一种耐高温、抗侵蚀刚玉莫来石砖及其制备方法与流程

1.本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是一种耐高温、抗侵蚀刚玉莫来石砖及其制备方法。


背景技术：

2.莫来石(3al2o3·
2sio2)是al2o
3-2sio2二元系统中常压下稳定的二元固溶体，拥有耐高温、机械强度高、导热系数小等优异性能。刚玉(α-al2o3)为氧化铝中最稳定相，其晶体结构中的o原子作六方体最紧密堆积，al原子填充在三分之二的氧原子八面体孔隙中，形成al2o3的化学式；刚玉中al和o做紧密堆积，且晶体中al-o正负离子间化学键强，晶格能量较大，使得具有优异的抗侵蚀、高熔点、机械强度高、耐磨性好等优良性能。
3.近年来，随着对刚玉、莫来石优良性能的发现，将刚玉、莫来石应用于建筑材料制备已经得到了大量研究。
4.例如：专利号为201410058798.5公开了轻质刚玉-莫来石耐火砖及其制备，采用将0.5-1wt％的氧化硅微粉和2-4wt％的活性α-氧化铝微粉均匀分散在5-8wt％的硅溶胶中制备改性硅溶胶；再将多孔刚玉-莫来石陶瓷颗粒在真空搅拌机中抽真空至2.5kpa下，恒压3min，再在相同压力条件下，将改性硅溶胶倒入真空搅拌机中搅拌10min关闭抽真空系统，再将多孔刚玉-莫来石陶瓷细粉、刚玉细粉、氧化硅微粉、活性α-氧化铝微粉倒入真空搅拌机，常压下搅拌均匀，机压成型，得到坯体，再将坯体在110℃下干燥24-48h，再在1400-1600℃下保温2-10h制备而成；采用的多孔刚玉-莫来石陶瓷颗粒多孔刚玉-莫来石陶瓷细粉是利用煤矸石、氢氧化铝粉混合，外加水和碳酸镁粉，搅拌成型，得到坯体；再在110℃下干燥4-24h，再在1450-1600℃或1600-1650℃下烧成保温1-8h，得陶瓷；经破碎、筛分、选取粒径为5-0.1mm的颗粒作为陶瓷颗粒，粒径小于88μm的颗粒作为细粉。得到显气孔率31-53％，平均气孔3-15μm，体积密度1.57-2.26g/cm3，抗折强度4-18mpa的耐火砖，其具有热导率低、强度高、抗介质侵蚀能力强的优点。
5.再例如：专利号为201410106583.6公开了corex炉用刚玉莫来石复合砖及其制备，采用刚玉莫来石均质料，白玉刚，红柱石，α-氧化铝粉，结合黏土以及纸浆废液，经将高铝矾土分级破碎，多级均化，再与工业氧化铝粉混合制成混合料，研磨，真空抽滤，挤泥成型，烘干，隧道窑烧成保温，自然冷却至室温，得到刚玉莫来石均质料，破碎成两种不同粒径颗粒，均质配料制备成泥料，再经压制成砖坯，且控制体积密度为3.2-3.4g/cm3，压制成型的吨位为630t，经干燥窑干燥，烧成保温，出窑即得；所得复合砖气孔率很低，小于16％，耐压强度大于110mpa，热震稳定性大于30次，荷载软化温度＞1680℃，其各项指标均优于普通刚玉莫来石砖。
6.再例如：专利号为201710632929.x公开了轻量化刚玉-莫来石浇筑料及其制备，将多孔刚玉-莫来石陶瓷颗粒作为骨料，且颗粒组成是粒径3-5mm，1-2.8mm，0.088-0.9mm，再利用粒径小于0.088mm纳米孔径的多孔刚玉-莫来石陶瓷细粉，刚玉细粉，二氧化硅微粉，α-氧化铝微粉作为基质，采用铝酸钙水泥和ρ-氧化铝为结合剂，先将骨料在搅拌机中搅拌，再
30min，得到改性细骨料；选用刚玉相(α-al2o3粉)和细骨料加入到废纸浆溶液中，使得在木质素作用下，实现对细骨料改性处理，保障后续刚玉-莫来石相结构形成的均质性，提高砖体的整体强度和耐腐蚀能力，在此处采用的搅拌速度和时间并不仅局限于该范围内，只要能够满足搅拌混合更加均匀即可，例如可选择但不仅局限于800r/min搅拌30min，900r/min搅拌20min，1000r/min搅拌30min，800r/min搅拌10min，1000r/min搅拌10min，1100r/min搅拌30min等。
