專利名稱：：一種微孔莫來石輕質骨料及其制備方法
技術領域：
：本發明涉及耐火材料領域，具體為一種微孔莫來石輕質骨料及其制備方法。技術背景公知，莫來石本身具有許多優良物理特性，如低膨脹系數、低導熱、低蠕變、低介電常數、高耐熱沖擊和高溫強度等，莫來石的這些特性使得其在耐火材料、高溫結構材料、微電子封裝材料、光學材料等眾多領域中得到廣泛應用，有著重要的工業價值。以莫來石為原材料的耐火澆注料按氣孔率分可分為致密骨料(又稱重質骨料)和輕質骨料(又稱多孔骨料)，致密骨料系指氣孔率不大于30%的骨料，輕質骨料系指氣孔率大于45%的骨料，以往人們通常使用重質骨料，其耐壓強度較高，而導熱系數較高，保溫隔熱性能差，澆注料自身比重較大，而且致密的骨料要求高溫燒成，需要消耗大量的能源。隨著國家對降低能耗和節約能源的要求日益提高，輕質骨料在各個工業窯爐和燃燒器上己得到廣泛應用，其體積密度和熱導率較低，隔熱性能較好，但由于隔熱性、耐壓強度和耐高溫性能間的矛盾，一方面要求盡可能減少熱損失，要求材料具有低熱導率，另一方面要求材料具有足夠的強度以承受自重并抵抗熱氣流的沖刷、摩擦和侵蝕。但是現有莫來石輕質骨料普遍很難解決上述矛盾，比如體積密度小于1.35g/cm3的輕質骨料長期使用溫度只能在130(TC以下，耐壓強度在5.8MPa左右，熱導率一般在0.5左右w/(m.k),而且其孔徑較大(大都為毫米級)、且氣孔分布不均勻，很大程度上影響了材料的隔熱性能。
發明內容本發明為了解決現有莫來石輕質骨料存在體積密度較大、耐壓強度和耐火度較低以及熱導率較高、孔徑較大、氣孔分布不均勻等問題，提供一種微孔莫來石輕質骨料及其制備方法。本發明是采用如下技術方案實現的一種微孔莫來石輕質骨料，所述的輕質骨料由下列重量百分比的原料制成鋁礬土生料35-40%,煤奸石14-20%，鋸末4-13%，石油焦炭27-45%，上述石油焦炭中Fe203含量為1-2%，^203含量為8-10%。所述石油焦炭，簡稱石油焦，由石油煉制的殘油、渣油或瀝青經高溫焦化而得的固體殘余物，主要的元素組成為碳，占有80wtn/。以上，其余的為氫、氧、氮、硫和金屬元素，本發明以Fe203、Al203的含量來限定所選用的石油焦炭，其作用是作為添加劑，使鋁礬土生料、煤矸石和鋸末三種主原料在高溫燒成中，原料內部短時間生成大量微小氣孔，且氣孔不隨燒結過程的進行而聚集長大，最終在骨料中形成微米級且均勻分布的氣孔；將該添加劑與其它三種主料以一定比例配合而制取的莫來石輕質骨料，使得骨料具有優異的保溫隔熱性能，熱導率顯著降低，但是與同類其它產品相比，其耐壓強度、耐火度較高。制備上述微孔莫來石輕質骨料的方法，包括如下步驟(l)將鋁礬土生料、煤矸石、鋸末及石油焦炭分別破碎，混合均勻，石油焦炭的破碎粒徑小于等于5mm;(2)然后加入占上述原料總重量80-85%的水，進行濕磨；(3)篩網過濾，得到目數為400-450目的篩下物，其含水量為15-20%;(4)成型，成型壓力為6-8MPa;(5)干燥,溫度為180-200°C，時間為65-75h;(6)在1400-1450。C下煅燒，時間為9-10天；(7)破碎；(8)篩分，即得到莫來石輕質骨料。上述步驟(2)中所用設備為球磨機，步驟(4)中所用設備為本領域常用的各種成型機，最終產品可根據用戶的需求，通過破碎、篩分工藝制成不同粒級的輕質骨料。