CN103601525A

CN103601525A - 基于高压电瓷废料的莫来石轻质隔热砖及其制备方法

Info

Publication number: CN103601525A
Application number: CN201310630755.5A
Authority: CN
Inventors: 李淑静; 徐娜娜; 李远兵; 张金龙; 汪雷; 李亚伟; 桑绍柏; 王建
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2033-12-02
Also published as: CN103601525B

Abstract

本发明具体涉及一种基于高压电瓷废料的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。其技术方案是：先以65.0~95.0wt%的高压电瓷废料与5.0~35.0wt%的粘土为原料，外加所述原料2.0~4.0wt%的结合剂和4.0~8.0wt%的水，混合，再在每吨原料中加入500~1000L的造孔剂，搅拌4~6h，困料15~30h，压制成型；然后在60~120℃条件下干燥20~28h，在1200~1500℃条件下保温4~8h，即得莫来石轻质隔热砖。所述高压电瓷废料的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥55.0wt%，SiO₂含量≥38.0wt%，K₂O含量≥3.0wt%，Na₂O含量≥0.3wt%。本发明具有工艺简单、节约资源和环境友好的特点，所制得的莫来石轻质隔热砖耐压强度较高、体积稳定性较高、体积密度较低和导热系数较低。

Description

基于高压电瓷废料的莫来石轻质隔热砖及其制备方法

技术领域

本发明属于隔热耐火材料的技术领域，具体涉及一种基于高压电瓷废料的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。

背景技术

电工陶瓷（电瓷）主要指用于高压输电线路及电站和各种用电器的绝缘陶瓷，也称绝缘子，是电力工业的重要组成部分。瓷质材料主要有普通陶瓷、高硅瓷和铝质瓷，，抗折强度需达到120~160MPa。铝质瓷也称为高压电瓷材料，高压电瓷材料普遍被应用于高压输变电线路中，长时间经受高压和外界环境的影响，具有高耐受性和高机械强度的特点。由于高压电瓷材料在成型、干燥及烧成过程中产生裂纹或瓷料中铁钛含量超标将导致瓷坯介电性能不达标，进而被淘汰为高压电瓷废料；或在使用环境中，长期经受高压电流和恶劣的环境影响，产生裂纹造成电击穿现象，也会被淘汰为高压电瓷废料。目前我国陶瓷工业固体废弃物的后处理现状很不理想，对于高压电瓷废料的处理多数采用填埋法，不仅占用了大量土地，也污染了周围的土壤、水体、大气等，对生态环境造成严重的危害。将高压电瓷废料资源化，运用绿色设计技术对高压电瓷废料的生命周期进行重新的设计与安排，要求其符合环境保护要求，对生态环境无害，资源与能源得到最有效地消耗配置。

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。与传统耐火材料相比，莫来石轻质隔热耐火材料因以其高气孔率、高强度、低体积密度和低热导率等优良特性能使工业窑炉和其他热工设备的热工效率和使用寿命得到大幅提升。目前，工业制备莫来石制品的原料主要是铝矾土、蓝晶石、硅线石、工业氧化铝和硅微粉，对天然原料的消耗巨大，不利于资源的可持续利用。

“一种刚玉莫来石轻质隔热材料的制备方法”(CN103011884A)专利技术，公开了以陶瓷粉体为原料，外加35~50wt%硅溶胶为结合剂和一定量发泡剂制得泡沫料浆，经注浆成型后干燥并在1500~1700℃烧成，得到刚玉莫来石轻质隔热砖。该方法的缺陷主要体现在：(1)该方法的原料成本较高；(2)烧成温度高，能耗高；(3)干燥时间长。

“一种莫来石轻质微孔隔热保温砖”(CN102775129A)专利技术，公开了以40~79.8wt%的煤矸石、10~30wt%的除铁矾土和10~30wt%的菱苦土，加水后混合球磨并挤出成型制得泥饼，将泥饼粉碎后捣打或浇注成型，制得堇青石-莫来石轻质耐火砖。该方法的缺陷主要体现在：(1)制备工艺复杂，捣打产品性能不可控性高；(2)制备工序复杂，生产周期长。

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、节约资源和环境友好的利用高压电瓷废料制备莫来石轻质隔热砖的方法；用该法所制备的莫来石轻质隔热砖的耐压强度和体积稳定性较高，体积密度和导热系数较低。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先以65.0~95.0wt%的高压电瓷废料与5.0~35.0wt%的粘土为原料，外加所述原料2.0~4.0wt%的结合剂和4.0~8.0wt%的水，混合，再在每吨原料中加入500~1000L的造孔剂，搅拌4~6h，困料15~30h，压制成型；然后在60~120℃条件下干燥20~28h，在1200~1500℃条件下保温4~8h，即得到莫来石轻质隔热砖。

所述高压电瓷废料的粒径均小于0.074mm；高压电瓷废料的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥55.0wt%，SiO₂含量≥38.0wt%，K₂O含量≥3.0wt%，Na₂O含量≥0.3wt%。

所述粘土的粒径均小于0.088mm，粘土的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥40.0wt%，SiO₂含量≥55.0wt%，K₂O含量≥1.5wt%，Na₂O含量≥1.0wt%。

