專(zhuān)利名稱(chēng)：一種莫來(lái)石輕質(zhì)磚及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輕質(zhì)耐火材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種莫來(lái)石輕質(zhì)磚及其制備方法。
背景技術(shù)：
莫來(lái)石輕質(zhì)磚為含Al20350% 80%，以莫來(lái)石(3A1203 · 2Si02)為主晶相和結(jié)合相的新型優(yōu)質(zhì)隔熱耐火材料。由于其較高的高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、較低的高溫蠕變率、較小的熱膨脹系數(shù)和良好的抗熱震性能，可用作直接接觸火焰的窯爐的工作面內(nèi)襯，會(huì)顯著提高窯爐的節(jié)能效果。目前生產(chǎn)輕質(zhì)隔熱磚大多是以藍(lán)晶石、硅線(xiàn)石和鋁礬土為主要原料，但我國(guó)這些資源相對(duì)短缺，且以上述原料生產(chǎn)莫來(lái)石輕質(zhì)磚成本太高。我國(guó)是煤炭資源大國(guó)，在采煤過(guò)程中產(chǎn)生了大量的固體廢棄物，如何有效地利用這些固體廢棄物已成為資源合理利用的技術(shù)關(guān)鍵。煤矸石是在采煤和洗煤過(guò)程中篩選出的一種固體廢棄物，除在水泥工業(yè)和微米級(jí)多孔陶瓷中作為摻雜物少量利用外，大量的煤矸石還沒(méi)有得到有效利用。據(jù)相關(guān)資料顯示， 國(guó)內(nèi)煤矸石的儲(chǔ)量大約10億噸以上，且每年以1億噸的速率在增長(zhǎng)。目前，煤矸石的堆積占用了大量的土地，且逸出的硫化物會(huì)污染大氣、農(nóng)田和水體，把煤矸石作為一種耐火原料加以大量利用實(shí)際上還是空缺狀態(tài)。目前，制備莫來(lái)石輕質(zhì)磚的方法主要有泡沫法、燃盡物加入法、氣體發(fā)生法和多孔材料法，各方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，但所用原料大部分都是不可再生資源，極少采用高摻雜量固體廢棄物煤矸石來(lái)制備莫來(lái)石輕質(zhì)磚?！兑环N輕質(zhì)耐火磚》(申請(qǐng)?zhí)?3100439. 3，公開(kāi)號(hào) CN1424280A)專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種以莫來(lái)石為主晶相，鈣長(zhǎng)石為結(jié)合相的輕質(zhì)耐火磚的制備方法。該方法以70wt%藍(lán)晶石，1 40wt%鍛燒煤矸石為原料，外加少量礬土、高嶺石粘土和蒙脫石粘土，振動(dòng)澆注成型。該方法的主要缺點(diǎn)體現(xiàn)在(1)固體廢棄物煤矸石的利用率太低，最高使用量?jī)H為40wt%，生產(chǎn)成本相對(duì)較高。( 所用煤矸石為煅燒煤矸石，沒(méi)能充分利用煤矸石燒失部分造孔和其成分碳燃燒釋放的熱量，間接的造成了煤矸石的浪費(fèi)。 (3)該方法是用以泡沫法澆注成型，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供了一種利用固體廢物制備莫來(lái)石輕質(zhì)磚的方法；所制得的莫來(lái)石輕質(zhì)磚具有較高的強(qiáng)度、較低的體積密度和導(dǎo)熱系數(shù)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是先以50 90wt%的煤矸石和 10 50襯％的礬土為原料，外加上述原料8 16wt%的造孔劑、0. 5 5wt%的膨脹劑和 0. 05 0. 5wt%的結(jié)合劑，混合均勻；再外加上述原料25 40wt%的水，制成泥料，在溫度為20 40°C和濕度為25 80%的條件下困料M 36h ；然后將困料后的泥料擠壓成型，在室溫條件下自然干燥12 36h，最后在60 120°C條件下烘烤12 Mh，在1300 1550°C條件下保溫2. 5 12h，即得莫來(lái)石輕質(zhì)磚。所述煤矸石的主要化學(xué)組分是=Al2O3為25 40wt%、Si&為30 45wt%、Fe2O3為 0. 1 1. OwtTiO2 為 2.0 2. 5wt%,C 為 2. 0 10.燒失為 16 25wt% ；其
