CN102633512B - 一种基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。其技术方案是：先将45~80wt%的废弃型砂与20~55wt%的特级矾土或α-Al2O3为原料混合，再外加所述原料2~10wt%的蓝晶石、5~15wt%的塑性黏土、5~30wt%的造孔剂、0.5~4wt%的增塑剂、0.1~0.5wt%的结合剂和15~35wt%的水，混合均匀，困料3~10小时，成型，自然干燥，经110℃烘烤8~12小时，升温至1200~1450℃，保温2.5~10小时。本发明具有生产成本低、工艺简单、节能环保和易于大规模生产的优点，所制备的莫来石轻质隔热砖不仅具有较高的耐压强度、较好热震稳定性、较低的体积密度和较小的导热系数，且具有广泛的社会和经济价值。
Description
技术领域
本发明属于莫来石轻质隔热耐火材料技术领域，特别涉及一种基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。
背景技术
型砂是在铸造中用来造型的材料，一般由铸造用原砂、型砂粘结剂和辅加物等造型材料按一定的比例混合而成。世界范围内，用型砂铸造生产的铸件达70%以上。一般来说，每生产1吨合格铸件要产生1～1.3吨废砂，我国每年产生的废砂量达3000万吨以上，目前，对于精密铸造废砂的处理方法不多，一般的处理方法是堆放或填埋。不仅严重污染环境，也是对资源的浪费。如何将这些铸造废砂变废为宝已成为一个亟待解决的重大问题。
莫来石轻质砖是一种氧化铝含量为50～80wt%、以莫来石（3Al2O3·2SiO2）为主晶相和结合相的新型优质隔热耐火材料。由于其具有较高的高温结构强度、较高的荷重软化点、较低的高温蠕变和抗化学腐蚀性好等特点，可用作直接接触火焰的窑炉内壁。同时，由于其较低的导热系数可提高窑炉的保温性能，从而提高了能源的利用效率。目前，生产莫来石轻质材料的主要原料是铝矾土、蓝晶石和硅线石等。但随着有限矿产资源的不断开采，原材料价格不断上涨的同时其品位也在逐渐降低。
精密铸造废砂的主要成分为氧化铝和二氧化硅，其中还有相当含量的氧化锆(4.0～7.0wt%)，将精密铸造废砂作为制备莫来石轻质隔热砖的原料使用，不仅有效处理了污染环境的固体废弃物，实现了废弃资源的回收利用，而且所制备出的莫来石轻质隔热砖由于氧化锆的存在而使得制品的热震稳定性好。
“铸造废砂路面砖制造方法”（CN101396841）专利技术，公开了一种以铸造废砂、废炉渣为主要原料制备路面砖的方法，并设计出一套能够生产出符合国标的路面砖工艺流程，但是该技术对废砂的粒度尺寸要求较高，不利于前期对废砂的加工，从而不能有效利用废砂；同时，该技术要求加入的水泥量较大，不能有效降低生产成本。“从铸造废砂中回收铬铁矿的方法”（CN1605407）专利技术，公开了一种从废弃铸造型砂中回收铬铁矿的技术，但工艺复杂，且不能完全利用废弃型砂。以上两个专利都是针对石英铸造废砂以及水玻璃铸造废砂的资源重复利用。
目前，已有针对以焦宝石、莫来石、锆英砂为主的精密铸造废弃型砂重复再利用的技术，如“精密铸造废砂再利用方法”（CN101870562A）专利技术，公开了一种以精密铸造废弃型砂为原料制造耐火材料浇注料的专利技术，该方案在很大程度上解决了废弃精密型砂的利用问题，将其作为主要原料来制备浇注料。但由于型砂的泌水性很差，会导致浇注料骨料与粉料之间的结合性不好，出线偏析沉降等问题，大大降低坯体强度，进而导致其实际使用性能得不到保证。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、成本低、减少污染和节约能源的基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖的制备方法，用该方法制备的莫来石轻质隔热砖具有较高的耐压强度、较好热震稳定性、较低的体积密度和较小的导热系数。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先将45～80wt%的废弃型砂与20～55wt%的特级矾土或α-Al2O3为原料混合，再外加所述原料2～10wt%的蓝晶石、5～15wt%的塑性黏土、5～30wt%的造孔剂、0.5～4wt%的增塑剂、0.1～0.5wt%的结合剂和15～35wt%的水，混合均匀，困料3～10小时，成型，自然干燥，经110℃烘烤8～12小时，升温至1200～1450℃，保温2.5～10小时。
所述废弃型砂的主要化学成分是：SiO2含量为50～54wt%，Al2O3含量为35～42wt%，ZrO2含量为4.0～7.0wt%；废弃型砂为细粉、或为细粉和颗粒，废弃型砂细粉的粒径小于0.074μm，废弃型砂颗粒的粒径为0.10～0.30mm。
