一种无毒防火保温耐火砖及其制备方法与流程

本发明涉及耐火砖领域，具体来说，涉及一种无毒防火保温耐火砖及其制备方法。

背景技术

耐火砖可用作建筑窑炉和各种热工设备的高温建筑材料和结构材料，并在高温下能经受各种物理化学变化和机械作用。根据专利号：201710536135.3公开了一种耐火砖及其制备方法，虽然解决了耐火砖耐压强度较低，使用容易时损坏，使用寿命短的问题。但是，现有的耐火砖在生产过程中由于某些建筑原料成分携带一定的有害物质，使得耐火砖在使用过程中会释放一些有害物质，不利于使用者的健康。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的问题，本发明的目的是提出一种无毒防火保温耐火砖及其制备方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种无毒防火保温耐火砖。

该无毒防火保温耐火砖由以下质量份数的原料制成：

水30-80份、水泥25-43份、煅烧高岭土30-40份、改性煤矸石28-34份、镁砂粉14-18份、碳化硅微粉6-12份、金属硅粉1-2份、氧化钾5-8份、氧化铝粉10-20份、钢纤维16-40份、硅酸钠4-7份、酚醛树脂5-10份、铁掺杂二氧化钛2-5份、滑石粉2-5份、纳米级二氧化硅50-70份、遮光剂5-20份、结构稳定剂5-10份、液体溶胶25-40份、碱性化合物15-40份、乙醇120-180份。

进一步的，所述煅烧高岭土的粒径为10-20μm，所述纳米级二氧化硅的粒径为1-100nm，所述铁掺杂二氧化钛的粒径为50-75nm，所述钢纤维长度为11.7-14.3mm，直径为0.17-0.23mm，抗拉强度≥2850mpa。

进一步的，所述液体溶胶包括正硅酸乙脂和盐酸，所述正硅酸乙脂为5-8份，所述盐酸为20-32份。

根据本发明的另一方面，提供了一种无毒防火保温耐火砖的制备方法。

该无毒防火保温耐火砖的制备，包括以下步骤：

根据上述质量份数，称取所述无毒防火保温耐火砖所需各原料；

将称取好的正硅酸乙脂加入称取好的盐酸内，溶解并稀释，形成液体溶胶；

将称取好的纳米级二氧化硅、遮光剂、结构稳定剂和滑石粉混合均匀，形成混合物一；

将称取好的煅烧高岭土、改性煤矸石、镁砂粉、碳化硅微粉、金属硅粉、氧化钾和氧化铝粉搅拌，粉碎，形成混合物二；

将混合物二加入混合物一内，混合均匀，形成混合物三；

将混合物三中加入称好的水、水泥和钢纤维然后进行高速搅拌，形成混合物四；

将混合物四中加入称好的铁掺杂二氧化钛、硅酸钠和酚醛树脂，搅拌均匀，形成混合物五；

将混合物五加入液体溶胶中，然后加入预先准备好的碱性化合物，同时均匀搅拌，静置陈化，形成凝胶体；

将凝胶体在水中反复浸泡洗涤，除去各种可溶离子，然后在预先准备好的常温下的乙醇中浸泡，在浸泡过程中水与乙醇互溶，凝胶体内绝大部分水分子都被乙醇所取代，得到二氧化硅醇凝胶；