按照本發明所述配方及制備方法得到的莫來石輕質骨料，在其煅燒完后選取外觀較好的輕質磚，經鋼鐵研究總院采用PHILIPSADP-10D型X射線衍射儀檢測，該骨料中主要物相為莫來石(Al6Si2013)，含量為80-90%,其次為剛玉相(A1203)，還可見少量金紅石(Ti02)和鈣長石(CaAl2Si208)，由于莫來石相含量較高，可大大提高耐火材料的耐火度，同時最終產品的性能也大大提高;此外，通過能譜儀分析結果也證明，本發明所述輕質骨料中O、Al、Si、Ca、Ti、Fe等元素的含量，如附圖1所示，Al的含量較高，Fe等干擾雜質的含量較低；再者，通過掃描電鏡得出的電鏡照片可清楚的看到莫來石的斷口形貌，如圖2、3所示，為莫來石的低倍結構示意圖，可看出其顯微結構均勻，品粒細小，氣孔多為封閉型，如圖4、5所示，在高倍觀察下，莫來石晶粒發育多呈短柱狀，其軸向尺寸在5-10微米之間，各晶粒之間存在氣孔，其大小多為10微米以下，而且氣孔分布較均勻。最后，經檢測，本發明所述微孔莫來石輕質磚的理化性能如下表1所示<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>檢驗依據Al2O3GB/T6900.4-1986;Si02:GB/T6900.2-1986;Fe203:GB/T6900.3-1986;Ti02:GB/T6卯0.5-1986;體積密度GB/T2998-2001;常溫耐壓強度GB/T3997.2-1998;荷重軟化溫度YB/T370-95;熱導率YJYB-002-90;孔容積率由清華大學熱能研究所用壓貢法測定，見附圖6同時，上述理化性能指標經國家耐火材料質量監督檢驗測試中心檢測并驗證，見附件1，名稱為微孔高強高隔熱莫來石輕質磚的檢驗報告。由上述表格及附件1可看出，本發明所述各項性能指標遠遠優于傳統輕質骨料，尤其是體積密度、常溫耐壓強度及熱導率、平均孔徑。本發明與現有技術相比，采用鋁礬土生料、煤矸石、鋸末和添加劑石油焦炭為原料，采用獨特的制備方法制成莫來石輕質骨料，具有以下優點1、原料來源廣泛，有效利用了廢物，生產方法簡單，成本較低；2、最終產品中的莫來石相含量較高，達到80%以上；3、平均孔徑較小，集中分布在7-8.5nm之間，且氣孔分布均勻，使得產品具有很好的保溫隔熱性能，熱導率較低、體積密度較小，但其常溫耐壓強度較高，耐火度較高；4、較高的荷重軟化溫度及較小的重燒線變化率，與同類產品比較，使用溫度更高，壽命更長，更安全；總之，本發明生產的產品具有氣孔率高、體積密度小、平均孔徑小、熱導率小、耐壓強度高、耐火度高等優點，可廣泛用作隔熱保溫層，也可直接應用于加熱爐等多種工業爐的工作襯、爐頂，適用范圍較廣。圖1為利用本發明所述莫來石輕質骨料制成的耐火磚的能譜分析結果示意2為利用本發明所述莫來石輕質骨料制成的耐火磚在顯微鏡低倍下的光鏡照片(x500)圖3為利用本發明所述莫來石輕質骨料制成的耐火磚在顯微鏡低倍下的光鏡照片(xlOOO)圖4為利用本發明所述莫來石輕質骨料制成的耐火磚在顯微鏡低倍下的光鏡照片(x2000)圖5為利用本發明所述莫來石輕質骨料制成的耐火磚在顯微鏡低倍下的光鏡照片(x2500)圖6為本發明所述表1中孔容積率的測試圖譜具體實施方式實施例1:微孔莫來石輕質骨料，由下列重量百分比的原料制成鋁礬土生料35%，煤矸石20%,鋸末13%，石油焦炭32%，上述石油焦炭中Fe203含量為1%，"203含量為8%,制備方法包括以下步驟(1)將鋁礬土生料、煤矸石、鋸末及石油焦炭分別破碎，混合均勻；(2)然后加入占上述原料總重量80%的水，進行濕磨；(3)篩網過濾，得到目數為400目的篩下物，其含水量為15%;(4)成型，成型壓力為6MPa;(5)干燥，溫度為180°C,時間為65h;(6)在1400°C下煅燒，時間為9天；(7)破碎；(8)篩分，即得到莫來石輕質骨料。