[發明專利]一種輕質硅磚及其制備方法

在審

• 申請號: 201510399040.2
• 申請日: 2015-07-09
• 公開（公告）號: CN105130458A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 景紅衛
• 申請（專利權）人: 浙江長興銀興窯業有限公司
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

技術領域

本發明涉及耐火材料技術領域，尤其涉及一種抗熱震性能優良，抗熔渣、堿金屬侵蝕性能強，耐沖刷、隔熱保溫性能優異、高溫體積穩定性好的輕質硅磚及其制備方法。

背景技術

隨著能源的日益緊張，各國對高溫工業用節能材料的研制、生產和使用日益重視。硅磚由于具有荷重軟化溫度點高、高溫體積穩定性好、長期使用不收縮等特性，在輕質耐火材料體系中被大量應用和研究。

由于硅石在加熱過程中的快速晶型轉變產生較大體積膨脹，使硅磚的燒成比其他耐火材料困難。制造硅磚的核心技術是礦化劑的選擇與應用，其目的是是為了控制硅磚在燒成過程中，由于硅石的晶型轉變在磚內產生較大應力引起的體積膨脹，避免硅磚在燒成時開裂。硅磚燒成時要求將石英盡可能的轉變為穩定的高溫礦物相鱗石英和方石英，為了促進這種轉化，通常在制作硅磚過程中加入礦化劑。礦化劑是可與二氧化硅反應生成液相的氧化物，其作用是在加速石英轉化的同時不顯著降低制品的耐火度，并能抑制磚坯燒成時因膨脹產生的應力，防止制品疏松或開裂。

目前制作硅磚實際使用的礦化劑大多是氧化鐵和氧化鈣，它們不僅具有上述特點，且能保證硅磚具有很好的高溫力學性能。但是，生產中使用的氧化鐵和氧化鈣分別以細粉形式和石灰乳形式加入，前者粒度不夠細，在硅磚中分散不夠均勻；后者實際上加入的是氫氧化鈣，其石灰乳溶液容易絮凝，不易分散，因此作為礦化劑效果較差。

2004年英國曼徹斯頓大學的Geim和Novoselov通過膠帶剝離高定向石墨獲得了獨立存在的二維石墨烯（Gra-phene，GN）晶體以來，石墨烯已經成為材料科學領域極受關注的研究熱點之一。石墨烯，實際上就是單原子層的石墨，它擁有獨特的二維結構和優異的力學、熱力學、光學和電學性能。

石墨烯是目前世界上最薄卻也是最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，至吸收2.3%的光，導熱系數高達5300W/m·k，高于碳納米管和金剛石。石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，具有強度高，比表面積大，高化學反應活性，高填充性的特點。

中國專利公布號CN102557684A，公布日2012年7月11日，名稱為焦爐用硅磚，所述硅磚包括原料和輔料，以重量配比表示，原料配方中硅石粗粉200-500份，硅石中粉330-380份，硅石細粉80-130份，作為熟料粉的殘硅磚80-120份，輔料包括占原料總重量1.2%的礦化劑、8%的石灰乳和1%的紙漿，礦化劑由二氧化錳含量≥25%的錳粉；氧化亞鐵含量≥65%的鐵磷粉按1:1的比例混合而成；將硅石粗粉、硅石中粉、硅石細粉和作為熟料粉的殘硅磚加入濕碾內，再加入礦化劑干混4-5分鐘，然后加入石灰乳，碾壓10-15分鐘后，再加入紙漿，混煉至泥料均勻，碾壓，成型制坯。其不足之處在于，氧化鐵粒度不夠細，在硅磚中分散不夠均勻；氧化鈣實際上加入的是氫氧化鈣，其石灰乳溶液容易絮凝，不易分散，因此作為礦化劑效果較差。

發明內容

本發明的目的在于為了解決現有硅磚制作時氧化鐵粒度不夠細，在硅磚中分散不夠均勻；氧化鈣實際上加入的是氫氧化鈣，其石灰乳溶液容易絮凝，不易分散的缺陷而提供一種抗熱震性能優良，抗氧化、抗熔渣、堿金屬侵蝕性能強，耐沖刷、隔熱保溫性能優異、高溫體積穩定性好的輕質硅磚。

本發明另一個目的是為了提供該硅磚的制備方法。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種輕質硅磚，以硅石為主原料，主原料硅石按粒徑分為硅石顆粒、硅石末、硅石粗粉與硅石細粉，所述輕質硅磚按以下重量百分比組成為：硅石顆粒15-30%、硅石末20-40%、硅石粗粉10-20%、硅石細粉14-18%、石墨烯5-15%、復合礦化劑1.5-2.5%、結合劑2-5%與碳素1.5-3%。在本技術方案中，石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，具有強度高﹑比表面積大﹑高化學反應活性﹑高填充性的特點；在硅磚中加入石墨烯使得硅磚內部接觸更加緊密，從而減小燒成時因膨脹產生的應力，防止制品疏松或開裂；石墨烯的高強度保證了硅磚的優良的力學性能，同時可以提升硅磚的抗酸堿腐蝕性能與抗氧化性能。

作為優選，硅石顆粒的粒徑為3.5-5mm，硅石末的粒徑為1-3mm，硅石粗粉的粒徑為220-400μm，硅石細粉的粒徑為0.5-2μm。