[發明專利]一種鎂橄欖石質輕質耐火材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710116952.3
• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN106830991A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 張寒;趙惠忠;陳建威;趙鵬達;余俊
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: C04B38/10
• 分類號: C04B38/10;C04B35/66;C04B35/20;C04B38/02;C04B35/622
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發明屬于輕質耐火材料技術領域。具體涉及一種鎂橄欖石質輕質耐火材料及其制備方法。

背景技術

隨著高溫工業節能降耗的需求越來越大，各種熱工窯爐對能源的利用率要求也越來越高，輕質化、低導熱及高強度的耐火材料可有效節約能源，如“一種莫來石質輕質耐火材料及其制備方法”(CN 201510186484.8)，因此，性能優良的隔熱類耐火材料直接影響了高溫工業的能源消耗與穩定運行。

鎂橄欖石(2MgO·SiO₂，簡寫為M₂S)是MgO-SiO₂系統中唯一穩定的耐火相，具有熔點高(1890℃)、荷重軟化溫度高和抗熱震性能好等優點，可用于加熱爐爐底、熱風爐和玻璃窯等各種工業窯爐蓄熱室的格子磚。

目前，制備鎂橄欖石質輕質耐火材料的方法主要有化學法、燒失法和發泡法。

采用化學法制備鎂橄欖石質輕質耐火材料，主要以化學反應造孔(含鎂碳酸鹽受熱產生氣體等)，如“高紅外反射率鎂橄欖石輕質耐火保溫材料及其制備方法”(CN 201510348217.6)，該方法雖有其優點，但制備鎂橄欖石質輕質耐火材料過程中，氣孔的形態及化學反應速率難以穩定控制，這對鎂橄欖石質輕質耐火材料的導熱性能等造成了一定的影響。

采用燒失法制備鎂橄欖石質輕質耐火材料，主要通過引入可燃物，如炭黑、淀粉和鋸末等，可燃物燃燒后留下孔隙，但采用燒失法造孔，一般孔隙尺寸較大(取決于可燃物尺寸)，雖有效降低了鎂橄欖石質輕質耐火材料的導熱系數，但同時也大大降低了材料的強度。

采用發泡法制備鎂橄欖石質輕質耐火材料，一般以鎂橄欖石原料和發泡劑混勻后成型、干燥、燒成(董童霖，等.“發泡法制備莫來石輕質耐火材料工藝研究”，《武漢科技大學學報》，2009，32(2)：pp184～187；王華，等.“發泡注漿法合成莫來石輕質耐火材料”《火災科學》，2013，22(2)：pp84～87)，發泡法雖有其明顯的優點，但發泡液中大量的水分在干燥階段逸出時易導致成型的坯體材料坍塌損毀，降低了材料的成品率。

發明內容

本發明旨在克服現有技術缺陷，目的在于提供一種成本低廉和成品率高的鎂橄欖石質輕質耐火材料的制備方法，用該方法制備的鎂橄欖石質輕質耐火材料的體積密度低、耐壓強度大和導熱系數小。

為實現上述目的，本發明所采用的制備方法的具體步驟是：

第一步、在40～45℃水浴條件下，將DDBAC發泡劑、聚丙烯酰胺、碳酸氫銨和水置入容器中，超聲分散3～5分鐘，制得發泡液；其中：DDBAC發泡劑∶聚丙烯酰胺∶碳酸氫銨∶水的質量比為1∶(1～4)∶(2～5)∶(50～60)。

第二步、按天然鎂橄欖石礦︰碳化硅的質量比為100︰(4～7)配料，球磨至粒度≤100μm，得到混合料。

第三步、將所述混合料在行星球磨機中混合10～15分鐘，在30～50MPa條件下壓制成型；再置于馬弗爐中，在空氣氣氛和900～1000℃條件下熱處理30～60分鐘，隨爐冷卻，出爐后破碎，研磨至粒度為50～60μm，得到熱處理料。

第四步、按所述發泡液∶所述熱處理料∶草酸鎂的質量比為(30～40)∶100∶(6～8)，將所述發泡液、所述熱處理料和草酸鎂攪拌5～7分鐘，加入模具中成型，得到成型后的坯體。

第五步、將成型后的坯體置于真空冷凍干燥機中冷凍干燥36～48小時，得到干燥后的坯體。

第六步、將干燥后的坯體置于馬弗爐中，在1400～1550℃條件下保溫30～40分鐘，隨爐自然冷卻，即得鎂橄欖石質輕質耐火材料。

所述DDBAC發泡劑的十二烷基二甲基芐基氯化銨含量≥95wt％。

所述聚丙烯酰胺為分析純。

所述碳酸氫銨為分析純。

所述天然鎂橄欖石礦的主要化學成分是：MgO含量為50～55wt％，SiO₂含量為35～40wt％，Fe₂O₃含量≤0.2wt％。

所述碳化硅的SiC含量≥98wt％。

所述草酸鎂為分析純。

所述真空冷凍干燥機的冷凍干燥溫度為-40～-45℃，真空壓強為0.05～0.1Pa。

由于采用上述技術方案，本發明與現有技術相比具有以下優點：

1、本發明采用天然鎂橄欖石礦為主要原料，來源豐富，降低了鎂橄欖石質輕質耐火材料的制備成本。