33.(3)将粗骨料在真空搅拌机中抽真空至2.8-3.0kpa，恒压5min，且在恒压条件下加入改性细骨料，以300-500r/min搅拌5min后，关闭真空搅拌机的抽真空系统，再加入补硅辅料，搅拌均匀，挤压成型，得到坯体；在该步骤中采用的抽真空压力只要满足在相应的范围内即可，例如可选择2.8kpa，2.9kpa，3.0kpa等；且在加入改性骨料后，其搅拌速度只要能够实现将改性细骨料拌入，例如选择在300r/min，400r/min，500r/min进行搅拌。
34.(4)将坯体从25℃开始，升温干燥，保温，再在温度为1200-1500℃下保温处理1-3h，自然降温至常温，即得。在该步骤中，对于温度只要在上述范围内，例如选择1200℃，1250℃，1300℃，1400℃，1500℃等，只要温控在该范围内即可。
35.在该实施例中，所述的步骤(1)，所述浆液是过200目筛的筛底液；所述干燥是在80-100℃烘烤至恒重，例如选择80℃，85℃，95℃，100℃等；所述煅烧是经1500-1580℃保温2-5h，例如：选择1500℃，1530℃，1550℃，1580℃等，保温时间可选择例如：2h，2.5h，3.5h，4h，5h等。
36.在该实施例中，所述的步骤(1)，富铝渣在加水研磨前配入有占富铝渣质量1-3％的补硅辅料，例如：选择加入1％，1.5％，2.5％，3％等。
37.在该实施例中，所述的步骤(2)，以质量比计为细骨料：α-al2o3粉：废纸浆溶液＝15-20:5-7:15-20；且所述废纸浆溶液中木质素含量为2.0-2.4g/cm3，例如选择质量比为：3:1:3，20:7:20，17:6:15，19:5:16等，选择木质素含量为2.0g/cm3，2.1g/cm3，2.3g/cm3，2.4g/cm3，等。
38.在该实施例中，所述的步骤(3)，以质量比计为粗骨料：改性细骨料＝1:2-5，例如选择：1:2，1:3，1:4，1:5等，且所述补硅辅料加入量占粗骨料质量的10-50％，例如选择10％，20％，30％，40％，50％等。所述的补硅辅料为高硅钒渣或改性高硅钒渣。
39.如图1和图2所示，在该实施例中，所述的改性高硅钒渣是经富铝渣加入高硅钒渣混合-烘干-研磨-筛分制备而成。具体是富铝渣加入量占高硅钒渣质量的3-5％，例如选择3％，4％，5％等，且烘干时先采用温度为200-400℃处理30-50min后，再采用1800-2000℃处理10-20min，再送入研磨机中研磨过300目筛，即得。
40.在该实施例中，所述的步骤(4)，升温速度为0.1-0.3℃/min，升温干燥时间为4-5h，且保温时间为3-5h。采用该升温速度处理，能够使得干燥过程的温度逐渐提高，促进对富铝渣成型块内部水分的不断推移排出，同时避免对富铝渣挤压成型块的力学结构性能，保障在1200-1500℃的煅烧温度下保温处理时，提高成型块状的强度和致密性，保障形成的刚玉-莫来石结构晶相内结构致密，保障刚玉莫来石砖的整体强度和耐腐蚀能力。具体在实际操作时，可以选择但不仅限于0.1℃/min升温，0.2℃/min升温，0.3℃/min升温，0.4℃/min升温等。
41.本发明创造其他未尽事宜参照现有技术或者本领域技术人员所熟知的公知常识，
常规技术手段加以实现即可。同时，为了能够更大程度的验证本发明创造技术方案能够给刚玉莫来石砖所带来的技术效果，本研究团队经试验室开展如下阐述的相关研究。
42.本发明创造所采用的高硅钒渣是从钒钛磁铁矿高炉冶炼得到的废渣，其主要成分组成为：sio229.31％，v2o55.98％，cao7.58％，p2o51.42％，tfe24.6％，tio26.32％，cr2o34.41％，mgo0.32％，mno9.24％。
