一种利用铝灰制备的氧化铝-碳化硅-碳系耐火材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及耐火材料制备的技术领域，具体的说是一种利用铝灰制备的氧化铝-碳化硅-碳系耐火材料及其制备方法。


背景技术：

2.二次铝灰是来源于一次铝灰炒铝所产生的废渣和铝加工过程中产生的固体废弃物，由于其含铝量低、化学成分复杂，目前主要以堆放和填埋方式进行处理，不仅占用了大量的土地，还造成了严重的环境污染，不符合国家绿色发展政策，二次铝灰再回收利用势在必行。
3.目前我国关于二次铝灰的处理主要采用堆放和路基填埋等方式，不仅占用了大量的土地，浪费了宝贵的铝资源，不匹配我国铝矿资源匮乏的国情，同时二次铝灰长期放置在空气中或遇水还会产生大量的可燃性和有毒性气体，造成严重的空气污染和水污染，不符合国家绿色发展政策。将二次铝灰无毒化后直接应用于水泥和墙体砖等建筑材料的制备是另一种较为简单的利用技术，因此，本发明提出了一种利用铝灰制备的氧化铝-碳化硅-碳系耐火材料及其制备方法。


技术实现要素：

4.针对背景技术中的技术问题，本发明提供了一种利用铝灰制备的氧化铝
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碳化硅-碳系耐火材料及其制备方法。
5.一种氧化铝-碳化硅-碳系耐火材料，制备耐火材料需要的配方包括如下：
[0006][0007][0008]
基于上述耐火材料配方的制备方法，包括如下步骤：
[0009]
s1.将二次铝灰、碳化稻壳、炭黑、水、单体、交联剂以及分散剂加入到球磨罐中，并且球磨罐中加入研磨球；
[0010]
s2.将步骤s1中的球磨罐安装到球磨机上，高速球磨制备出浆料；
[0011]
s3.将步骤s2中的浆料到入烧杯中，再将盛满浆料的烧杯放置到真空脱泡装置中，进行真空脱泡处理；
[0012]
s4.将步骤s3中的真空脱泡处理之后的浆料中加入引发剂，并且缓慢的搅拌，将引发剂均匀的混入到浆料中；
[0013]
s5.将步骤s4中的浆料到入模具中，并且将承载满浆料的模具放入到干燥箱中进行固化作用；
[0014]
s6.固化完成之后，将模具中的生坯脱出，得到比较潮湿的生坯；
[0015]
s7.将s6中潮湿的生坯放置到烘箱中进行干燥，得到比较干燥的生坯；
[0016]
s8.将步骤s7中的干燥的生坯进行简单的机械加工，然后，放入到烧结炉中进行高温烧结，制备得到较为致密的耐火材料。
[0017]
进一步的，所述单体为n,n-二甲基丙烯酰胺，所述交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺，所述分散剂为聚乙烯亚胺。
[0018]
进一步的，在步骤s1中，球磨罐中的研磨球与球磨罐中的原料的质量之比为2:1。
[0019]
进一步的，在步骤s4中，所述引发剂为过氧化苯甲酰。
[0020]
进一步的，在步骤s5中，固化温度为50℃～100℃，固化时间为3h；在步骤s7中，干燥温度为30℃～50℃，干燥时间为24h，相对湿度为90％。
[0021]
进一步的，在步骤s8中，烧结炉的烧结温度为1000℃至1500℃，保温时间为3h。
[0022]
本发明提供了一种利用铝灰制备的氧化铝-碳化硅-碳系耐火材料及其制备方法，有益效果在于:1.单体和交联剂在引发剂的作用下，发生聚合反应，交联剂将单体串联起来，形成三维状网络结构，从而将原料中固体颗粒包覆在三维网络状结构中，随着比例逐渐增大，单体和交联剂的聚合反应达到最佳，形成较为致密的三维网络状结构，从而提高生坯的致密性，进一步的提高了生坯的抗折强度，通过模具形成砖体形状，取代了传统的烧制成型和加压成型的方式，提高了工作效率，且提成产品的强度性能；2.随着碳粉的含量逐渐增多，耐火材料的线性收缩率和抗折强度随着炭黑的添加量增大到最佳值，然后再逐渐减小；3.随着烧结温度的增大，耐火材料的抗折强度是逐渐增大的。
