废物资源，本制备方法以粉煤灰以及我国储量丰富的菱镁矿或其尾矿为原料，通过在粉煤灰中添加菱镁矿制备多孔耐火材料。
[0007]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:
一种多孔耐火材料及其制备方法，原料按重量配比为:粉煤灰添加量为10.0wt%?90.0wt %,菱镁矿添加量为5.0wt %?85.0wt %,造孔剂5wt %?15.0wt %,粘结剂lwt %?
8wt % ο
[0008]所述粉煤灰为火力发电厂排放的煤燃烧后的产物，其质量要求为Si02含量
0.0wt%?90.0wt%，A1203含量3.0wt%?60.0wt %，其它杂质含量没有特殊要求，其粒度要求为最大粒径< 300 μ m。
[0009]所述矿物原料菱镁矿的质量要求为MgC03的含量80.0wt%? 100.0wt%，其它杂质含量没有特殊要求，其粒度要求为最大粒径< 300 μ m。
[0010]所述的造孔剂可以为淀粉、木屑、聚苯乙烯球等多孔材料常用造孔剂。
[0011]所述的粘结剂可以为硅溶胶、磷酸二氢铝、聚乙烯醇、焦油、水玻璃、耐高温水泥、酚醛树脂、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇缩丁醛等耐火材料常用粘结剂，
一种多孔耐火材料的制备方法过程为:
(1)将粉煤灰、菱镁矿、造孔剂以及粘结剂按一定配比混合后加入球磨机中球磨lh?20h至混合均匀。球磨的方式可以选用干法球磨或湿法球磨,其中球磨介质可以选用金属球、陶瓷球或玛瑙球等，湿法球磨选用的球磨液可以是水或无水乙醇等。
[0012](2)将混合均匀的原料经过成型、干燥等工艺过程制成坯体，其中成型工艺可以是干压成型、半干压成型和浇注成型。
[0013](3)将上述干燥好的坯体置于热工窑炉中实现烧成工艺，其中热工窑炉可以是电炉、燃煤窑或隧道窑。坯体经过常温至1200°C至1600°C温度范围内的烧成过程中升温速度没有特定要求，但在700°C左右需要保温lOmin?lOOOmin，以1200°C至1600°C的温度范围内的任意一个温度作为最终的烧成温度，在最终烧成温度下保温lmin?200h，待自然冷却至室温即可得到所述的多孔耐火材料。
本发明以粉煤灰和矿物原料菱镁矿或其尾矿为主要原料，外加造孔剂与常温粘结剂，并将其按一定比例混合，然后经成型(干压成型、半干压成型)、干燥、装窑、烧成等工艺过程制备出多孔耐火材料。所述多孔耐火材料具有气孔率高、体积密度小、强度高等优异性能。这种多孔耐火材料可以广泛应用于现代工业设备和热工窑炉。
[0014]本发明实现了粉煤灰的再利用以及矿物原料菱镁矿的高附加值利用，所述多孔耐火材料原料成本低，工艺设备简单，经济效益和社会效益显著，具有很强的市场竞争力，有着非常重要的环保意义。
【具体实施方式】
[0015]本发明是以粉煤灰为主要原料制备多孔耐火材料，所述粉煤灰原料中的主要物相为莫来石和方石英，化学组成主要有Si02、Al203、Ca0、Fe203、Mg0等，在粉煤灰中添加含MgO的原料可以获得镁橄榄石相。本发明通过菱镁矿获取MgO并利用菱镁矿在700°C发生的分解反应产生的C02气体和外加造孔剂的高温分解生成的气体实现造孔。通过粉煤灰和MgO的反应获取镁橄榄石相，通过菱镁矿分解产生的C02和外加造孔剂高温分解生成的气体在基体中形成孔道结构，从而获得多孔耐火材料。
[0016]1、多孔耐火材料，其原料组成及重量百分数为:粉煤灰添加量为10.0wt%?90.0wt %,菱镁矿添加量为5.0wt %?85.0wt %,造孔剂5wt %?15.0wt %,粘结剂lwt %?8wt%。所述原料经本方法制备后，所得产物存在的主要物相为镁橄榄石相，镁橄榄石相为次晶相。
[0017]2、多孔耐火材料的制备方法，其具体工艺过程为:
首先，将粉煤灰、菱镁矿、造孔剂以及粘结剂按一定配比混合后加入球磨机中球磨0.lh?24h至混合均匀。球磨的方式可以选用干法球磨或湿法球磨，其中球磨介质可以选用金属球、陶瓷球或玛瑙球等，湿法球磨选用的球磨液可以是水或无水乙醇等。然后将混合均匀的原料经过成型、干燥等工艺过程制成坯体，其中成型工艺可以是干压成型、半干压成型和浇注成型。