所述成型为挤出成型、或为半干法机压成型、或为半干法振动加压成型。
所述特级矾土和α-Al2O3的粒径均小于0.088μm。
所述造孔剂为锯木或为稻壳粉。
所述结合剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和羧甲基纤维素钠的一种或两种。
所述增塑剂为糊精或为葡萄糖。
由于采用上述技术方案，本发明所采用的主要原料为每年达3000万吨以上的废弃型砂，能有效地将废弃型砂回收利用，避免因将其直接堆放或填埋而对环境产生污染，既降低了原料成本，又节约了有限的矿产资源；且废弃型砂中氧化锆含量比较高，利于轻质材料热震稳定性能的提高；生产工艺也非常简单，经成型、烧成后即可在钢铁、陶瓷等热工行业的筑炉保温中使用。所制备的莫来石轻质隔热砖的体积密度0.6～1.5g/cm3，导热系数0.16～0.40w/(m·k)(600℃)，耐压强度3.1～16.8MPa，重烧线变化率-0.1～-0.8%(1400℃×12h)，能很好地满足目前热工工业生产要求。
因此，本发明具有生产成本低、工艺简单、节能环保和易于大规模生产的优点，所制备的莫来石轻质隔热砖不仅具有较高的耐压强度、较好热震稳定性、较低的体积密度和较小的导热系数，且具有广泛的社会和经济价值。
具体实施方式
下面结合实施实例对本发明作进一步的描述，并非对保护范围的限制：
本具体实施方式将所要涉及的参数统一描述如下，实施例中将不赘述：
废弃型砂的主要化学成分是：SiO2含量为50～54wt%，Al2O3含量为35～42wt%，ZrO2含量为4.0～7.0wt%；废弃型砂细粉的粒径小于0.074μm，废弃型砂颗粒的粒径为0.10～0.30mm。
特级矾土和α-Al2O3的粒径均小于0.088μm。
实施例1
一种基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先将40～50wt%的废弃型砂细粉、20～30wt%的废弃型砂颗粒与20～30wt%的特级矾土为原料混合，再外加所述原料11～14wt%的塑性黏土、8～10wt%的蓝晶石、0.15～0.2wt%的羧甲基纤维素钠、0.1～0.15wt%六偏磷酸钠、3～4wt%的糊精、20～30wt%的锯木和25～35wt%的水，混合均匀，困料5～8小时，挤出成型，自然干燥，经110℃烘烤10～12小时，升温至1200～1250℃，保温6～8小时。
本实施例所制备的基于废弃型砂的莫来石轻质砖的体积密度为0.8～1.2g/cm3，导热系数为0.21～0.32w/(m·k)(350℃)，耐压强度4.8～8.5Mpa，重烧线变化率为-0.4～-0.6%(1400℃×12h)。
实施例2
一种基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先将50～55wt%的废弃型砂细粉、15～20wt%的废弃型砂颗粒与30～35wt%的特级矾土为原料混合，再外加所述原料8～11wt%的塑性黏土、7～9wt%的蓝晶石、0.3～0.5wt%的三聚磷酸钠、2～3wt%的糊精、5～15wt%的锯木和15～25wt%的水，混合均匀，困料3～6小时，半干法机压成型，自然干燥，经110℃烘烤8～10小时，升温至1250～1300℃，保温6～8小时。
本实施例所制备的基于废弃型砂的莫来石轻质砖的体积密度为1.2～1.5g/cm3，导热系数为0.29～0.40w/(m·k)(600℃)，耐压强度8.9～16.8Mpa，重烧线变化率为-0.2～-0.35%(1400℃×12h)。
实施例3
一种基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先将55～60wt%的废弃型砂细粉、10～20wt%的废弃型砂颗粒与20～35wt%的α-Al2O3为原料混合，再外加所述原料7～9wt%的塑性黏土、5～7wt%的蓝晶石、0.1～0.3wt%的六偏磷酸钠、2～3wt%的糊精、15～20wt%的锯木和25～32wt%的水，混合均匀，困料6～9小时，挤出成型，自然干燥，经110℃烘烤10～12小时，升温至1300～1350℃，保温4～6小时。
本实施例所制备的基于废弃型砂的莫来石轻质砖的体积密度为0.9～1.2g/cm3，导热系数为0.26～0.35w/(m·k)(600℃)，耐压强度6.6～13.2Mpa，重烧线变化率为-0.3～-0.4%(1400℃×12h)。
实施例4