粒徑小于0. 5mm。所述礬土的主要化學(xué)組分是=Al2O3為60 72wt%、SiO2為8 20wt%、Fe2O3 為 0. 5 1. 5wt%, TiO2 為 2. 0 3. 0wt%, K20+Na0 為 0· 4 1. 2wt%, CaO+MgO 為 0· 2 0. 燒失為13. 5 14. 5wt% ；其粒徑小于0. 15mm。所述的結(jié)合劑為羧甲基纖維素、硅溶膠、紙漿廢液中的一種以上。所述的造孔劑為糠、鋸末、聚苯乙烯球中的一種。所述的膨脹劑為藍(lán)晶石、紅柱石和硅線(xiàn)石中的一種，其粒徑小于0. 15mm。所述的擠壓成型的壓力為1. 5 lOMPa。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明所采用的主要原料煤矸石為目前利用價(jià)值不大的固體廢棄物，環(huán)境友好，節(jié)約資源，生產(chǎn)成本低；通過(guò)擠壓成型，燒成后即可用作直接接觸火焰的窯爐工作面內(nèi)襯，可連續(xù)生產(chǎn)，工藝簡(jiǎn)單；燒成過(guò)程中利用煤矸石揮發(fā)分造孔，提高了莫來(lái)石輕質(zhì)磚的保溫性能。本發(fā)明用燃盡物加入法擠壓成型，所制備的莫來(lái)石輕質(zhì)磚體積密度0. 6 1. 3g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)最低達(dá)到0. 18 0. 55w/ (m .k)，耐壓強(qiáng)度1. 5-20. OMPa,能很好地滿(mǎn)足工業(yè)窯爐要求。因此，本發(fā)明具有節(jié)約資源、環(huán)境友好和可連續(xù)生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，所制得的莫來(lái)石質(zhì)輕質(zhì)磚具有較高的強(qiáng)度和良好的抗熱震穩(wěn)定性特點(diǎn)，能直接用于工業(yè)窯爐的工作面內(nèi)襯，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。為避免重復(fù)，先將本具體實(shí)施方式
所涉及到的有關(guān)技術(shù)參數(shù)統(tǒng)一描述如下膨脹劑藍(lán)晶石、紅柱石和硅線(xiàn)石的粒徑小于0. 15mm ；擠壓成型的壓力為1. 5 IOMPa ；煤矸石的主要化學(xué)組分是=Al2O3為25 40wt%、SiO2為30 45wt%、Fe2O3為
0.1 1. OwtTiO2 為 2. 0 2. 5wt%、C 為 2. 0 10. Owt%禾口燒失為 16 25wt% ；其粒徑小于0. 5mm ；礬土的主要化學(xué)組分是=Al2O3為60 72wt%、Si02*8 20wt%、Fii203為0. 5
1.5wt%,Ti02 為 2. 0 3. OwtCaO+MgO 為 0. 2 0. 6wt%,K20+Na0 為 0. 4 1. 2wt%禾口燒失為13. 5 14. 5wt% ；其粒徑小于0. 15mm。實(shí)施例1 一種莫來(lái)石輕質(zhì)磚及其制備方法。先以50 60wt%的煤矸石和40 50wt%的礬土為原料，外加上述原料13 16wt%的糠、0. 5 2. Owt %的藍(lán)晶石和0. 1 0. 3wt%的羧甲基纖維素，混合均勻；再外加上述原料25 的水，制成泥料，在溫度為20 40°C 和濕度為25 80%的條件下困料M 36h ；然后將困料后的泥料擠壓成型，在室溫條件下自然干燥30 36h，最后在60 120°C條件下烘烤20 Mh，在1300 1350°C條件下保溫2. 5 6h，即得莫來(lái)石輕質(zhì)磚。本實(shí)施例1所制得的莫來(lái)石輕質(zhì)磚的體積密度為1.0 1.3g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為0. 38 0. 55w/ (m · k)，耐壓強(qiáng)度達(dá)到 12. 4 20. OMPa。實(shí)施例2一種莫來(lái)石輕質(zhì)磚及其制備方法。先以60 70wt%的煤矸石和30 40wt%的礬土為原料，外加上述原料12 15襯％的鋸末、1. 0 2. 5wt%的藍(lán)晶石和0. 1 0. 3wt% 的硅溶膠，混合均勻；再外加上述原料28 30wt%的水，制成泥料，在溫度為20 40°C和濕度為25 80%的條件下困料M 36h ；然后將困料后的泥料擠壓成型，在室溫條件下自然干燥洸 32h，最后在60 120°C條件下烘烤18 22h，在1310 1360°C條件下保溫 3 幾，即得莫來(lái)石輕質(zhì)磚。本實(shí)施例2所制得的莫來(lái)石輕質(zhì)磚的體積密度為0. 9 1. 2g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 35 0. 