将二氧化硅醇凝胶中的溶剂和反应残留物通过超临界干燥法去除，然后在恒温下将液体缓慢释放出来，当恢复至常压常温后，开启高压容器，即获得无毒防火保温材料。

进一步的，上述二氧化硅醇凝胶进行超临界干燥法去除二氧化硅醇凝胶中的溶剂和反应残留物时，超临界干燥介质采用水，且容器内温度为374.1℃，压力为22mpa。

进一步的，上述混合物二搅拌粉碎时，搅拌时间为10-15min，粉碎要求为200-300目。

进一步的，上述混合物四搅拌时，搅拌转速为800-1000r/min，搅拌时间为45-55min。

进一步的，上述凝胶体制备时，加入的碱性化合物为一水合氨或氢氧化铵且调节ph值为5-7，静置陈化10-30天。

进一步的，上述二氧化硅醇凝胶制备时，凝胶体在水中反复浸泡洗涤时间为20min以上，在乙醇中浸泡的时间为5-8天。

其中，本发明所采用的原料组份阐述如下：

水泥：粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。

煅烧高岭土：高岭土是一种无机非金属的混合物，煅烧高岭土就是将高岭土在煅烧炉中烧结到一定的温度和时间，使其的物理化学性能产生一定的变化，以满足一定的要求。

改性煤矸石：煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。

镁砂粉：镁砂粉分为烧结镁砂，轻烧镁砂，电熔镁砂三大类。镁砂是耐火材料最重要的原料之一，用于制造各种镁砖、镁铝砖、捣打料、补炉料等。含有杂质较多的，用于铺筑炼钢炉底等。

碳化硅微粉：呈绿色，晶体结构，硬度高，切削能力较强，化学性质稳定，导热性能好。微观形状呈六方晶体，碳化硅的莫氏硬度为9.2。在磨料中高于刚玉而仅次于金刚石、立方氮化硼和碳化硼。

金属硅粉：工业硅粉广泛的应用于耐火材料、粉末冶金行业中，以提高产品的耐高温，耐磨损和抗氧化性。其产品被广泛的应用于炼钢炉、窑炉、窑具中。

氧化钾：氧化钾为白色粉末，溶于水生成氢氧化钾，并放出大量热。

氧化铝粉：粒度分布均匀、纯度高、极好分散，其比表面高，具有耐高温的惰性，高活性，属活性氧化铝；多孔性；硬度高、尺寸稳定性好，具有较强的表面酸性和一定的表面碱性，被广泛应用作催化剂和催化剂载体等新的绿色化学材料。可广泛应用于各种塑料、橡胶、陶瓷、耐火材料等产品的补强增韧，特别是提高陶瓷的致密性、光洁度、冷热疲劳性、断裂韧性、抗蠕变性能和高分子材料产品的耐磨性能尤为显著。极好分散，在溶剂水里面；溶剂乙醇、丙醇、丙二醇、异丙醇、乙二醇单丁醚、丙酮、丁酮、苯、二甲苯内，不需加分散剂，搅拌搅拌即可以充分的分散均匀。在环氧树脂、塑料等中，极好添加使用。

钢纤维：钢纤维是指以切断细钢丝法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成长径比为40-80的纤维。砂浆或混凝土中掺加适量的钢纤维，可提高其抗拉、抗弯强度，并大幅度地提高其韧性和抗冲击强度。

硅酸钠：涂刷材料表面，提高其抗风化能力以密度为1.35g/cm³的水玻璃浸渍或涂刷黏土砖、水泥混凝土、硅酸盐混凝土、石材等多孔材料，可提高材料的密实度、强度、抗渗性、抗冻性及耐水性等。加固土将水玻璃和氯化钙溶液交替压注到土中，生成的硅酸凝胶在潮湿环境下，因吸收土中水分处于膨胀状态，使土固结。配制速凝防水剂。修补砖墙裂缝将水玻璃、粒化高炉矿渣粉、砂及氟硅酸钠按适当比例拌合后，直接压入砖墙裂缝，可起到粘结和补强作用。

酚醛树脂：酚醛树脂，是一种合成塑料，无色或黄褐色透明固体，因电气设备使用较多，也俗称电木。耐热性、耐燃性、耐水性和绝缘性优良，耐酸性较好，耐碱性差，机械和电气性能良好，易于切割，分为热固性塑料和热塑性塑料两类。合成时加入不同组分，可获得功能各异的改性酚醛树脂，具有不同的优良特性，如耐碱性、耐磨性、耐油性、耐腐蚀性等。

