本發明屬于耐火涂料技術領域。具體涉及一種水泥窯用尖晶石質耐火涂料及其制備方法。
背景技術：
鎂鋁尖晶石因具有熔點高、硬度大、抗熱震性和抗渣侵蝕性優良的特點，因而被廣泛用于耐火涂料行業。特別是近年來，人們認識到Cr6+化合物的危害，考慮將尖晶石質耐火涂料應用于水泥回轉窯、玻璃窯和精煉設備等以取代含鉻涂料。然而，尖晶石質耐火涂料高溫強度低，以及抗侵蝕性能方面存在的問題，限制了尖晶石質耐火涂料在上述工業領域的廣泛應用。
現有的技術中，人們通過引入添加劑促進燒結，但往往會生成大量高溫液相，將削弱涂料的熱震穩定性和抗高溫蠕變等性質，降低使用壽命。就耐火涂料而言，要求其具有優良的抗熱沖擊性、抗侵蝕性和較低的導熱系數等。但現有技術往往注重于促進涂料硬化和提高生產效率，反而忽視了涂料高溫使用性能的改善。
技術實現要素：
本發明旨在克服現有技術的不足，目的是提供一種原料來源廣泛和生產成本低的水泥窯用尖晶石質耐火涂料的制備方法，用該方法制備的水泥窯用尖晶石質耐火涂料強度大、導熱系數低。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案的具體步驟是：
步驟一、將20~40wt%的含鋁原料、1~10wt%的尖晶石、10~20wt%的鎂砂、1~10wt%的鎂鹽、1~10wt%的含稀土原料、1~10wt%的表面活性劑、1~10wt%的添加劑和30~60 wt%的含鋁溶液混合均勻，球磨，得到混合料漿。
步驟二、將20~40wt%的所述含鋁原料、1~10wt%的含鋅原料、20~40wt%的所述含稀土原料、1~10wt%的含鈦原料和10~30wt%的所述鎂鹽混合均勻，球磨，在50~100MPa條件下壓制成型，于還原氣氛和800~1300℃條件下熱處理3~6小時；然后依次于所述混合料漿中真空浸漬2~6小時和于所述含鋁溶液中真空浸漬2~6小時，再于1200~1500℃條件下熱處理3~6小時，破碎，研磨，篩分，得到粒度小于0.088mm的A物料和粒度為0.088~3 mm的B物料。
第三步，將40~60wt%的所述A物料、20~40wt%的城市污泥、1~10wt%的所述含鋅原料、1~10wt%的所述混合料漿混合均勻，造粒；然后于還原氣氛和200~500℃條件下熱處理3~6小時，再于中性氣氛和800~1200℃條件下熱處理3~6小時，得到粒度小于1mm的C物料。
第四步，將20~40wt%的所述尖晶石、10~20wt%的所述鎂砂、10~20wt%的剛玉、1~10wt%的所述A物料、1~10wt%的所述B物料、1~10wt%的所述C物料、1~10wt%的所述表面活性劑和1~10wt%的所述添加劑混合均勻，得到水泥窯用尖晶石質耐火涂料。
所述含鋁原料的粒度小于0.088mm；所述含鋁原料為水合氧化鋁或為氫氧化鋁，水合氧化鋁中SiO2的含量小于0.3wt%，氫氧化鋁中Al(OH)3的含量大于99wt%。
所述尖晶石的粒度小于5mm；所述尖晶石為燒結尖晶石或為電熔尖晶石，所述尖晶石中Al2O3的含量大于68wt%。
所述含稀土原料的粒度小于0.088mm；所述含稀土原料為氫氧化釤或為氫氧化釹，氫氧化釤中Sm(OH)3的含量大于99wt%，氫氧化釹中Nd(OH)3的含量大于99wt%。
所述含鋅原料的粒度小于0.088mm；所述含鋅原料為碳酸鋅或為硫酸鋅，碳酸鋅中ZnCO3的含量大于99wt%，硫酸鋅中ZnSO4的含量大于99wt%。
所述含鈦原料的粒度小于0.088mm；所述含鈦原料為偏鈦酸或為鈦白粉，偏鈦酸中TiO(OH)2的含量大于99wt%，鈦白粉中TiO2的含量大于99wt%。
所述城市污泥的含水量小于10wt%，所述城市污泥中SiO2含量大于30wt%，Fe2O3含量小于6wt%，Al2O3含量大于10wt%，所述城市污泥的粒度小于0.088mm。
所述鎂砂為燒結鎂砂或為電熔鎂砂，所述鎂砂中MgO的含量大于96wt%；所述鎂砂的粒度小于5mm。
所述鎂鹽為草酸鎂或為碳酸鎂，草酸鎂中MgC2O4·2H2O的含量大于99wt%，碳酸鎂中MgCO3的含量大于99wt%；所述鎂鹽的粒度小于0.088mm。
所述剛玉為板狀剛玉或為棕剛玉，所述剛玉中Al2O3的含量大于96wt%；所述剛玉的粒度小于5mm。
