本發(fā)明涉及建材領域，尤其是涉及一種高強度輕質(zhì)微孔尖晶石及其制備方法、耐高溫磚。
背景技術：
工業(yè)窯爐是高溫工業(yè)生產(chǎn)過程中的主要耗能設備，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)低導熱的材料來生產(chǎn)低導熱高溫制品，以降低工業(yè)窯爐的高溫散熱損失率，達到節(jié)能降耗的目的。
現(xiàn)有技術中，通常采用提高材料的微孔率降低窯爐的導熱系數(shù)，以降低熱損失，但這種技術是以犧牲強度為前提，仍然無法工業(yè)應用。
有鑒于此，特提出本發(fā)明。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的第一目的在于提供一種高強度輕質(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度輕質(zhì)微孔尖晶石，所述高強度輕質(zhì)微孔尖晶石具有孔隙率高、導熱系數(shù)低、耐壓強度高、抗熱震性能好等優(yōu)點。
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，達到安全、環(huán)保、節(jié)能的目的。
為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了以下技術方案：
一種高強度輕質(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)明的主要改進點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，在周圍會產(chǎn)生大量微裂紋，這種特性的微裂紋進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度，甚至提高強度。
經(jīng)檢測，本發(fā)明所提供的高強度輕質(zhì)微孔尖晶石耐壓強度可達到70MPa以上，孔隙率達到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，在此基礎上還可以進一步改進，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，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，再在1500-1700℃下燒結(jié)1-2小時。
經(jīng)過改進，本發(fā)明提供的高強度輕質(zhì)微孔尖晶石的耐壓強度在60MPa以上。
優(yōu)選地，所述高強度輕質(zhì)微孔尖晶石的氣孔率為30-40％。
上文所述的高強度輕質(zhì)微孔尖晶石應用廣泛，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)有技術相比，本發(fā)明達到了以下技術效果：
(1)通過改善引入尖晶石纖維提高尖晶石的耐壓強度，達到70MPa以上，同時提高了孔隙率，隨之降低了體積密度，孔隙率達到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)對生產(chǎn)設備無需作任何調(diào)整即可對產(chǎn)品升級，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)揮了尖晶石纖維對尖晶石性能的改善程度。
(4)本發(fā)明高強度輕質(zhì)微孔尖晶石應用范圍廣，可用于制備窯爐用磚、建筑用磚、工藝品等。
具體實施方式
下面將結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，但是本領域技術人員將會理解，下列所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例，僅用于說明本發(fā)明，而不應視為限制本發(fā)明的范圍?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。實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買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
本發(fā)明的主要創(chuàng)新點在于在尖晶石的制備過程中摻入尖晶石纖維，以降低導熱系數(shù)，同時提高耐壓強度，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)明提供了以下實施例。
實施例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，濕法研磨成預設粒徑的漿料。
(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。
實施例2-5
與實施例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。
實施例6
與實施例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，濕法研磨成預設粒徑的漿料。
(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。
實施例7
與實施例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，濕法研磨成預設粒徑的漿料。
(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。
實施例8
與實施例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，濕法研磨成預設粒徑的漿料。
(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。
實施例9
與實施例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，濕法研磨成預設粒徑的漿料。
(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。
實施例10
與實施例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，濕法研磨成預設粒徑的漿料。
(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。
實施例11
與實施例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，濕法研磨成預設粒徑的漿料。
(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。
實施例12
與實施例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，濕法研磨成預設粒徑的漿料。
(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，再在1700℃下燒結(jié)2小時。
實施例13
與實施例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，濕法研磨成預設粒徑的漿料。
(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，再在1700℃下燒結(jié)2小時。
實施例14
與實施例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，濕法研磨成預設粒徑的漿料。
(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，再在1700℃下燒結(jié)1.5小時。
檢測以上所有實施例所得磚的耐壓強度、氣孔率和氣孔平均直徑，結(jié)果如下表1所示。
耐壓強度的測試方法為：
在常壓下測試材料做成的磚塊的耐壓強度。
表1
最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。