铁掺杂二氧化钛：因为形成于高温条件下，主要产于变质岩系的含金红石石英脉中和伟晶岩脉中。此外，在火成岩中作为副矿物出现，也常呈粒状见于片麻岩中；金红石由于其化学稳定性大，在岩石风化后常转入砂矿。

滑石粉：为白色或类白色、微细、无砂性的粉末，手摸有油腻感。无臭，无味。增加产品形状的稳定，增加张力强度，剪切强度，绕曲强度，压力强度，降低变形，伸张率，热膨胀系数，白度高、粒度均匀分散性强等特点。

纳米级二氧化硅：纳米二氧化硅是一种无机化工材料，俗称白炭黑。由于是超细纳米级，尺寸范围在1-100nm，因此具有许多独特的性质，如具有对抗紫外线的光学性能，能提高其他材料抗老化、强度和耐化学性能。用途非常广泛。纳米级二氧化硅为无定形白色粉末，无毒、无味、无污染，微结构为球形，呈絮状和网状的准颗粒结构，分子式和结构式为sio2，不溶于水。

遮光剂：遮光剂是一种可以吸收紫外线和防止紫外线穿透皮肤的化学合成剂，能有效防止紫外线对皮肤的损伤。根据吸收光谱的不同分为中波紫外线、长波紫外线和广谱紫外线遮光剂。遮光剂一般无色。

结构稳定剂：能增加溶液、胶体、固体、混合物的稳定性能化学物都叫稳定剂。它可以减慢反应，保持化学平衡，降低表面张力，防止光、热分解或氧化分解等作用。

液体溶胶：包括正硅酸乙脂和盐酸，正硅酸乙酯是一种无色液体，主要用作防热涂料、耐化学作用的涂料、有机合成中间体。其熔点-77℃，沸点165.5℃，微溶于水，溶于乙醇、乙醚。

碱性化合物：消除水的硬度；调节水的ph值；对废水进行中和；通过沉淀消除水中重金属离子；离子交换树脂的再生。

乙醇：乙醇是一种很好的溶剂，既能溶解许多无机物，又能溶解许多有机物，所以常用乙醇来溶解植物色素或其中的药用成分，也常用乙醇作为反应的溶剂，使参加反应的有机物和无机物均能溶解，增大接触面积，提高反应速率。

本发明的有益效果：通过纳米级二氧化硅原料的添加使得绝热材料能够在1000℃以上的高温环境下使用，而且纳米防火绝热材料的生产成本低，能够实现连续的规模化生产，同时在生产过程中也不存在对人体健康有害的石棉和有机物，为使用者的健康提供了保障，硅酸钠、酚醛树脂的使用，使各种材料牢固结合，提高了材料的防火性能及保温性能，还增加了材料的强度，而铁掺杂二氧化钛，可有效防止紫外线对保温材料的侵害，提高材料的使用寿命，工艺简单，成本低，产品性能明显改善，生产的耐火砖可用于各种热工设备隔热层、耐火层，达到节能、环保、耐火的多重作用，有利于推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种无毒防火保温耐火砖及其制备方法流程图之一；

图2是根据本发明实施例的一种无毒防火保温耐火砖及其制备方法流程图之二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种无毒防火保温耐火砖。

该无毒防火保温耐火砖由以下质量份数的原料制成：

水30-80份、水泥25-43份、煅烧高岭土30-40份、改性煤矸石28-34份、镁砂粉14-18份、碳化硅微粉6-12份、金属硅粉1-2份、氧化钾5-8份、氧化铝粉10-20份、钢纤维16-40份、硅酸钠4-7份、酚醛树脂5-10份、铁掺杂二氧化钛2-5份、滑石粉2-5份、纳米级二氧化硅50-70份、遮光剂5-20份、结构稳定剂5-10份、液体溶胶25-40份、碱性化合物15-40份、乙醇120-180份。

其中，所述煅烧高岭土的粒径为10-20μm，所述纳米级二氧化硅的粒径为1-100nm，所述铁掺杂二氧化钛的粒径为50-75nm，所述钢纤维长度为11.7-14.3mm，直径为0.17-0.23mm，抗拉强度≥2850mpa。