所述表面活性劑為十二烷基二甲基甜菜堿或為丙烯酸甲酯。
所述添加劑為羥乙基纖維素或為羧甲基纖維素。
所述含鋁溶液為鋁溶膠或為聚氯化鋁的水溶液，含鋁溶液的濃度為25~30wt%。
所述還原氣氛為氫氣氣氛或為一氧化碳氣氛；所述中性氣氛為氮氣氣氛或為氬氣氣氛。
所述真空浸漬的真空度為0.01~0.06MPa。
由于采用上述技術方案，本發明與現有技術相比具有如下積極效果：
本發明所采用的原料來源廣泛，生產成本低；本發明通過對各步驟中的氣氛、粒度、成型及熱處理等工序的嚴格控制，既有利于不同原料顆粒的均化及各種原料顆粒之間的緊密接觸，也為微結構的形成提供了合理空間，因而所制備的水泥窯用尖晶石質耐火涂料的燒后耐壓強度大、導熱系數低。
本發明制備的水泥窯用尖晶石質耐火涂料：燒后（1500℃×3h）耐壓強度大于12MPa；200~1400℃的導熱系數為0.8~1.5W/(m·K)。
因此，本發明原料來源廣泛，生產成本低；所制備的水泥窯用尖晶石質耐火涂料強度大、導熱系數低。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。
為避免重復，先將本具體實施方式中的物料和真空度統一描述如下，實施例中不再贅述：
所述含鋁原料的粒度小于0.088mm；所述水合氧化鋁中SiO2的含量小于0.3wt%，所述氫氧化鋁中Al(OH)3的含量大于99wt%。
所述尖晶石的粒度小于5mm；所述尖晶石中Al2O3的含量大于68wt%。
所述含稀土原料的粒度小于0.088mm；所述氫氧化釤中Sm(OH)3的含量大于99wt%，所述氫氧化釹中Nd(OH)3的含量大于99wt%。
所述含鋅原料的粒度小于0.088mm；所述碳酸鋅中ZnCO3的含量大于99wt%，所述硫酸鋅中ZnSO4的含量大于99wt%。
所述含鈦原料的粒度小于0.088mm；所述偏鈦酸中TiO(OH)2的含量大于99wt%，所述鈦白粉中TiO2的含量大于99wt%。
所述城市污泥的含水量小于10wt%，所述城市污泥中SiO2含量大于30wt%，Fe2O3含量小于6wt%，Al2O3含量大于10wt%，所述城市污泥的粒度小于0.088mm。
所述鎂砂中MgO的含量大于96wt%；所述鎂砂的粒度小于5mm。
所述鎂鹽的粒度小于0.088mm；所述草酸鎂中MgC2O4·2H2O的含量大于99wt%，所述碳酸鎂中MgCO3的含量大于99wt%。
所述剛玉中Al2O3的含量大于96wt%；所述剛玉的粒度小于5mm。
所述含鋁溶液的濃度為25~30wt%。
所述真空浸漬的真空度為0.01~0.06MPa。
實施例1
一種水泥窯用尖晶石質耐火涂料及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是：
步驟一、將20~30wt%的含鋁原料、1~10wt%的尖晶石、10~15wt%的鎂砂、1~10wt%的鎂鹽、1~10wt%的含稀土原料、1~10wt%的表面活性劑、1~10wt%的添加劑和45~60 wt%的含鋁溶液混合均勻，球磨，得到混合料漿。
步驟二、將20~30wt%的所述含鋁原料、1~10wt%的含鋅原料、30~40wt%的所述含稀土原料、1~10wt%的含鈦原料和10~20wt%的所述鎂鹽混合均勻，球磨，在50~100MPa條件下壓制成型，于還原氣氛和800~1200℃條件下熱處理3~6小時；然后依次于所述混合料漿中真空浸漬2~6小時和于所述含鋁溶液中真空浸漬2~6小時，再于1200~1400℃條件下熱處理3~6小時，破碎，研磨，篩分，得到粒度小于0.088mm的A物料和粒度為0.088~3 mm的B物料。
第三步，將40~50wt%的所述A物料、30~40wt%的城市污泥、1~10wt%的所述含鋅原料、1~10wt%的所述混合料漿混合均勻，造粒；然后于還原氣氛和200~400℃條件下熱處理3~6小時，再于中性氣氛和800~1100℃條件下熱處理3~6小時，得到粒度小于1mm的C物料。
第四步，將20~30wt%的所述尖晶石、15~20wt%的所述鎂砂、10~20wt%的剛玉、1~10wt%的所述A物料、1~10wt%的所述B物料、1~10wt%的所述C物料、1~10wt%的所述表面活性劑和1~10wt%的所述添加劑混合均勻，得到水泥窯用尖晶石質耐火涂料。