所述成型压力为4.0~8.0MPa。

所述造孔剂为聚苯乙烯球、石墨和球状沥青中的一种。

所述结合剂为纸浆废液、木质素磺酸钠、酒糟和淀粉中的一种或两种。

由于采用上述技术方案，本发明所用原料为目前大量堆积且没有得到充分利用的高压电瓷废料，变废为宝，不仅减缓了环境压力还节约了处理大量高压电瓷废料的费用；生产工艺简单，将原料压力成型，干燥后烧成即可得到莫来石轻质隔热砖；所制得的莫来石轻质隔热砖Al₂O₃含量≥50.0wt%，孔径分布主要分布在15μm以下，集中分布在5~8μm之间，体积密度为0.83~1.18g/cm³，显气孔率为45.0~65.0%，重烧线变化率±0.5%，常温耐压强度为16.0~32.0MPa，300℃测得热导率为0.257~0.342W·m^-1·k^-1。

因此，本发明具有工艺简单、节约资源和环境友好的特点，所制得的莫来石轻质隔热砖耐压强度较高、体积稳定性较高、体积密度较低和导热系数较低。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。

为避免重复，先将本具体实施方式所涉及到的有关技术参数统一描述如下：

实施例中不再赘述。

实施例1

一种基于高压电瓷废料的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先以65.0~70.0wt%的高压电瓷废料和30.0~35.0wt%的粘土为原料，外加所述原料4.0~5.0wt%的水和2.0~2.5wt%的纸浆废液，混合，再在每吨原料中加入500~700L的聚苯乙烯球，搅拌4~6h，困料15~30h，4.0~6.0MPa压力成型；然后在60~90℃条件下干燥20~28h，在1200~1300℃条件保温4~6h，即得莫来石轻质隔热砖。

本实施例所制备的莫来石轻质隔热砖经检测：体积密度为0.83~0.89g/cm³；显气孔率为62.7~65.0%；常温耐压强度16.0~19.6MPa；300℃热导率为0.257~0.283W·m^-1·k^-1。

实施例2

一种基于高压电瓷废料的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先以70.0~75.0wt%的高压电瓷废料和25.0~30.0wt%的粘土为原料，外加所述原料5.0~6.0wt%的水和2.5~3.0wt%的木质素磺酸钠，混合，再在每吨原料中加入700~900L的石墨，搅拌4~6h，困料15~30h，5.0~7.0MPa压力成型；然后在70~100℃条件下干燥20~28h，在1300~1400℃条件保温6~8h，即得莫来石轻质隔热砖。

本实施例所制备的莫来石轻质隔热砖经检测：体积密度为0.92~1.01g/cm³；显气孔率为52.8~55.2%；常温耐压强度18.4 ~21.7MPa；300℃热导率为0.275 ~0.308W·m^-1·k^-1。

实施例3

一种基于高压电瓷废料的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先以75.0~80.0wt%的高压电瓷废料和20.0~25.0wt%的粘土为原料，外加所述原料6.0~7.0wt%的水和3.0~3.5wt%的酒糟，混合，再在每吨原料中加入800~1000L的球状沥青，搅拌4~6h，困料15~30h，6.0~8.0MPa压力成型；然后在80~110℃条件下干燥20~28h，在1400~1500℃条件保温5.0~7.0h，即得莫来石轻质隔热砖。

本实施例所制备的莫来石轻质隔热砖经检测：体积密度为1.11~1.18g/cm³；显气孔率为45.0~48.5%；常温耐压强度27.8~32.0MPa；300℃热导率为0.311 ~0.342W·m^-1·k^-1。

实施例4

一种基于高压电瓷废料的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先以80.0~85.0wt%的高压电瓷废料和15.0~20.0wt%的粘土为原料，外加所述原料7.0~8.0wt%的水和3.5~4.0wt%的淀粉，混合，再在每吨原料中加入600~800L的聚苯乙烯球，搅拌4~6h，困料15~30h，5.0~7.0MPa压力成型；然后在90~120℃条件下干燥20~28h，在1250~1350℃条件保温4.5~6.5h，即得莫来石轻质隔热砖。

本实施例所制备的莫来石轻质隔热砖经检测：体积密度为0.88~0.94g/cm³；显气孔率为48.4~51.4%；常温耐压强度20.5~23.4MPa；300℃热导率为0.266 ~0.297W·m^-1·k^-1。

实施例5

一种基于高压电瓷废料的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先以85.0~90.0wt%的高压电瓷废料和10.0~15.0wt%的粘土为原料，外加所述原料4.5~5.5wt%的水、1.0~1.5wt%的纸浆废液和1.0~1.5wt%的木质素磺酸钠，混合，再在每吨原料中加入500~700L的石墨，搅拌4~6h，困料15~30h，4.0~6.0MPa压力成型；然后在60~90℃条件下干燥20~28h，在1350~1450℃条件保温5.5~7.5h，即得莫来石轻质隔热砖。

本实施例所制备的莫来石轻质隔热砖经检测：体积密度为0.98~1.05g/cm³；显气孔率为54.9~58.0%；常温耐压强度23.6~26.5MPa；300℃热导率为0.289~0.317W·m^-1·k^-1。

