本發(fā)明涉及建材領(lǐng)域，尤其是涉及一種高強(qiáng)度輕質(zhì)微孔尖晶石及其制備方法、耐高溫磚。
背景技術(shù)：
工業(yè)窯爐是高溫工業(yè)生產(chǎn)過程中的主要耗能設(shè)備，特別是在冶金、建材等行業(yè)，然而才有材質(zhì)制作的工業(yè)窯散熱損失很大，熱效率很低，有的甚至才30％左右。因此，急需一種輕質(zhì)低導(dǎo)熱的材料來生產(chǎn)低導(dǎo)熱高溫制品，以降低工業(yè)窯爐的高溫散熱損失率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用提高材料的微孔率降低窯爐的導(dǎo)熱系數(shù)，以降低熱損失，但這種技術(shù)是以犧牲強(qiáng)度為前提，仍然無法工業(yè)應(yīng)用。
有鑒于此，特提出本發(fā)明。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的第一目的在于提供一種高強(qiáng)度輕質(zhì)微孔尖晶石的制備方法，所述的方法解決了耐壓強(qiáng)度和孔隙率無法兼得的問題。
本發(fā)明的第二目的在于提供一種高強(qiáng)度輕質(zhì)微孔尖晶石，所述高強(qiáng)度輕質(zhì)微孔尖晶石具有孔隙率高、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐壓強(qiáng)度高、抗熱震性能好等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的第三目的在于提供一種耐高溫磚，所述耐高溫磚可以提高窯體的熱利用率，達(dá)到安全、環(huán)保、節(jié)能的目的。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：
一種高強(qiáng)度輕質(zhì)微孔尖晶石的制備方法，包括下列步驟：
主要由輕燒鎂、工業(yè)氧化鋁和尖晶石纖維混合燒結(jié)而成；
所述尖晶石纖維中的鋁質(zhì)量含量與輕燒鎂、氧化鋁中的鋁總質(zhì)量含量相差5～15％，優(yōu)選相差5～10％；
所述尖晶石纖維選自MgAl2O4纖維、FeAl2O4纖維或MFe2O4纖維中的一種或多種，M選自鈷、鎳、鋅、銅中的一種。
本發(fā)明的主要改進(jìn)點(diǎn)是在制備人工尖晶石的過程中摻入尖晶石纖維，并利用二者的鋁含量差使Al3+在燒結(jié)過程中發(fā)生遷移，產(chǎn)生體積膨脹，在周圍會(huì)產(chǎn)生大量微裂紋，這種特性的微裂紋進(jìn)一步提高制品的氣孔率并改善制品的抗熱震性能，還可以不影響尖晶石的強(qiáng)度，甚至提高強(qiáng)度。
經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度輕質(zhì)微孔尖晶石耐壓強(qiáng)度可達(dá)到70MPa以上，孔隙率達(dá)到30-40％，平均孔徑控制在10μm以下，甚至5μm以下。
本發(fā)明所述的尖晶石纖維可以是MgAl2O4纖維、FeAl2O4纖維，Cu Fe2O4纖維，CoFe2O4纖維，ZnFe2O4纖維或者NiFe2O4纖維，或者以上纖維的任意組合。
本發(fā)明所述的尖晶石纖維中的鋁質(zhì)量含量與輕燒鎂、氧化鋁中的鋁總質(zhì)量含量之差，包括低于或高于，即尖晶石纖維中的鋁含量可偏高或偏低，只要與其余原料中的鋁含量存在濃度差即可。
以上方案是本發(fā)明的主要核心，在此基礎(chǔ)上還可以進(jìn)一步改進(jìn)，例如：
優(yōu)選地，所述尖晶石纖維為MgAl2O4/_FeAl2O4纖維。
優(yōu)選地，所述尖晶石纖維的加入量為輕燒鎂、工業(yè)氧化鋁總重量的5-15％。
優(yōu)選地，所述輕燒鎂和所述氧化鋁的重量比為25-50：50-75。
優(yōu)選地，在所述混合燒結(jié)之前還加入造孔劑或結(jié)合劑；
優(yōu)選地，所述造孔劑選自木屑鋸末、植物粉末、聚苯乙烯球、焦炭粉、活性炭、淀粉、聚乙烯醇中的一種或多種，優(yōu)選焦炭粉、淀粉、聚乙烯醇中的一種或多種，優(yōu)選焦炭粉與聚乙烯醇以1:0.1-0.5的質(zhì)量比組成。
選用這些造孔劑可以降低孔徑，提高強(qiáng)度。
優(yōu)選地，所述造孔劑的加入量為輕燒鎂、工業(yè)氧化鋁總重量的5-30％，優(yōu)選10-30％。
優(yōu)選地，所述結(jié)合劑選自尖晶石水泥、磺酸鎂、氯化鎂、磷酸二氫鋁中的一種或多種，優(yōu)選尖晶石水泥/氯化鎂，更優(yōu)選尖晶石水泥與氯化鎂以1:0.5-2的質(zhì)量比組成。
選用這些結(jié)合劑可以促進(jìn)原料間的融合，提高材料均勻性，提高燒結(jié)過程中鋁離子的遷移速率。