本實施例中：
所述含鋁原料為水合氧化鋁；
所述尖晶石為燒結尖晶石；
所述含稀土原料為氫氧化釤；
所述含鋅原料為碳酸鋅；
所述含鈦原料為偏鈦酸；
所述鎂砂為燒結鎂砂；
所述鎂鹽為草酸鎂；
所述剛玉為板狀剛玉；
所述表面活性劑為十二烷基二甲基甜菜堿；
所述添加劑為羥乙基纖維素；
所述含鋁溶液為鋁溶膠；
所述中性氣氛為氮氣氣氛；
所述還原氣氛為氫氣氣氛。
實施例2
一種水泥窯用尖晶石質耐火涂料及其制備方法。除下述物料外，其余同實施例1：
所述含鋁原料為氫氧化鋁；
所述尖晶石為電熔尖晶石；
所述含稀土原料為氫氧化釹；
所述含鋅原料為硫酸鋅；
所述含鈦原料為鈦白粉；
所述鎂砂為電熔鎂砂；
所述鎂鹽為碳酸鎂；
所述剛玉為棕剛玉；
所述表面活性劑為丙烯酸甲酯；
所述添加劑為羧甲基纖維素；
所述含鋁溶液為聚氯化鋁的水溶液；
所述中性氣氛為氬氣氣氛；
所述還原氣氛為一氧化碳氣氛。
實施例3
一種水泥窯用尖晶石質耐火涂料及其制備方法。本實施例所述制備方法的具體步驟是：
步驟一、將30~40wt%的含鋁原料、1~10wt%的尖晶石、15~20wt%的鎂砂、1~10wt%的鎂鹽、1~10wt%的含稀土原料、1~10wt%的表面活性劑、1~10wt%的添加劑和30~45 wt%的含鋁溶液混合均勻，球磨，得到混合料漿。
步驟二、將30~40wt%的所述含鋁原料、1~10wt%的含鋅原料、20~30wt%的所述含稀土原料、1~10wt%的含鈦原料和20~30wt%的所述鎂鹽混合均勻，球磨，在50~100MPa條件下壓制成型，于還原氣氛和900~1300℃條件下熱處理3~6小時；然后依次于所述混合料漿中真空浸漬2~6小時和于所述含鋁溶液中真空浸漬2~6小時，再于1300~1500℃條件下熱處理3~6小時，破碎，研磨，篩分，得到粒度小于0.088mm的A物料和粒度為0.088~3 mm的B物料。
第三步，將50~60wt%的所述A物料、20~30wt%的城市污泥、1~10wt%的所述含鋅原料、1~10wt%的所述混合料漿混合均勻，造粒；然后于還原氣氛和300~500℃條件下熱處理3~6小時，再于中性氣氛和900~1200℃條件下熱處理3~6小時，得到粒度小于1mm的C物料。
第四步，將30~40wt%的所述尖晶石、10~15wt%的所述鎂砂、15~20wt%的剛玉、1~10wt%的所述A物料、1~10wt%的所述B物料、1~10wt%的所述C物料、1~10wt%的所述表面活性劑和1~10wt%的所述添加劑混合均勻，得到水泥窯用尖晶石質耐火涂料。
本實施例中：
所述含鋁原料為水合氧化鋁；
所述尖晶石為燒結尖晶石；
所述含稀土原料為氫氧化釤；
所述含鋅原料為碳酸鋅；
所述含鈦原料為偏鈦酸；
所述鎂砂為燒結鎂砂；
所述鎂鹽為草酸鎂；
所述剛玉為板狀剛玉；
所述表面活性劑為十二烷基二甲基甜菜堿；
所述添加劑為羥乙基纖維素；
所述含鋁溶液為鋁溶膠；
所述中性氣氛為氮氣氣氛；
所述還原氣氛為氫氣氣氛。
實施例4
一種水泥窯用尖晶石質耐火涂料及其制備方法。除下述物料外，其余同實施例3：
所述含鋁原料為氫氧化鋁；
所述尖晶石為電熔尖晶石；
所述含稀土原料為氫氧化釹；
所述含鋅原料為硫酸鋅；
所述含鈦原料為鈦白粉；
所述鎂砂為電熔鎂砂；
所述鎂鹽為碳酸鎂；
所述剛玉為棕剛玉；
所述表面活性劑為丙烯酸甲酯；
所述添加劑為羧甲基纖維素；
所述含鋁溶液為聚氯化鋁的水溶液；
所述中性氣氛為氬氣氣氛；
所述還原氣氛為一氧化碳氣氛。
本具體實施方式與現有技術相比具有如下積極效果：
本具體實施方式所采用的原料來源廣泛，生產成本低；本具體實施方式通過對各步驟中的氣氛、粒度、成型及熱處理等工序的嚴格控制，既有利于不同原料顆粒的均化及各種原料顆粒之間的緊密接觸，也為微結構的形成提供了合理空間，因而所制備的水泥窯用尖晶石質耐火涂料的燒后耐壓強度大、導熱系數低。
本具體實施方式制備的水泥窯用尖晶石質耐火涂料：燒后（1500℃×3h）耐壓強度大于12MPa；200~1400℃的導熱系數為0.8~1.5 W/(m·K)。
因此，本具體實施方式原料來源廣泛，生產成本低；所制備的水泥窯用尖晶石質耐火涂料強度大、導熱系數低。