具体实施方式
[0023]
实施例一：单体和交联剂的质量比对生坯强度的影响
[0024]
耐火材料的制备方法，包括如下步骤：
[0025]
s1.将40份二次铝灰、50份碳化稻壳、30份炭黑、50份水、单体、交联剂以及0.5份分散剂加入到球磨罐中，并且球磨罐中加入研磨球；其中，所述单体为n,n-二甲基丙烯酰胺，所述交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺，所述分散剂为聚乙烯亚胺，球磨罐中的研磨球与球磨罐中的原料的质量之比为2:1。
[0026]
s2.将步骤s1中的球磨罐安装到球磨机上，高速球磨制备出浆料；
[0027]
s3.将步骤s2中的浆料到入烧杯中，再将盛满浆料的烧杯放置到真空脱泡装置中，进行真空脱泡处理；
[0028]
s4.将步骤s3中的真空脱泡处理之后的浆料中加入0.05份引发剂，并且缓慢的搅拌，将引发剂均匀的混入到浆料中；其中，所述引发剂为过氧化苯甲酰；
[0029]
s5.将步骤s4中的浆料到入模具中，并且将承载满浆料的模具放入到干燥箱中进行固化作用；
[0030]
s6.固化完成之后，将模具中的生坯脱出，得到比较潮湿的生坯；其中，固化温度为80℃，固化时间为3h；
[0031]
s7.将s6中潮湿的生坯放置到烘箱中进行干燥，得到比较干燥的生坯；其中，干燥温度为40℃，干燥时间为24h，相对湿度为90％。
[0032]
表1单体和交联剂的质量比对生坯强度的影响
[0033]
比例1:12:13:14:1单体/份3456交联剂/份321.661.5抗折强度/mpa232531.526
[0034]
表1是单体和交联剂的质量比对生坯强度的影响，从表中可以看出，随着单体和交联剂的质量比逐渐增大，制备出的耐火材料生坯的抗折强度先增大后降低，抗折强度的最大值达到31.5mpa。单体和交联剂在引发剂的作用下，发生聚合反应，交联剂将单体串联起来，形成三维状网络结构，从而将原料中固体颗粒包覆在三维网络状结构中，随着比例逐渐增大，单体和交联剂的聚合反应达到最佳，形成较为致密的三维网络状结构，从而提高生坯的致密性，进一步的提高了生坯的抗折强度，当单体和交联剂的比例再逐渐增大时，单体的含量过剩，多余的高分子物质对生坯的抗折强度有很大的影响，从而使生坯的抗折强度下降。
[0035]
实施例二：炭黑的含量对耐火材料的抗折强度的影响
[0036]
耐火材料的制备方法，包括如下步骤：
[0037]
s1.将30份二次铝灰、65份碳化稻壳、炭黑、60份水、5份单体、1.66份交联剂以及0.6份分散剂加入到球磨罐中，并且球磨罐中加入研磨球；其中，所述单体为n,n-二甲基丙烯酰胺，所述交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺，所述分散剂为聚乙烯亚胺，球磨罐中的研磨球与球磨罐中的原料的质量之比为 2:1。
[0038]
s2.将步骤s1中的球磨罐安装到球磨机上，高速球磨制备出浆料；
[0039]
s3.将步骤s2中的浆料到入烧杯中，再将盛满浆料的烧杯放置到真空脱泡装置中，进行真空脱泡处理；
[0040]
s4.将步骤s3中的真空脱泡处理之后的浆料中加入0.06份引发剂，并且缓慢的搅拌，将引发剂均匀的混入到浆料中；其中，所述引发剂为过氧化苯甲酰；
[0041]
