专利名称：一种采用喷雾造粒工艺制备氧化物空心球的方法
技术领域：
本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种采用喷雾造粒工艺制备氧化物空心球的方法。
背景技术：
氧化物空心球(如氧化铝空心球及氧化锆空心球)可以降低体系的密度，同时利用封闭的空腔热阻大的特点可以起到良好的保温隔热的效果。此外，氧化物空心球及其制品在各种气氛下使用都非常稳定，因此已经在石化工业气化炉、钢铁冶金工业感应电炉等超高温窑炉中得到广泛的应用，并取得了良好的节能效果。长期以来，工业生产的氧化铝及氧化锆空心球一般是将氧化物熔融后经喷吹而成的。这种方法存在一定的缺陷一方面，该工艺得到的空心球粒径一般在0.2-5mm，很难得到更小粒径的空心球；另一方面，熔融喷吹的方法能耗极高，增加制备成本的同时与目前国家提倡的节能降耗的政策相冲突。虽然^lksel Sarikaya等采用乳状液蒸发的方法制备了粒径在微米级别的氧化铝空心球(YUksel Sarikaya, Tulay Alemdaroglu, Μ φ erref Onal, Determination of the shape, size and porosity of fine α -Al2O3 powders prepared by emulsion evaporation, Journal of the European Ceramic Society, 2002(22), 305-309)，但其制备工艺过于复杂，难以实现工业化生产。喷雾造粒工艺是一种将液体物料雾化，然后在干燥室内干燥成具有较好流动性的颗粒状粉体的技术。该工艺所制备的造粒料常用来干压或等静压成型，在制备过程中常加入消泡剂消除液体物料中的气泡以免在造粒料中留下气孔。因此，本发明在陶瓷浆料中加入发泡剂使之发泡，利用喷雾造粒技术使浆料成球，再经热处理以达到制备氧化物空心球的目的，既可以得到更小粒径的空心球又能降低制备成本，节能降耗。
发明内容
本发明的目的在于提出一种采用喷雾造粒工艺制备氧化物空心球的方法，从而使得氧化物空心球的制备工艺简单、操作简便、成本较低、适合工业化生产。本发明所采用的技术方案如下
1)稳定的氧化物陶瓷浆料的制备，并进行发泡和稳泡
以Al2O3粉或^O2粉为原料，以六偏磷酸钠或聚丙烯酸铵为分散剂，以十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸三乙醇胺为发泡剂，以淀粉或纤维素为稳泡剂，与水混合后在球磨罐中球磨；
2)对发泡浆料进行喷雾造粒
将充分发泡的浆料从球磨罐中倒出，滤掉磨球后转移至料液槽中待用。开启喷雾造粒机的风机和加热器，当进口温度达到预订值时，装好高速喷头，调至预订转速，迅速通入浆料进行喷雾造粒；3)对收集到的氧化物颗粒进行热处理将收集到的氧化物颗粒置于普通烧结炉中在空气气氛下进行热处理。
所述的分散剂、发泡剂、稳泡剂分别为陶瓷粉体质量的0. 05-2%、0. 5-5. 0%及0.1-2% ；浆料的固相含量在55-80wt. %，球料质量比为2 1，所述的原料为Al2O3粉或^O2粉体，球磨时间为l_4h。
所述的Al2O3粉的纯度彡98%，粒度彡5 μ m ；所述的^O2粉为^O3或CaO或MgO稳定的&02，纯度彡98%，粒度< 5 μ m。
所述的喷雾造粒工艺的进口温度在200-300° C，喷头转速在20-180rps。
所述的热处理工艺的升温速率在3-8°C/min，处理温度在1500-1700° C，保温时间在 0.5-3h0
本发明的制备方法可实现对氧化物空心球的尺寸的调节，所需设备及工艺流程简单，操作简便，同时能耗成本比现有的熔融喷吹法大大降低，更适合工业化生产。
图1是本发明实施例1所制备样品的光学显微镜照片。
具体实施方式
实施例1首先称取Al2O3粉(纯度99. 5%，粒度2. 3 μ m) 700g,六偏磷酸钠7g，十二烷基硫酸钠 16. 8g，淀粉5. 6g，水300g，并加入磨球1400g在球磨罐中进行球磨，球磨时间为池。
将发泡好的陶瓷浆料置于料液槽中，待喷雾造粒机进口温度达到250°C时，启动喷头，转速为lOOrps，收集颗粒。将收集好的颗粒进行热处理，升温速率为5°C/min，并在 1600°C 保温 2h。
所得颗粒具有规则的球壳形结构，有少数颗粒出现表面凹坑，如图1所示。在随机视野中用计算机软件测量结果显示，粒径在50-200 μ m之间，平均粒径150 μ m,经测量计算堆积密度为1. lg/cm3。
实施例2首先称取IO3稳定^o2粉(纯度99. 2%，粒度1 μ m)550g,聚丙烯酸铵9. 9g，十二烷基硫酸钠27. 5g，纤维素2. 2g，水450g，并加入磨球IlOOg在球磨罐中进行球磨，球磨时间为lh。
将发泡好的陶瓷浆料置于料液槽中，待喷雾造粒机进口温度达到200°C时，启动喷头，转速为120rps，收集颗粒。将收集好的颗粒进行热处理，升温速率为7°C/min，并在 1700° C 保温 Ih。
所得颗粒的粒径在40-170 μ m之间，平均粒径120 μ m,堆积密度为1. 6g/cm3。
实施例3首先称取CaO稳定ZrO2粉(纯度98. 9%，粒度1.7ym) 600g,六偏磷酸钠0. 3g，十二烷基苯磺酸钠6g，淀粉7. 2g，水400g，并加入磨球1200g在球磨罐中进行球磨，球磨时间为1.5h。