實施例2:微孔莫來石輕質骨料，由下列重量百分比的原料制成鋁礬土生料40%，煤石干石14%，鋸末4%，石油焦炭42%，上述石油焦炭中Fe203含量為2%，八1203含量為10%,制備方法包括以下步驟(1)將鋁礬土生料、煤矸石、鋸末及石油焦炭分別破碎，混合均勻；(2)然后加入占上述原料總重量85%的水，進行濕磨；(3)篩網過濾，得到目數為450目的篩下物，其含水量為20%;(4)成型，成型壓力為8MPa;(5)干燥，溫度為200'C，時間為75h;(6)在1450°C下煅燒，時間為10天；(7)破碎；(8)篩分，即得到莫來石輕質骨料。實施例3:微孔莫來石輕質骨料，由下列重量百分比的原料制成鋁礬土生料38%，煤矸石16%，鋸末10%，石油焦炭36%，上述石油焦炭中Fe203含量為2。/。，八1203含量為9%，制備方法包括以下步驟(1)將鋁礬土生料、煤矸石、鋸末及石油焦炭分別破碎，混合均勻；(2)然后加入占上述原料總重量82%的水，進行濕磨；(3)篩網過濾，得到目數為420目的篩下物，其含水量為18%;(4)成型，成型壓力為7MPa;(5)干燥，溫度為195°C，時間為70h;(6)在1425°C下煅燒，時間為9天；(7)破碎；(8)篩分，即得到莫來石輕質骨料。實施例4:微孔莫來石輕質骨料，由下列重量百分比的原料制成鋁礬土生料36%，煤矸石16%,鋸末8%，石油焦炭40%,上述石油焦炭中Fe203含量為1%，八1203含量為8%，制備方法包括以下步驟(1)將鋁礬土生料、煤矸石、鋸末及石油焦炭分別破碎，混合均勻；(2)然后加入占上述原料總重量84%的水，進行濕磨；(3)篩網過濾，得到目數為435目的篩下物，其含水量為16%;(4)成型，成型壓力為6MPa;(5)干燥，溫度為185°C，時間為68h;(6)在1430°C下煅燒，時間為9天；(7)破碎；(8)篩分，即得到莫來石輕質骨料。權利要求1.一種微孔莫來石輕質骨料，其特征是所述的輕質骨料由下列重量百分比的原料制成鋁礬土生料35-40％，煤矸石14-20％，鋸末4-13％，石油焦炭27-45％，上述石油焦炭中Fe2O3含量為1-2％，Al2O3含量為8-10％。2、制備如權利要求1所述的微孔莫來石輕質骨料的方法，其特征是包括如下步驟(1)將鋁礬土生料、煤矸石、鋸末及石油焦炭分別破碎，混合均勻；(2)然后加入占上述原料總重量80-85%的水，進行濕磨；(3)篩網過濾，得到目數為400-450目的篩下物，其含水量為15-20%;(4)成型，成型壓力為6-8MPa;(5)干燥，溫度為180-200°C，時間為65-75h;(6)在1400-1450。C下煅燒，時間為9-10天;(7)破碎；(8)篩分，即得到莫來石輕質骨料。3、根據權利要求1或2所述的微孔莫來石輕質骨料及其制備方法，其特征是得到的莫來石輕質骨料的體積密度為1.01.2g/cm3，常溫耐壓強度》12MPa，熱導率為0.240.26w/(m.k)，平均孔徑為7-8.5(xm，孔徑小于10pm的孔容積率》70%。全文摘要本發明涉及耐火材料領域，具體為一種微孔莫來石輕質骨料及其制備方法，解決現有莫來石輕質骨料存在體積密度較大、耐壓強度和耐火度較低以及熱導率較高、孔徑較大、氣孔分布不均勻等問題，由鋁礬土生料、煤矸石、鋸末、石油焦炭制成，制備方法如下將原料分別破碎，混合均勻；然后加入占原料總重量80-85％的水，進行濕磨；篩網過濾；成型，成型壓力為6-8MPa；干燥，溫度為180-200℃。時間為65-75h；在1400-1450℃下煅燒，時間為9-10天；破碎；篩分，即得到莫來石輕質骨料。本發明生產的產品具有氣孔率高、體積密度小、平均孔徑小、熱導率小、耐壓強度高、耐火度高等優點，可廣泛用作隔熱保溫層，也可直接應用于加熱爐等多種工業爐的工作襯、爐頂，適用范圍較廣。文檔編號C04B35/66GK101265118SQ20081005488公開日2008年9月17日申請日期2008年4月26日優先權日2008年4月26日發明者王履彬申請人:孝義市京山耐火材料有限公司