s5.将步骤s4中的浆料到入模具中，并且将承载满浆料的模具放入到干燥箱中进行固化作用；
[0042]
s6.固化完成之后，将模具中的生坯脱出，得到比较潮湿的生坯；其中，固化温度为100℃，固化时间为3h；
[0043]
s7.将s6中潮湿的生坯放置到烘箱中进行干燥，得到比较干燥的生坯；其中，干燥温度为50℃，干燥时间为24h，相对湿度为90％；
[0044]
s8.将步骤s7中的干燥的生坯进行简单的机械加工，然后，放入到烧结炉中进行高温烧结，制备得到较为致密的耐火材料；其中，烧结炉的烧结温度为 1400℃，保温时间为3h。
[0045]
表2是炭黑的含量对耐火材料的抗折强度的影响
[0046]
炭黑/份2025303540线性收缩率/％0.150.300.380.290.27抗折强度/mpa100125180120118
[0047]
表2是炭黑的含量对耐火材料的抗折强度的影响，从表中可以看出，随着碳粉的含量逐渐增多，耐火材料的线性收缩率和抗折强度随着炭黑的添加量增大到最佳值，然后再逐渐减小。在炭黑加入量为20～30份段线膨胀率的增大可能既与生成sic有关，也与al2o3与sio2发生莫来石化反应有关；在炭黑加入量为30～40份段线膨胀率减小的原因可能和结构致密性降低有关。影响试样强度的因素较多,包括致密度、物相组成、显微结构等。烧后试样的常温强度随炭黑加入量变化的原因，分析可能是由于炭黑是一种比表面积很大的无定型碳，合适的加入量可以很好的分散在浇注料中，填充气孔，促进制品的致密化和烧结。
[0048]
实施例三：烧结温度对耐火材料的抗折强度的影响
[0049]
耐火材料的制备方法，包括如下步骤：
[0050]
s1.将50份二次铝灰、45份碳化稻壳、30炭黑、30份水、5份单体、1.66 份交联剂以及0.6份分散剂加入到球磨罐中，并且球磨罐中加入研磨球；其中，所述单体为n,n-二甲基丙烯酰胺，所述交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺，所述分散剂为聚乙烯亚胺，球磨罐中的研磨球与球磨罐中的原料的质量之比为 2:1。
[0051]
s2.将步骤s1中的球磨罐安装到球磨机上，高速球磨制备出浆料；
[0052]
s3.将步骤s2中的浆料到入烧杯中，再将盛满浆料的烧杯放置到真空脱泡装置中，进行真空脱泡处理；
[0053]
s4.将步骤s3中的真空脱泡处理之后的浆料中加入0.06份引发剂，并且缓慢的搅拌，将引发剂均匀的混入到浆料中；其中，所述引发剂为过氧化苯甲酰；
[0054]
s5.将步骤s4中的浆料到入模具中，并且将承载满浆料的模具放入到干燥箱中进行固化作用；
[0055]
s6.固化完成之后，将模具中的生坯脱出，得到比较潮湿的生坯；其中，固化温度为100℃，固化时间为3h；
[0056]
s7.将s6中潮湿的生坯放置到烘箱中进行干燥，得到比较干燥的生坯；其中，干燥温度为50℃，干燥时间为24h，相对湿度为90％；
[0057]
s8.将步骤s7中的干燥的生坯进行简单的机械加工，然后，放入到烧结炉中进行高温烧结，制备得到较为致密的耐火材料，其中，烧结温度如下表所示，保温时间为3h。
[0058]
表3是烧结温度对耐火材料的抗折强度的影响
[0059]
烧结温度/℃100011001200130014001500抗折强度/mpa114125134147149180
[0060]
从表3中可以看出，随着烧结温度的增大，耐火材料的抗折强度是逐渐增大的，主要因为烧结温度增大，耐火材料的越致密，导致其抗折强度的增大。
[0061]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。