一种基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先将60～65wt%的废弃型砂细粉、5～10wt%的废弃型砂颗粒与20～30wt%的特级矾土为原料混合，再外加所述原料6～8wt%的塑性黏土、2～5wt%的蓝晶石、0.1～0.3wt%的羧甲基纤维素钠、0.5～2wt%的糊精、25～30wt%的锯木和28～35wt%的水，混合均匀，困料7～10小时，半干法振动加压成型，自然干燥，经110℃烘烤10～12小时，升温至1350～1400℃，保温4～6小时。
本实施例所制备的基于废弃型砂的莫来石轻质砖的体积密度为0.6～0.8g/cm3，导热系数为0.16～0.27w/(m·k)(600℃)，耐压强度3.1～5.2Mpa，重烧线变化率为-0.6～-0.8%(1400℃×12h)。
实施例5
一种基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先将65～70wt%的废弃型砂细粉与30～35wt%的α-Al2O3为原料混合，再外加所述原料5～7wt%的塑性黏土、2～5wt%的蓝晶石、0.1～0.3wt%的三聚磷酸钠、0.5～2wt%的葡萄糖、10～20wt%的锯木和25～35wt%的水，混合均匀，困料6～9小时，半干法振动加压成型，自然干燥，经110℃烘烤10～12小时，升温至1400～1450℃，保温2.5～4小时。
本实施例所制备的基于废弃型砂的莫来石轻质砖的体积密度为0.7～0.8g/cm3，导热系数为0.20～0.26w/(m·k)(600℃)，耐压强度3.5～5.0Mpa，重烧线变化率为-0.55～-0.76%(1400℃×12h)。
实施例6
一种基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先将48～52wt%的废弃型砂细粉、15～25wt%的废弃型砂颗粒与28～37wt%的特级矾土为原料混合，再外加所述原料10～13wt%的塑性黏土、6～9wt%的蓝晶石、0.15～0.25wt%的羧甲基纤维素钠、0.1～0.15wt%六偏磷酸钠、3～4wt%的糊精、10～15wt%的锯木和25～30wt%的水，混合均匀，困料3～6时，挤出成型，自然干燥，经110℃烘烤8～10小时，升温至1320～1400℃，保温6～8小时。
本实施例所制备的基于废弃型砂的莫来石轻质砖的体积密度为0.8～1.0g/cm3，导热系数为0.21～0.28w/(m·k)(600℃)，耐压强度4.9～10.3Mpa，重烧线变化率为-0.50～-0.65%(1400℃×12h)。
实施例7
一种基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先将25～45wt%的废弃型砂细粉、20～35wt%的废弃型砂颗粒与35～55wt%的特级矾土为原料混合，再外加所述原料13～15wt%的塑性黏土、8～10wt%的蓝晶石、0.2～0.3wt%的六偏磷酸钠、0.1～0.15wt%的三聚磷酸钠、3～4wt%的糊精、15～20wt%的锯木和25～35wt%的水，混合均匀，困料6～9小时，半干法振动加压成型，自然干燥，经110℃烘烤10～12小时，升温至1220～1280℃，保温8～10小时。
本实施例所制备的基于废弃型砂的莫来石轻质砖的体积密度为0.8～1.0g/cm3，导热系数为0.22～0.25w/(m·k)(600℃)，耐压强度5.0～8.5Mpa，重烧线变化率为-0.45～-0.60%(1400℃×12h)。
实施例8
一种基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先将30～45wt%的废弃型砂细粉、15～20wt%的废弃型砂颗粒与35～55wt%的α-Al2O3为原料混合，再外加所述原料12～15wt%的塑性黏土、7～9wt%的蓝晶石、0.3～0.5wt%的羧甲基纤维素钠、3～4wt%的葡萄糖、10～15wt%的锯木和20～30wt%的水，混合均匀，困料3～6小时，半干法振动加压成型，自然干燥，经110℃烘烤8～10小时，升温至1200～1300℃，保温4～6小时。
本实施例所制备的基于废弃型砂的莫来石轻质砖的体积密度为0.8～0.9g/cm3，导热系数为0.20～0.24w/(m·k)(600℃)，耐压强度4.7～6.6Mpa，重烧线变化率为-0.5～-0.7%(1400℃×12h)。
实施例9
一种基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先将40～50wt%的废弃型砂细粉、20～25wt%的废弃型砂颗粒与30～35wt%的特级矾土为原料混合，再外加所述原料10～13wt%的塑性黏土、5～8wt%的蓝晶石、0.1～0.2wt%的羧甲基纤维素钠、0.1～0.2wt%的三聚磷酸钠、3～4wt%的糊精、1/8～30wt%的稻壳粉和25～30wt%的水，混合均匀，困料7～10小时，挤出成型，自然干燥，经110℃烘烤8～10小时，升温至1280～1350℃，保温6～8小时。