50w/ (m · k)，耐壓強(qiáng)度達(dá)到 8. 0 16. 8MPa。實(shí)施例3一種莫來(lái)石輕質(zhì)磚及其制備方法。先以70 75wt%的煤矸石和25 30wt%的礬土為原料，外加上述原料11 14wt%的糠、1. 5 3. Owt %的藍(lán)晶石和0. 1 0. 3襯％的紙漿廢液，混合均勻；再外加上述原料30 32wt%的水，制成泥料，在溫度為20 40°C和濕度為25 80%的條件下困料M 36h ；然后將困料后的泥料擠壓成型，在室溫條件下自然干燥M 30h，最后在60 120°C條件下烘烤16 20h，在1320 1380°C條件下保溫 2. 5 6h，即得莫來(lái)石輕質(zhì)磚。本實(shí)施例3所制得的莫來(lái)石輕質(zhì)磚的體積密度為0. 8 1. Og/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 28 0. 40w/ (m · k)，耐壓強(qiáng)度達(dá)到 6. 8 12. 4MPa。實(shí)施例4一種莫來(lái)石輕質(zhì)磚及其制備方法。先以75 80wt%的煤矸石和20 25wt%的礬土為原料，外加上述原料10 13襯％的聚苯乙烯球、1.0 2. 5wt%的紅柱石、0. 1 0. 25wt%的羧甲基纖維素和0. 05 0. Iwt %的硅溶膠，混合均勻；再外加上述原料32 35wt%的水，制成泥料，在溫度為20 40°C和濕度為25 80%的條件下困料M 36h ； 然后將困料后的泥料擠壓成型，在室溫條件下自然干燥20 ^h，最后在60 120°C條件下烘烤14 18h，在1350 1400°C條件下保溫3 8h，即得莫來(lái)石輕質(zhì)磚。本實(shí)施例4所制得的莫來(lái)石輕質(zhì)磚的體積密度為0. 8 1. 15g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 28 0. 48w/ (m · k)，耐壓強(qiáng)度達(dá)到 6. 8 13. 5MPa。實(shí)施例5一種莫來(lái)石輕質(zhì)磚及其制備方法。先以80 85wt%的煤矸石和15 20wt%的礬土為原料，外加上述原料9 鋸末、3. 0 4. 5wt%的紅柱石、0. 1 0. 25wt% 的羧甲基纖維素和0. 1 0. 15wt%的紙漿廢液，混合均勻；再外加上述原料35 38wt%的水，制成泥料，在溫度為20 40°C和濕度為25 80%的條件下困料M 36h ；然后將困料后的泥料擠壓成型，在室溫條件下自然干燥16 22h，最后在60 120°C條件下烘烤13 17h，在1400 1450°C條件下保溫6 llh，即得莫來(lái)石輕質(zhì)磚。本實(shí)施例5所制得的莫來(lái)石輕質(zhì)磚的體積密度為0. 8 1. lg/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 28 0. 45w/ (m · k)，耐壓強(qiáng)度達(dá)到 6. 8 13. OMPa。實(shí)施例6一種莫來(lái)石輕質(zhì)磚及其制備方法。先以85 90wt%的煤矸石和10 15wt%的礬土為原料，外加上述原料8 1 Iwt %的糠、2. 5 4. Owt %的紅柱石、0. 15 0. 3wt %的硅溶膠和0. 1 0. 15wt%的紙漿廢液，混合均勻；再外加上述原料38 40wt%的水，制成泥料，在溫度為20 40°C和濕度為25 80%的條件下困料M 36h ；然后將困料后的泥料擠壓成型，在室溫條件下自然干燥12 18h，最后在60 120°C條件下烘烤12 16h，在 1380 1420°C條件下保溫5 10h，即得莫來(lái)石輕質(zhì)磚。本實(shí)施例6所制得的莫來(lái)石輕質(zhì)磚的體積密度為0. 7 1. Og/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 25 0. 40w/ (m · k)，耐壓強(qiáng)度達(dá)到 5. 5 12. 4MPa。實(shí)施例7一種莫來(lái)石輕質(zhì)磚及其制備方法。先以60 70wt %的煤矸石、30 40wt %的礬土為原料，外加上述原料10 13襯％的聚苯乙烯球、2. 0 3. 5wt%的紅柱石、0. 1 0. 2wt% 的羧甲基纖維素、0. 05 0. Iwt %的硅溶膠和0. 1 0. 