43.采用还原法从红石柱等含铝材料中提取硅铁而产生的含铝渣，其主要成分组成为：al2o373.41％，sio27.13％，fe2o31.11％，cao1.69％。该渣可用于提取氧化铝。本发明创造是经上述含铝渣经氧化铝提取生产之后所产生的废渣作为富铝渣作为原料，其中主要成分组成为：al2o328.31％，sio215.49％，fe2o32.37％，cao5.72％。
44.实施例1
45.耐高温、抗侵蚀刚玉莫来石砖制备方法，包括以下步骤：
46.(1)将富铝渣加水研磨成浆液，且过200目筛取筛底液，浇注成型，在80℃下烘烤至恒重，再经1500℃保温2h，破碎，筛分，选取粒径＜0.015mm的颗粒作为细骨料，选取粒径介于0.015-0.075mm的颗粒作为粗骨料；
47.(2)将细骨料与α-al2o3粉加入到废纸浆溶液中，以800r/min搅拌处理10min，得到改性细骨料；以质量比计为细骨料：α-al2o3粉：废纸浆溶液＝15:5:17；且所述废纸浆溶液中木质素含量为2.0g/cm3；
48.(3)将粗骨料在真空搅拌机中抽真空至2.8kpa，恒压5min，且在恒压条件下以质量比计为粗骨料：改性细骨料＝1:2加入改性细骨料，以300r/min搅拌5min后，关闭真空搅拌机的抽真空系统，再加入占粗骨料质量10％的高硅钒渣，搅拌均匀，挤压成型，得到坯体；
49.(4)将坯体从25℃开始，以升温速度为0.3℃/min升温干燥5h，再保温5h，再在温度为1500℃下保温处理3h，自然降温至常温，即得。
50.经检测10块样品取平均值得知：显气孔率为14％，体积密度为3.01g/cm3，抗折强度11.2mpa，抗压强度为121.2mpa，抗热震稳定性＞30次，采用浓度为10％的氢氧化钠溶液浸泡处理1d后的抗折强度为10.9mpa；al2o3含量为80.1％，sio2含量为16.7％。
51.实施例2
52.耐高温、抗侵蚀刚玉莫来石砖制备方法，包括以下步骤：
53.(1)将富铝渣加水研磨成浆液，且过200目筛取筛底液，浇注成型，在100℃下烘烤至恒重，再经1580℃保温5h，破碎，筛分，选取粒径＜0.015mm的颗粒作为细骨料，选取粒径介于0.015-0.075mm的颗粒作为粗骨料；
54.(2)将细骨料与α-al2o3粉加入到废纸浆溶液中，以1000r/min搅拌处理30min，得到改性细骨料；以质量比计为细骨料：α-al2o3粉：废纸浆溶液＝20:7:15；且所述废纸浆溶液中木质素含量为2.4g/cm3；
55.(3)将粗骨料在真空搅拌机中抽真空至3.0kpa，恒压5min，且在恒压条件下以质量比计为粗骨料：改性细骨料＝1:5加入改性细骨料，以500r/min搅拌5min后，关闭真空搅拌机的抽真空系统，再加入占粗骨料质量50％的高硅钒渣，搅拌均匀，挤压成型，得到坯体；
56.(4)将坯体从25℃开始，以升温速度为0.1℃/min升温干燥4h，再保温3h，再在温度为1200℃下保温处理1h，自然降温至常温，即得。
57.经检测10块样品取平均值得知：显气孔率为15％，体积密度为3.03g/cm3，抗折强
度11.7mpa，抗压强度为126.1mpa，抗热震稳定性＞30次，采用浓度为10％的氢氧化钠溶液浸泡处理1d后的抗折强度为11.2mpa；al2o3含量为81.2％，sio2含量为16.9％。
58.实施例3
59.耐高温、抗侵蚀刚玉莫来石砖制备方法，包括以下步骤：
60.(1)将富铝渣加水研磨成浆液，且过200目筛取筛底液，浇注成型，在90℃下烘烤至恒重，再经1530℃保温3h，破碎，筛分，选取粒径＜0.015mm的颗粒作为细骨料，选取粒径介于0.015-0.075mm的颗粒作为粗骨料；
61.(2)将细骨料与α-al2o3粉加入到废纸浆溶液中，以900r/min搅拌处理20min，得到改性细骨料；以质量比计为细骨料：α-al2o3粉：废纸浆溶液＝17:6:20；且所述废纸浆溶液中木质素含量为2.3g/cm3；