所述液体溶胶包括正硅酸乙脂和盐酸，所述正硅酸乙脂为5-8份，所述盐酸为20-32份。

为了更清楚的理解本发明的上述技术方案，以下通过具体实例对本发明的上述方案进行详细说明。

实施例一

一种无毒防火保温耐火砖，该无毒防火保温耐火砖由以下质量份数的原料制成：

水30g、水泥25g、煅烧高岭土30g、改性煤矸石28g、镁砂粉14g、碳化硅微粉6g、金属硅粉1g、氧化钾5g、氧化铝粉10g、钢纤维16g、硅酸钠4g、酚醛树脂5g、铁掺杂二氧化钛2g、滑石粉2g、纳米级二氧化硅50g、遮光剂5g、结构稳定剂5g、液体溶胶25g、碱性化合物15g、乙醇120g。

其中，所述煅烧高岭土的粒径为10-20μm，所述纳米级二氧化硅的粒径为1-100nm，所述铁掺杂二氧化钛的粒径为50-75nm，所述钢纤维长度为11.7-14.3mm，直径为0.17-0.23mm，抗拉强度≥2850mpa。

所述液体溶胶包括正硅酸乙脂和盐酸，所述正硅酸乙脂为5g，所述盐酸为20g。

该无毒防火保温耐火砖的制备，包括以下步骤：

根据上述质量份数，称取所述无毒防火保温耐火砖所需各原料；

将称取好的正硅酸乙脂5g加入称取好的盐酸20g内，溶解并稀释，形成液体溶胶；

将称取好的纳米级二氧化硅50g、遮光剂5g、结构稳定剂50g和滑石粉2g混合均匀，形成混合物一；

将称取好的煅烧高岭土30g、改性煤矸石28g、镁砂粉14g、碳化硅微粉6g、金属硅粉1g、氧化钾5g和氧化铝粉10g搅拌，粉碎，形成混合物二；

将混合物二加入混合物一内，混合均匀，形成混合物三；

将混合物三中加入称好的水30g、水泥25g和钢纤维16g然后进行高速搅拌，形成混合物四；

将混合物四中加入称好的铁掺杂二氧化钛2g、硅酸钠4g和酚醛树脂5g，搅拌均匀，形成混合物五；

将混合物五加入液体溶胶中，然后加入预先准备好的碱性化合物15g，同时均匀搅拌，静置陈化，形成凝胶体；

将凝胶体在水中反复浸泡洗涤，除去各种可溶离子，然后在预先准备好的常温下的乙醇120g中浸泡，在浸泡过程中水与乙醇互溶，凝胶体内绝大部分水分子都被乙醇所取代，得到二氧化硅醇凝胶；

将二氧化硅醇凝胶中的溶剂和反应残留物通过超临界干燥法去除，然后在恒温下将液体缓慢释放出来，当恢复至常压常温后，开启高压容器，即获得无毒防火保温材料。

实施例二

一种无毒防火保温耐火砖，该无毒防火保温耐火砖由以下质量份数的原料制成：

水55g、水泥34g、煅烧高岭土35g、改性煤矸石30g、镁砂粉16g、碳化硅微粉9g、金属硅粉1.5g、氧化钾6.5g、氧化铝粉15g、钢纤维28g、硅酸钠5.5g、酚醛树脂7.5g、铁掺杂二氧化钛3.5g、滑石粉3.5g、纳米级二氧化硅60g、遮光剂12.5g、结构稳定剂7.5g、液体溶胶32.5g、碱性化合物27.5g、乙醇150g。

其中，所述煅烧高岭土的粒径为10-20μm，所述纳米级二氧化硅的粒径为1-100nm，所述铁掺杂二氧化钛的粒径为50-75nm，所述钢纤维长度为11.7-14.3mm，直径为0.17-0.23mm，抗拉强度≥2850mpa。