15wt%的紙漿廢液，混合均勻；再外加上述原料28 30wt%的水，制成泥料，在溫度為20 40°C和濕度為25 80%的條件下困料M 36h ；然后將困料后的泥料擠壓成型，在室溫條件下自然干燥沈 32h，最后在 60 120°C條件下烘烤18 22h，在1400 1450°C條件下保溫5 10h，即得莫來(lái)石輕質(zhì)磚。本實(shí)施例7所制得的莫來(lái)石輕質(zhì)磚的體積密度為1.0 1.2g/cm3，導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 38 0. 50w/ (m · k)，耐壓強(qiáng)度達(dá)到 12. 4 16. 8MPa。實(shí)施例8一種莫來(lái)石輕質(zhì)磚及其制備方法。先以65 75wt%的煤矸石、25 ；35襯％的礬土為原料，外加上述原料10 13wt%的糠、2. 5 4. 的硅線(xiàn)石、0. 15 0. 3wt%的硅溶膠和0. 05 0. Iwt%的羧甲基纖維素，混合均勻；再外加上述原料28 31wt%的水，制成泥料，在溫度為20 40°C和濕度為25 80%的條件下困料M 36h ；然后將困料后的泥料擠壓成型，在室溫條件下自然干燥M 30h，最后在60 120°C條件下烘烤16 20h， 在1500 1550°C條件下保溫8 12h，即得莫來(lái)石輕質(zhì)磚。本實(shí)施例8所制得的莫來(lái)石輕質(zhì)磚的體積密度為0. 8 1. 2g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 28 0. 50w/ (m · k)，耐壓強(qiáng)度達(dá)到 6. 8 16. 8MPa。實(shí)施例9一種莫來(lái)石輕質(zhì)磚及其制備方法。先以75 85wt%的煤矸石和15 25wt%的礬土為原料，外加上述原料12 鋸末、2. 5 4. Owt %的硅線(xiàn)石、0. 1 0. 2wt% 的羧甲基纖維素和0. 05 0. 15wt%的硅溶膠，混合均勻；再外加上述原料34 37wt%的水，制成泥料，在溫度為20 40°C和濕度為25 80%的條件下困料M 36h ；然后將困料后的泥料擠壓成型，在室溫條件下自然干燥18 Mh，最后在60 120°C條件下烘烤14 20h，在1500 1550°C條件下保溫6 Ilh，即得莫來(lái)石輕質(zhì)磚。本實(shí)施例9所制得的莫來(lái)石輕質(zhì)磚的體積密度為0. 7 1. lg/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 25 0. 45w/ (m · k)，耐壓強(qiáng)度達(dá)到 5. 5 13. OMPa。實(shí)施例10一種莫來(lái)石輕質(zhì)磚及其制備方法。先以80 90wt%的煤矸石、10 20wt%的鋁礬土為原料，外加上述原料8 的糠、3. 5 5. 0wt%的藍(lán)晶石、0. 1 0. 2wt%的紙漿廢液和0. 2 0. 3wt%的羧甲基纖維素，混合均勻；再外加上述原料35 38wt%的水，制成泥料，在溫度為20 40°C和濕度為25 80%的條件下困料M 36h ；然后將困料后的泥料擠壓成型，在室溫條件下自然干燥12 18h，最后在60 120°C條件下烘烤12 16h， 在1330 1380°C條件下保溫2. 5 Mi，即得莫來(lái)石輕質(zhì)磚。本實(shí)施例10所制得的莫來(lái)石輕質(zhì)磚的體積密度為0. 6 0. 9g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 18 0. 32w/ (m · k)，耐壓強(qiáng)度達(dá)到 1. 5 9. 5MPa。本實(shí)施方式用來(lái)源豐富，價(jià)格低廉的固體廢棄物煤矸石為主要原料，大大降低了生產(chǎn)成本。另外，本發(fā)明也巧妙的利用了煤矸石中揮發(fā)分燒失造孔和成分碳的燃燒釋放熱量，在制品燒成過(guò)程中可節(jié)約能源，且所得成品的導(dǎo)熱系數(shù)有所降低。還有本發(fā)明采用燃盡物加入法經(jīng)擠壓成型制得的莫來(lái)石輕質(zhì)磚的體積密度為0. 6 1. 3g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 25 0. 60w/(m · k)，耐壓強(qiáng)度達(dá)到20. OMPa，可用作直接接觸火焰的窯爐工作面內(nèi)襯。因此本具體實(shí)施方式
具有廢物資源化、工藝簡(jiǎn)單化的優(yōu)點(diǎn)，省去了處理這些廢物所用土地和能量，且所得的莫來(lái)石輕質(zhì)磚亦具有較高的強(qiáng)度、較低的體積密度和導(dǎo)熱系數(shù)， 具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。