優(yōu)選地，所述結(jié)合劑的加入量為輕燒鎂、工業(yè)氧化鋁總重量的3-8％，優(yōu)選5-8％。
為更大程度發(fā)揮尖晶石纖維的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)選地，所述燒結(jié)的方法為1300-1700℃下燒結(jié)。
優(yōu)選地，在1300-1400℃下燒結(jié)1-2小時(shí)，再在1500-1700℃下燒結(jié)1-2小時(shí)。
經(jīng)過改進(jìn)，本發(fā)明提供的高強(qiáng)度輕質(zhì)微孔尖晶石的耐壓強(qiáng)度在60MPa以上。
優(yōu)選地，所述高強(qiáng)度輕質(zhì)微孔尖晶石的氣孔率為30-40％。
上文所述的高強(qiáng)度輕質(zhì)微孔尖晶石應(yīng)用廣泛，主要用于制備工業(yè)窯爐用磚，也用于制作建筑用磚、工藝品等。
綜上，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到了以下技術(shù)效果：
(1)通過改善引入尖晶石纖維提高尖晶石的耐壓強(qiáng)度，達(dá)到70MPa以上，同時(shí)提高了孔隙率，隨之降低了體積密度，孔隙率達(dá)到30-40％，平均孔徑控制在10μm以下，甚至5μm以下。
(2)本發(fā)明所提供的高強(qiáng)度輕質(zhì)微孔尖晶石適用于現(xiàn)有的尖晶石制備工藝，因此企業(yè)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備無需作任何調(diào)整即可對(duì)產(chǎn)品升級(jí)，大量生產(chǎn)本發(fā)明的微孔尖晶石。
(3)本發(fā)明提供了一種優(yōu)選的工藝，極大發(fā)揮了尖晶石纖維對(duì)尖晶石性能的改善程度。
(4)本發(fā)明高強(qiáng)度輕質(zhì)微孔尖晶石應(yīng)用范圍廣，可用于制備窯爐用磚、建筑用磚、工藝品等。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例，僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購(gòu)買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
本發(fā)明的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于在尖晶石的制備過程中摻入尖晶石纖維，以降低導(dǎo)熱系數(shù)，同時(shí)提高耐壓強(qiáng)度，最基本的方案為：
主要由輕燒鎂、工業(yè)氧化鋁和尖晶石纖維混合燒結(jié)而成；
所述尖晶石纖維中的鋁質(zhì)量含量與輕燒鎂、氧化鋁中的鋁總質(zhì)量含量相差5～15％，優(yōu)選相差5～10％；
所述尖晶石纖維選自MgAl2O4纖維、FeAl2O4纖維或MFe2O4纖維中的一種或多種，M選自鈷、鎳、鋅、銅中的一種。
基于以上核心，本發(fā)明提供了以下實(shí)施例。
實(shí)施例1
配方：
輕燒鎂、工業(yè)氧化鋁以25:75的質(zhì)量比混合成基體原料，然后加入5wt％的造孔劑，5wt％的尖晶石纖維(注意數(shù)據(jù)范圍)。
造孔劑選用淀粉。
尖晶石纖維選用MgAl2O4纖維。
工藝：
(1)配料：按照上述配方，將所有原料混合，濕法研磨成預(yù)設(shè)粒徑的漿料。
(2)成型：將步驟(1)的漿料干燥、定型。
(3)干燥及燒結(jié)：將步驟(2)的成型物在100-150℃下干燥20min，然后再在1650-1700℃下燒結(jié)3小時(shí)。
實(shí)施例2-5
與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于尖晶石纖維的種類不同，分別為CuFe2O4纖維，NiFe2O4纖維，CoFe2O4纖維，ZnFe2O4纖維。
實(shí)施例6
與實(shí)施例1的區(qū)別在于尖晶石纖維的加入量和類型不同，為MgAl2O4纖維與FeAl2O4纖維等重量比組合，總加入量為15％，具體工藝如下：
(1)配料：按照上述配方，將所有原料混合，濕法研磨成預(yù)設(shè)粒徑的漿料。
(2)成型：將步驟(1)的漿料干燥、定型。
(3)干燥及燒結(jié)：將步驟(2)的成型物在100-150℃下干燥20min，然后再在1600-1650℃下燒結(jié)3小時(shí)。
實(shí)施例7
與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于輕燒鎂和所述氧化鋁的重量比不同，為40:60，具體工藝如下：