本实施例所制备的基于废弃型砂的莫来石轻质砖的体积密度为1.0～1.1g/cm3，导热系数为0.2～0.30w/(m·k)(600℃)，耐压强度8.9～12.5Mpa，重烧线变化率为-0.30～-0.40%(1400℃×12h)。
实施例10
一种基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先将45～60wt%的废弃型砂细粉、10～15wt%的废弃型砂颗粒与30～40wt%的特级矾土为原料混合，再外加所述原料8～12wt%的塑性黏土、4～7wt%的蓝晶石、0.3～0.5wt%的六偏磷酸钠、2～3wt%的葡萄糖、5～18wt%的稻壳粉和15～25wt%的水，混合均匀，困料6～9小时，半干法机压成型，自然干燥，经110℃烘烤8～10小时，升温至1370～1450℃，保温6～8小时。
本实施例所制备的基于废弃型砂的莫来石轻质砖的体积密度为1.1～1.3g/cm3，导热系数为0.2～0.32w/(m·k)(600℃)，耐压强度9.0～9.9Mpa，重烧线变化率为-0.1～-0.2%(1400℃×12h)。
本具体实施方式所用的主要原料为每年达3000万吨以上的废弃型砂，能有效地将废弃型砂回收利用，避免因将其直接堆放或填埋而对环境产生污染，既降低了原料成本，又节约了有限的矿产资源；且废弃型砂中氧化锆含量比较高，利于轻质材料热震稳定性能的提高；生产工艺也非常简单，经成型、烧成后即可在钢铁、陶瓷等热工行业的筑炉保温中使用。所制备的莫来石轻质隔热砖的体积密度0.6～1.5g/cm3，导热系数0.16～0.40w/(m·k)(600℃)，耐压强度3.1～16.8MPa，重烧线变化率-0.1～-0.8%(1400℃×12h)，能很好地满足目前热工工业生产要求。
因此，本具体实施方式具有生产成本低、工艺简单、节能环保和易于大规模生产的优点，所制备的莫来石轻质隔热砖不仅具有较高的耐压强度、较好热震稳定性、较低的体积密度和较小的导热系数，且具有广泛的社会和经济价值。
Claims (8)
1.一种基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于先将45~80wt%的废弃型砂与20~55wt%的特级矾土或α-Al2O3为原料混合，再外加所述原料2~10wt%的蓝晶石、5~15wt%的塑性黏土、5~30wt%的造孔剂、0.5~4wt%的增塑剂、0.1~0.5wt%的结合剂和15~35wt%的水，混合均匀，困料3~10小时，成型，自然干燥，经110℃烘烤8~12小时，升温至1200~1450℃，保温2.5~10小时。
2.根据权利要求1所述的基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述废弃型砂的主要化学成分是：SiO2含量为50~54wt%，Al2O3含量为35~42wt%，ZrO2含量为4.0~7.0wt%；废弃型砂为细粉、或为细粉和颗粒，废弃型砂细粉的粒径小于0.074μm，废弃型砂颗粒的粒径为0.10~0.30mm。
3.根据权利要求1所述的基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述成型为挤出成型、或为半干法机压成型、或为半干法振动加压成型。
4.根据权利要求1所述的基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述特级矾土和α-Al2O3的粒径均小于0.088μm。
5.根据权利要求1所述的基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述造孔剂为锯木或为稻壳粉。
6.根据权利要求1所述的基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述结合剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和羧甲基纤维素钠的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述增塑剂为糊精或为葡萄糖。
8.根据权利要求1~7项中任一项所述的基于废弃型砂的莫来石轻质隔热砖的制备方法所制备的莫来石轻质隔热砖。
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