權(quán)利要求
1 一種莫來(lái)石輕質(zhì)磚的制備方法，其特征在于先以50 90wt %的煤矸石和10 50wt%的礬土為原料，外加上述原料8 16wt%的造孔劑、0. 5 5wt%的膨脹劑和0. 05 0. 5wt%的結(jié)合劑，混合均勻；再外加上述原料25 40wt%的水，制成泥料，在溫度為20 40°C和濕度為25 80%的條件下困料M 36h ；然后將困料后的泥料擠壓成型，在室溫條件下自然干燥12 36h，最后在60 120°C條件下烘烤12 Mh，在1300 1550°C條件下保溫2. 5 12h，即得莫來(lái)石輕質(zhì)磚。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的莫來(lái)石輕質(zhì)磚的制備方法，其特征在于所述煤矸石的主要化學(xué)組分是:A1203 為 25 40wt%, SiO2 為 30 45wt%, Fe2O3 為 0. 1 1. OwtTiO2 為2.0 2. 5wt%、C為2. 0 10. Owt%和燒失為16 25wt% ；其粒徑小于0. 5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的莫來(lái)石輕質(zhì)磚的制備方法，其特征在于所述礬土的主要化學(xué)組分是=Al2O3 為 60 72wt%,Si02 為 8 20wt%,Fe2O3 為 0. 5 1. 5wt%,Ti02 為 2. 0 3.Owt %、K2CHNaO 為 0. 4 1. 2wt%、Ca0+Mg0 為 0. 2 0. 6wt% 禾口燒失為 13. 5 14. 5wt%； 其粒徑小于0. 15mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的莫來(lái)石輕質(zhì)磚的制備方法，其特征在于所述的結(jié)合劑為羧甲基纖維素、硅溶膠、紙漿廢液中的一種以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的莫來(lái)石輕質(zhì)磚的制備方法，其特征在于所述的造孔劑為糠、 鋸末、聚苯乙烯球中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的莫來(lái)石輕質(zhì)磚的制備方法，其特征在于所述的膨脹劑為藍(lán)晶石、紅柱石和硅線(xiàn)石中的一種，其粒徑小于0. 15mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的莫來(lái)石輕質(zhì)磚的制備方法，其特征在于所述的擠壓成型的壓力為1. 5 IOMPa0
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的莫來(lái)石輕質(zhì)磚的制備方法所制備的莫來(lái)石輕質(zhì)磚。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種莫來(lái)石輕質(zhì)磚及其制備方法。其技術(shù)方案是先以50～90wt％的煤矸石和10～50wt％的礬土為原料，外加上述原料8～16wt％的造孔劑、0.5～5wt％的膨脹劑和0.05～0.5wt％的結(jié)合劑，混合均勻；再外加上述原料25～40wt％的水，制成泥料，在溫度為20～40℃和濕度為25～80％的條件下困料24～36h；然后將困料后的泥料擠壓成型，在室溫條件下自然干燥12～36h，最后在60～120℃條件下烘烤12～24h，在1300～1550℃條件下保溫2.5～12h，即得莫來(lái)石輕質(zhì)磚。本發(fā)明具備節(jié)約資源、環(huán)境友好和可連續(xù)生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，所制得的莫來(lái)石質(zhì)輕質(zhì)磚具有高的強(qiáng)度和良好的抗熱震穩(wěn)定性特點(diǎn)，能直接用于工業(yè)窯爐的工作面內(nèi)襯，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102276242SQ20111018660
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者劉靜靜, 李亞偉, 李淑靜, 李遠(yuǎn)兵, 王興東, 趙雷, 金勝利, 雷中興, 黃志明 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)