(1)配料：按照上述配方，將所有原料混合，濕法研磨成預(yù)設(shè)粒徑的漿料。
(2)成型：將步驟(1)的漿料干燥、定型。
(3)干燥及燒結(jié)：將步驟(2)的成型物在100-150℃下干燥20min，然后再在1300-1400℃下燒結(jié)5小時(shí)。
實(shí)施例8
與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于造孔劑的種類及加入量不同，為焦炭粉：聚乙烯醇＝1:0.5(W/W)，總量為30％，具體工藝如下：
(1)配料：按照上述配方，將所有原料混合，濕法研磨成預(yù)設(shè)粒徑的漿料。
(2)成型：將步驟(1)的漿料干燥、定型。
(3)干燥及燒結(jié)：將步驟(2)的成型物在100-150℃下干燥20min，然后再在1550-1600℃下燒結(jié)3小時(shí)。
實(shí)施例9
與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于造孔劑的種類及加入量不同，為焦炭粉：聚乙烯醇＝1:0.1(W/W)，總量為10％，具體工藝如下：
(1)配料：按照上述配方，將所有原料混合，濕法研磨成預(yù)設(shè)粒徑的漿料。
(2)成型：將步驟(1)的漿料干燥、定型。
(3)干燥及燒結(jié)：將步驟(2)的成型物在100-150℃下干燥20min，然后再在1650-1700℃下燒結(jié)3小時(shí)。
實(shí)施例10
與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于將造孔劑替換為結(jié)合劑，結(jié)合劑為尖晶石水泥與氯化鎂以1:2的質(zhì)量比組成，總加入量為3％，具體工藝如下：
(1)配料：按照上述配方，將所有原料混合，濕法研磨成預(yù)設(shè)粒徑的漿料。
(2)成型：將步驟(1)的漿料干燥、定型。
(3)干燥及燒結(jié)：將步驟(2)的成型物在100-150℃下干燥20min，然后再在1650-1700℃下燒結(jié)3小時(shí)。
實(shí)施例11
與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于將造孔劑替換為結(jié)合劑，結(jié)合劑為尖晶石水泥與氯化鎂以1:2的質(zhì)量比組成，總加入量為3％，具體工藝如下：
(1)配料：按照上述配方，將所有原料混合，濕法研磨成預(yù)設(shè)粒徑的漿料。
(2)成型：將步驟(1)的漿料干燥、定型。
(3)干燥及燒結(jié)：將步驟(2)的成型物在100-150℃下干燥20min，然后再在1700-1750℃下燒結(jié)3小時(shí)。
實(shí)施例12
與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于不加入造孔劑。
具體工藝如下：
(1)配料：按照上述配方，將所有原料混合，濕法研磨成預(yù)設(shè)粒徑的漿料。
(2)成型：將步驟(1)的漿料干燥、定型。
(3)干燥及燒結(jié)：將步驟(2)的成型物在100-150℃下干燥20min，然后在1400℃下燒結(jié)2小時(shí)，再在1700℃下燒結(jié)2小時(shí)。
實(shí)施例13
與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于燒結(jié)的工藝不同，如下：
(1)配料：按照上述配方，將所有原料混合，濕法研磨成預(yù)設(shè)粒徑的漿料。
(2)成型：將步驟(1)的漿料干燥、定型。
(3)干燥及燒結(jié)：將步驟(2)的成型物在100-150℃下干燥20min，然后再在1300℃下燒結(jié)1小時(shí)，再在1700℃下燒結(jié)2小時(shí)。
實(shí)施例14
與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于燒結(jié)的工藝不同，如下：
(1)配料：按照上述配方，將所有原料混合，濕法研磨成預(yù)設(shè)粒徑的漿料。
(2)成型：將步驟(1)的漿料干燥、定型。
(3)干燥及燒結(jié)：將步驟(2)的成型物在100-150℃下干燥20min，然后再在1300℃下燒結(jié)1小時(shí)，再在1700℃下燒結(jié)1.5小時(shí)。
檢測(cè)以上所有實(shí)施例所得磚的耐壓強(qiáng)度、氣孔率和氣孔平均直徑，結(jié)果如下表1所示。
耐壓強(qiáng)度的測(cè)試方法為：
在常壓下測(cè)試材料做成的磚塊的耐壓強(qiáng)度。
表1
最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。