将发泡好的陶瓷浆料置于料液槽中，待喷雾造粒机进口温度达到220°C时，启动喷头，转速为160rps，收集颗粒。将收集好的颗粒进行热处理，升温速率为6°C/min，并在 1650° C 保温 0. 5h。所得颗粒的粒径在34-130 μ m之间，平均粒径90 μ m,堆积密度为1. 5g/cm3。实施例4
首先称取MgO稳定&02粉(纯度99. 1%，粒度3. 5μπι)65(^，聚丙烯酸铵13g，十二烷基硫酸钠13g，淀粉10. 4g，水350g，并加入磨球1300g在球磨罐中进行球磨，球磨时间为2.证。将发泡好的陶瓷浆料置于料液槽中，待喷雾造粒机进口温度达到时，启动喷头，转速为180rps，收集颗粒。将收集好的颗粒进行热处理，升温速率为3°C/min，并在 1700° C 保温 1. 5h。所得颗粒的粒径在45-210 μ m之间，平均粒径160 μ m,堆积密度为1. 6g/cm3。实施例5
首先称取Al2O3粉(纯度99. 9%，粒度4 μ m) 750g,六偏磷酸钠9g，十二烷基硫酸三乙醇胺30g，纤维素15g，水250g，并加入磨球1500g在球磨罐中进行球磨，球磨时间为3.证。将发泡好的陶瓷浆料置于料液槽中，待喷雾造粒机进口温度达到时，启动喷头，转速为140rps，收集颗粒。将收集好的颗粒进行热处理，升温速率为4°C/min，并在 1600°C 保温 3h。所得颗粒的粒径在60-240 μ m之间，平均粒径170 μ m,堆积密度为1. lg/cm3。实施例6
首先称取Al2O3粉(纯度98%，粒度5 μ m)800g,聚丙烯酸铵12g，十二烷基苯磺酸钠Mg， 淀粉0. 8g，水200g，并加入磨球1600g在球磨罐中进行球磨，球磨时间为!Bh。将发泡好的陶瓷浆料置于料液槽中，待喷雾造粒机进口温度达到300°C时，启动喷头，转速为60rps，收集颗粒。将收集好的颗粒进行热处理，升温速率为8°C/min，并在 1550° C 保温 2. 5h。所得颗粒的粒径在90-290 μ m之间，平均粒径200 μ m,堆积密度为1. Og/cm3。实施例7
首先称取Al2O3粉(纯度98. 5%，粒度2. 8 μ m)650g,六偏磷酸钠5. 85g，十二烷基硫酸钠 3. 25g，纤维素9. lg，水350g，并加入磨球1300g在球磨罐中进行球磨，球磨时间为4h。将发泡好的陶瓷浆料置于料液槽中，待喷雾造粒机进口温度达到时，启动喷头，转速为20rps，收集颗粒。将收集好的颗粒进行热处理，升温速率为5°C/min，并在 1500°C 保温 2h。所得颗粒的粒径在50-180 μ m之间，平均粒径140 μ m,堆积密度为1. lg/cm3。
权利要求
1.一种采用喷雾造粒工艺制备氧化物空心球的方法，其特征在于对发泡后的氧化物陶瓷浆料进行喷雾造粒，并对收集到的氧化物颗粒进行热处理；其制备工艺步骤为1)稳定的氧化物陶瓷浆料的制备，并进行发泡和稳泡以Al2O3粉或^O2粉为原料，以六偏磷酸钠或聚丙烯酸铵为分散剂，以十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸三乙醇胺为发泡剂，以淀粉或纤维素为稳泡剂，与水混合后在球磨罐中球磨；2)对步骤1)得到的发泡浆料进行喷雾造粒将充分发泡的浆料从球磨罐中倒出并滤掉磨球，然后进行喷雾造粒；3)对收集到的氧化物颗粒进行热处理将收集到的氧化物颗粒置于普通烧结炉中在空气气氛下进行热处理。
2.根据权利要求1所述的一种采用喷雾造粒工艺制备氧化物空心球的方法，其特征在于所述的分散剂、发泡剂、稳泡剂分别为Al2O3粉或^O2粉体质量的0. 05-2%,0. 5-5. 0%、 0. 1-2% ；浆料的固相含量在55-80wt. %，磨球与Al2O3粉或&02粉体的质量比为2 :1，球磨时间为l_4h。
3.根据权利要求1所述的一种采用喷雾造粒工艺制备氧化物空心球的方法，其特征在于所述的Al2O3粉的纯度彡98%，粒度彡5 μ m,所述的^O2粉为^O3或CaO或MgO稳定的 ZrO2,纯度彡98%，粒度< 5 μ m。
4.根据权利要求1所述的一种采用喷雾造粒工艺制备氧化物空心球的方法，其特征在于所述的喷雾造粒工艺的进口温度在200-300° C，喷头转速在20-180rps。
5.根据权利要求1所述的一种采用喷雾造粒工艺制备氧化物空心球的方法，其特征在于所述的热处理工艺的升温速率在3-8°C/min，温度在1500-1700° C，保温时间在0. 5_3h。
全文摘要
本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种采用喷雾造粒工艺制备氧化物空心球的方法，其制备工艺可按照如下步骤实现(1)制备稳定的氧化物陶瓷浆料，并进行发泡和稳泡；(2)对发泡浆料进行喷雾造粒，并对所造颗粒进行收集；(3)对收集到的氧化物颗粒进行热处理。本发明的特点是氧化物空心球的尺寸在微米级且可以进行调控，所需设备及工艺流程简单，同时能耗比现有的熔融喷吹法大大降低，更适合工业化生产。
文档编号C04B35/10GK102503383SQ201110354478
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者吴海波, 李红霞, 王刚, 王来稳, 袁波 申请人:中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司