62.(3)将粗骨料在真空搅拌机中抽真空至2.9kpa，恒压5min，且在恒压条件下以质量比计为粗骨料：改性细骨料＝1:3加入改性细骨料，以400r/min搅拌5min后，关闭真空搅拌机的抽真空系统，再加入占粗骨料质量20％的高硅钒渣，搅拌均匀，挤压成型，得到坯体；
63.(4)将坯体从25℃开始，以升温速度为0.2℃/min升温干燥4h，再保温5h，再在温度为1300℃下保温处理2h，自然降温至常温，即得。
64.经检测10块样品取平均值得知：显气孔率为12％，体积密度为3.08g/cm3，抗折强度11.3mpa，抗压强度为121.8mpa，抗热震稳定性＞30次，采用浓度为10％的氢氧化钠溶液浸泡处理1d后的抗折强度为10.8mpa；al2o3含量为81.4％，sio2含量为16.6％。
65.实施例4
66.在实施例1的基础上，其他均同实施例1，在富铝渣进入研磨机前，先加入占富铝渣质量1％的高硅钒渣混合均匀。
67.经检测10块样品取平均值得知：显气孔率为13％，体积密度为3.06g/cm3，抗折强度11.9mpa，抗压强度为130.2mpa，抗热震稳定性＞30次，采用浓度为10％的氢氧化钠溶液浸泡处理1d后的抗折强度为11.6mpa；al2o3含量为81.8％，sio2含量为17.1％。
68.实施例5
69.在实施例1的基础上，其他均同实施例1，在富铝渣进入研磨机前，先加入占富铝渣质量3％的高硅钒渣混合均匀。
70.经检测10块样品取平均值得知：显气孔率为11％，体积密度为3.12g/cm3，抗折强度12.4mpa，抗压强度为131.7mpa，抗热震稳定性＞30次，采用浓度为10％的氢氧化钠溶液浸泡处理1d后的抗折强度为12.3mpa；al2o3含量为81.4％，sio2含量为16.8％。
71.实施例6
72.在实施例1的基础上，其他均同实施例1，将高硅钒渣进行改性制备成改性高硅钒渣再进行添加，所述改性高硅钒渣是按富铝渣加入量占高硅钒渣质量的3％加入混合，再者温度为200℃烘干处理30min后，再采用1800℃烘干处理(煅烧)10min，再送入研磨机中研磨过300目筛，即得。
73.经检测10块样品取平均值得知：显气孔率为10％，体积密度为3.19g/cm3，抗折强度12.7mpa，抗压强度为131.1mpa，抗热震稳定性＞30次，采用浓度为10％的氢氧化钠溶液浸泡处理1d后的抗折强度为12.5mpa；al2o3含量为79.6％，sio2含量为19.2％。
74.实施例7
75.在实施例1的基础上，其他均同实施例1，将高硅钒渣进行改性制备成改性高硅钒渣再进行添加，所述改性高硅钒渣是按富铝渣加入量占高硅钒渣质量的5％加入混合，再者温度为400℃烘干处理50min后，再采用2000℃烘干处理(煅烧)20min，再送入研磨机中研磨过300目筛，即得。
76.经检测10块样品取平均值得知：显气孔率为11％，体积密度为3.16g/cm3，抗折强度12.6mpa，抗压强度为131.8mpa，抗热震稳定性＞30次，采用浓度为10％的氢氧化钠溶液浸泡处理1d后的抗折强度为12.5mpa；al2o3含量为80.7％，sio2含量为18.1％。
77.实施例8
78.在实施例4的基础上，其他均同实施例4，将高硅钒渣进行改性制备成改性高硅钒渣再进行添加，所述改性高硅钒渣是按富铝渣加入量占高硅钒渣质量的4％加入混合，再者温度为300℃烘干处理40min后，再采用1900℃烘干处理(煅烧)15min，再送入研磨机中研磨过300目筛，即得。
79.经检测10块样品取平均值得知：显气孔率为10％，体积密度为3.18g/cm3，抗折强度13.1mpa，抗压强度为132.3mpa，抗热震稳定性＞30次，采用浓度为10％的氢氧化钠溶液浸泡处理1d后的抗折强度为12.8mpa；al2o3含量为80.9％，sio2含量为17.2％。
80.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。