所述液体溶胶包括正硅酸乙脂和盐酸，所述正硅酸乙脂为6.5g，所述盐酸为26g。

该无毒防火保温耐火砖的制备，包括以下步骤：

根据上述质量份数，称取所述无毒防火保温耐火砖所需各原料；

将称取好的正硅酸乙脂6.5g加入称取好的盐酸26g内，溶解并稀释，形成液体溶胶；

将称取好的纳米级二氧化硅60g、遮光剂12.5g、结构稳定剂7.5g和滑石粉3.5g混合均匀，形成混合物一；

将称取好的煅烧高岭土35g、改性煤矸石30g、镁砂粉16g、碳化硅微粉9g、金属硅粉1.5g、氧化钾6.5g和氧化铝粉15g搅拌，粉碎，形成混合物二；

将混合物二加入混合物一内，混合均匀，形成混合物三；

将混合物三中加入称好的水55g、水泥34g和钢纤维28g然后进行高速搅拌，形成混合物四；

将混合物四中加入称好的铁掺杂二氧化钛3.5g、硅酸钠5.5g和酚醛树脂7.5g，搅拌均匀，形成混合物五；

将混合物五加入液体溶胶中，然后加入预先准备好的碱性化合物27.5g，同时均匀搅拌，静置陈化，形成凝胶体；

将凝胶体在水中反复浸泡洗涤，除去各种可溶离子，然后在预先准备好的常温下的乙醇150g中浸泡，在浸泡过程中水与乙醇互溶，凝胶体内绝大部分水分子都被乙醇所取代，得到二氧化硅醇凝胶；

将二氧化硅醇凝胶中的溶剂和反应残留物通过超临界干燥法去除，然后在恒温下将液体缓慢释放出来，当恢复至常压常温后，开启高压容器，即获得无毒防火保温材料。

实施例三

一种无毒防火保温耐火砖，该无毒防火保温耐火砖由以下质量份数的原料制成：

水80g、水泥43g、煅烧高岭土40g、改性煤矸石34g、镁砂粉18g、碳化硅微粉12g、金属硅粉2g、氧化钾8g、氧化铝粉20g、钢纤维40g、硅酸钠7g、酚醛树脂10g、铁掺杂二氧化钛5g、滑石粉5g、纳米级二氧化硅70g、遮光剂20g、结构稳定剂10g、液体溶胶40g、碱性化合物40g、乙醇180g。

其中，所述煅烧高岭土的粒径为10-20μm，所述纳米级二氧化硅的粒径为1-100nm，所述铁掺杂二氧化钛的粒径为50-75nm，所述钢纤维长度为11.7-14.3mm，直径为0.17-0.23mm，抗拉强度≥2850mpa。

所述液体溶胶包括正硅酸乙脂和盐酸，所述正硅酸乙脂为8g，所述盐酸为32g。

该无毒防火保温耐火砖的制备，包括以下步骤：

根据上述质量份数，称取所述无毒防火保温耐火砖所需各原料；

将称取好的正硅酸乙脂8g加入称取好的盐酸32g内，溶解并稀释，形成液体溶胶；

将称取好的纳米级二氧化硅70g、遮光剂20g、结构稳定剂10g和滑石粉5g混合均匀，形成混合物一；

将称取好的煅烧高岭土40g、改性煤矸石34g、镁砂粉18g、碳化硅微粉12g、金属硅粉2g、氧化钾8g和氧化铝粉20g搅拌，粉碎，形成混合物二；

将混合物二加入混合物一内，混合均匀，形成混合物三；

将混合物三中加入称好的水80g、水泥43g和钢纤维40g然后进行高速搅拌，形成混合物四；

将混合物四中加入称好的铁掺杂二氧化钛5g、硅酸钠7g和酚醛树脂10g，搅拌均匀，形成混合物五；

将混合物五加入液体溶胶中，然后加入预先准备好的碱性化合物40g，同时均匀搅拌，静置陈化，形成凝胶体；

将凝胶体在水中反复浸泡洗涤，除去各种可溶离子，然后在预先准备好的常温下的乙醇180g中浸泡，在浸泡过程中水与乙醇互溶，凝胶体内绝大部分水分子都被乙醇所取代，得到二氧化硅醇凝胶；