实施例6

一种基于高压电瓷废料的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先以90.0~95.0wt%的高压电瓷废料和5.0~10.0wt%的粘土为原料，外加所述原料5.5~6.5wt%的水、1.5~2.0wt%的酒糟和1.5~2.0%的淀粉，混合，再在每吨原料中加入600~800L的球状沥青，搅拌4~6h，困料15~30h，4.5~6.5MPa压力成型；然后在70~100℃条件下干燥20~28h，在1380~1480℃条件保温4.0~6.0h，即得莫来石轻质隔热砖。

本实施例所制备的莫来石轻质隔热砖经检测：体积密度为1.05~1.12g/cm³；显气孔率为60.1~62.8%；常温耐压强度25.0~29.2MPa；300℃热导率为0.304~0.328W·m^-1·k^-1。

实施例7

一种基于高压电瓷废料的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先以82.5~87.5wt%的高压电瓷废料和12.5~17.5wt%的粘土为原料，外加所述原料6.5~7.5wt%的水、1.5~2.0wt%的纸浆废液和1.0~1.5%的淀粉，混合，再在每吨原料中加入650~850L的聚苯乙烯球，搅拌4~6h，困料15~30h，5.5~7.5MPa压力成型；然后在80~110℃条件下干燥20~28h，在1280~1380℃条件保温5.0~7.0h，即得莫来石轻质隔热砖。

本实施例所制备的莫来石轻质隔热砖经检测：体积密度为0.89~0.98g/cm³；显气孔率为51.1~53.0%；常温耐压强度19.0~22.5MPa；300℃热导率为0.271~0.299W·m^-1·k^-1。

实施例8

一种基于高压电瓷废料的莫来石轻质隔热砖及其制备方法。先以72.5~77.5wt%的高压电瓷废料和22.5~27.5wt%的粘土为原料，外加所述原料5.0~6.0wt%的水、1.0~1.5wt%的木质素磺酸钠和1.2~1.7wt%的酒糟，混合，再在每吨原料中加入550~750L的石墨，搅拌4~6h，困料15~30h，6.0~8.0MPa压力成型；然后在90~120℃条件下干燥20~28h，在1350~1450℃条件保温4.5~6.5h，即得莫来石轻质隔热砖。

本实施例所制备的莫来石轻质隔热砖经检测：体积密度为1.03~1.07g/cm³；显气孔率为57.5~60.3%；常温耐压强度25.5~28.8MPa；300℃热导率为0.296~0.325W·m^-1·k^-1。

本具体实施方式所用原料为目前大量堆积且没有得到充分利用的高压电瓷废料，变废为宝，不仅减缓了环境压力还节约了处理大量高压电瓷废料的费用；生产工艺简单，将原料压力成型，干燥后烧成即可得到莫来石轻质隔热砖；所制得的莫来石轻质隔热砖Al₂O₃含量≥50.0wt%，孔径分布主要分布在15μm以下，集中分布在5~8μm之间，体积密度为0.83~1.18g/cm³，显气孔率为45.0~65.0%，重烧线变化率±0.5%，常温耐压强度为16.0~32.0MPa，300℃测得热导率为0.257~0.342W·m^-1·k^-1。

因此，本具体实施方式具有工艺简单、节约资源和环境友好的特点，所制得的莫来石轻质隔热砖耐压强度较高、体积稳定性较高、体积密度较低和导热系数较低。

Claims

1.一种基于高压电瓷废料的莫来石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于先以65.0~95.0wt%的高压电瓷废料与5.0~35.0wt%的粘土为原料，外加所述原料2.0~4.0wt%的结合剂和4.0~8.0wt%的水，混合，再在每吨原料中加入500~1000L的造孔剂，搅拌4~6h，困料15~30h，压制成型；然后在60~120℃条件下干燥20~28h，在1200~1500℃条件下保温4~8h，即得莫来石轻质隔热砖。

2.根据权利要求1所述的基于高压电瓷废料的莫来石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述高压电瓷废料的粒径均小于0.074mm；高压电瓷废料的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥55.0wt%，SiO₂含量≥38.0wt%，K₂O含量≥3.0wt%，Na₂O含量≥0.3wt%。

3.根据权利要求1所述的基于高压电瓷废料的莫来石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述粘土的粒径均小于0.088mm，粘土的主要化学成分是：Al₂O₃含量≥40.0wt%，SiO₂含量≥55.0wt%，K₂O含量≥1.5wt%，Na₂O含量≥1.0wt%。

4.根据权利要求1所述的基于高压电瓷废料的莫来石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述成型压力为4.0~8.0MPa。

5.根据权利要求1所述的基于高压电瓷废料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聚苯乙烯球、石墨和球状沥青中的一种。

6.根据权利要求1所述的基于高压电瓷废料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纸浆废液、木质素磺酸钠、酒糟和淀粉中的一种或两种。

7.一种基于高压电瓷废料的莫来石轻质隔热砖，所述的莫来石轻质隔热砖是根据权利要求1~6项中任一项所述的基于高压电瓷废料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。