[0018]然后，将上述干燥好的坯体置于热工窑炉中实现烧成工艺，其中热工窑炉可以是电炉、马弗式燃气窑或燃煤窑或燃油窑、隧道窑。坯体经过常温至1200°C至1600°C温度范围内的烧成过程中升温速度没有特定要求，但在700°C左右需要保温lOmin?lOOOmin，以1200°C至1600°C的温度范围内的任意一个温度作为最终的烧成温度，在最终烧成温度下保温lmin?290h，待自然冷却至室温即可得到所述的多孔耐火材料。
[0019]3、该方法制备的多孔耐火材料的性能:体积密度为0.50g/cm3?2.00g/cm3,气孔率为40%?75%，抗压强度为8MPa?30MPa，抗折强度2MPa?15MPa。
【主权项】
1.一种多孔耐火材料及其制备方法，其特征在于，原料按重量配比为:粉煤灰添加量为10.0wt %?90.0wt %，菱镁矿添加量为5.0wt %?85.0wt %，造孔剂5wt %?15.0wt %，粘结剂lwt%? 8wt%。2.根据权利要求1所述的一种多孔耐火材料及其制备方法，其特征在于，所述粉煤灰为火力发电厂排放的煤燃烧后的产物，其质量要求为Si02含量0.0wt%? 90.0wt%，A1203含量3.0wt %?60.0wt %，其它杂质含量没有特殊要求，其粒度要求为最大粒径<300 μ m03.根据权利要求1所述的一种多孔耐火材料及其制备方法，其特征为:所述矿物原料菱镁矿的质量要求为MgC03的含量80.0wt%? 100.0wt %，其它杂质含量没有特殊要求，其粒度要求为最大粒径< 300 μ m。4.根据权利要求1所述的一种多孔耐火材料及其制备方法，其特征为:所述的造孔剂可以为淀粉、木屑、聚苯乙烯球等多孔材料常用造孔剂。5.根据权利要求1所述的一种多孔耐火材料及其制备方法，其特征为:所述的粘结剂可以为硅溶胶、磷酸二氢铝、聚乙烯醇、焦油、水玻璃、耐高温水泥、酚醛树脂、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇缩丁醛等耐火材料常用粘结剂， 根据权利要求1所述的一种多孔耐火材料及其制备方法，其制备工艺过程为: (1)将粉煤灰、菱镁矿、造孔剂以及粘结剂按一定配比混合后加入球磨机中球磨lh?20h至混合均勻； 球磨的方式可以选用干法球磨或湿法球磨，其中球磨介质可以选用金属球、陶瓷球或玛瑙球等，湿法球磨选用的球磨液可以是水或无水乙醇等； (2)将混合均匀的原料经过成型、干燥等工艺过程制成坯体，其中成型工艺可以是干压成型、半干压成型和浇注成型； (3)将上述干燥好的坯体置于热工窑炉中实现烧成工艺，其中热工窑炉可以是电炉、燃煤窑或隧道窑。6.坯体经过常温至1200°C至1600°C温度范围内的烧成过程中升温速度没有特定要求，但在700°C左右需要保温lOmin?lOOOmin，以1200°C至1600°C的温度范围内的任意一个温度作为最终的烧成温度，在最终烧成温度下保温lmin?200h，待自然冷却至室温即可得到所述的多孔耐火材料。
【专利摘要】本发明涉及一种多孔耐火材料及其制备方法，属于耐火材料技术领域。其特征是以粉煤灰和天然矿物原料菱镁矿为主要原料经配料混料、成型、干燥、烧结等工艺过程制备多孔耐火材料。本发明的原料配比中粉煤灰添加量为10.0wt％～90.0wt％，菱镁矿添加量为5.0wt％～85.0wt％，造孔剂5wt％～15.0wt％，粘结剂1wt％～8wt％，通过高温烧成所制多孔耐火材料中主要物相为镁橄榄石，它具有气孔率高、体积密度小、强度高、隔热效果好、成本低等特点。本发明为粉煤灰等固体废弃物和菱镁矿的高效增值利用提供一条新的技术途径。
【IPC分类】C04B38/06, C04B35/66, B09B3/00, C04B35/622
【公开号】CN105481464
【申请号】CN201410478087
【发明人】韩君昌
【申请人】青岛百键城环保科技有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月19日