将二氧化硅醇凝胶中的溶剂和反应残留物通过超临界干燥法去除，然后在恒温下将液体缓慢释放出来，当恢复至常压常温后，开启高压容器，即获得无毒防火保温材料。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下结合附图对本发明的上述方案的流程进行详细说明，具体如下：

根据本发明的实施例，还提供了一种无毒防火保温耐火砖的制备方法。

如图1所示，在实际生产过程中，

在一个实施例中，对于上述来说，该无毒防火保温耐火砖的制备，包括以下步骤：

步骤s101，根据上述质量份数，称取所述无毒防火保温耐火砖所需各原料；

步骤s103，将称取好的正硅酸乙脂加入称取好的盐酸内，溶解并稀释，形成液体溶胶；

步骤s105，将称取好的纳米级二氧化硅、遮光剂、结构稳定剂和滑石粉混合均匀，形成混合物一；

步骤s107，将称取好的煅烧高岭土、改性煤矸石、镁砂粉、碳化硅微粉、金属硅粉、氧化钾和氧化铝粉搅拌，粉碎，形成混合物二；

步骤s109，将混合物二加入混合物一内，混合均匀，形成混合物三；

步骤s111，将混合物三中加入称好的水、水泥和钢纤维然后进行高速搅拌，形成混合物四；

步骤s113，将混合物四中加入称好的铁掺杂二氧化钛、硅酸钠和酚醛树脂，搅拌均匀，形成混合物五；

步骤s115，将混合物五加入液体溶胶中，然后加入预先准备好的碱性化合物，同时均匀搅拌，静置陈化，形成凝胶体；

步骤s117，将凝胶体在水中反复浸泡洗涤，除去各种可溶离子，然后在预先准备好的常温下的乙醇中浸泡，在浸泡过程中水与乙醇互溶，凝胶体内绝大部分水分子都被乙醇所取代，得到二氧化硅醇凝胶；

步骤s119，将二氧化硅醇凝胶中的溶剂和反应残留物通过超临界干燥法去除，然后在恒温下将液体缓慢释放出来，当恢复至常压常温后，开启高压容器，即获得无毒防火保温材料。

在一个实施例中，上述二氧化硅醇凝胶进行超临界干燥法去除二氧化硅醇凝胶中的溶剂和反应残留物时，超临界干燥介质采用水，且容器内温度为374.1℃，压力为22mpa。

在一个实施例中，上述混合物二搅拌粉碎时，搅拌时间为10-15min，粉碎要求为200-300目。

在一个实施例中，上述混合物四搅拌时，搅拌转速为800-1000r/min，搅拌时间为45-55min。

在一个实施例中，上述凝胶体制备时，加入的碱性化合物为一水合氨或氢氧化铵且调节ph值为5-7，静置陈化10-30天。

在一个实施例中，上述二氧化硅醇凝胶制备时，凝胶体在水中反复浸泡洗涤时间为20min以上，在乙醇中浸泡的时间为5-8天。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过纳米级二氧化硅原料的添加使得绝热材料能够在1000℃以上的高温环境下使用，而且纳米防火绝热材料的生产成本低，能够实现连续的规模化生产，同时在生产过程中也不存在对人体健康有害的石棉和有机物，为使用者的健康提供了保障，硅酸钠、酚醛树脂的使用，使各种材料牢固结合，提高了材料的防火性能及保温性能，还增加了材料的强度，而铁掺杂二氧化钛，可有效防止紫外线对保温材料的侵害，提高材料的使用寿命，工艺简单，成本低，产品性能明显改善，生产的耐火砖可用于各种热工设备隔热层、耐火层，达到节能、环保、耐火的多重作用，有利于推广应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。