CN105272315A - 一种多孔锆铝酸钙及其制备方法 - Google Patents

一种多孔锆铝酸钙及其制备方法 Download PDF

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本发明涉及一种多孔锆铝酸钙及其制备方法。其技术方案是：先将石灰石、氢氧化铝和氢氧化锆按CaO︰Al2O3︰ZrO2的摩尔比为7︰3︰1进行配料，放入球磨机中以水为介质湿磨1~10小时，将浆体滤干，干燥，即得混合料块。再将混合料块球磨至粒度为1~100μm的粉体，然后向粉体中加入占所述粉体1~10wt%的水，混匀，压制成坯，静置24小时。然后将在110℃干燥24小时，置入高温炉中于1000~1800℃条件下保温2~8小时，冷却，破碎或细磨至所需粒度，即得多孔锆铝酸钙。本发明工艺简单，制备的多孔锆铝酸钙具有胶凝性能，作为制备高温陶瓷和耐火材料的结合剂和原材料，能显著降低制品干燥或热处理时的能耗，还能提高耐火材料的热震稳定性能和高温强度。

Description

一种多孔锆铝酸钙及其制备方法
技术领域
本发明属于高温陶瓷和耐火材料技术领域。尤其涉及一种多孔锆铝酸钙及其制备方法。
背景技术
浇注耐火材料是最常见和大量使用的不定形耐火材料。是由骨料、细粉和结合剂组成的没有黏附性的混合料。通常以干料交货，与水或其他液体混合后浇注施工而成。铝酸钙水泥是目前使用最广泛的浇注料用结合剂，它是以氧化铝或矾土与碳酸钙为原料经煅烧或电熔而制得，也有用高铁矾土与石灰石为原料经熔融制得高铁铝酸钙水泥，还有用氧化铝或矾土与白云石为原料制得含镁铝尖晶石的铝酸钙水泥。
水泥结合的浇注耐火材料按水泥的加入量可分为普通水泥浇注料、低水泥浇注料与超低水泥浇注料。水泥是最广泛使用的浇注料用结合剂，与其他的结合剂相比，其优点之一是可以短时间（6~24h）内获得高强度。但耐火浇注料中水泥的存在会带来三方面的缺点：
1.如果水泥量大，所需的水量也大，产品干燥或热处理后的能耗高。
2.浇注料中存在的水化物量大，经中温（538～982℃）处理后，由于水化物脱水，强度下降大。
3.水泥带入的氧化钙较多，影响材料的高温性能。
以上缺点已经显著影响到水泥在耐火材料中的用量，尤其是在高温苛刻环境下使用的耐火材料中的水泥已有被其它结合剂取代的趋势，如水合氧化铝、铝硅溶胶等等。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的是提供一种工艺简单的多孔锆铝酸钙的制备方法，用该方法制备的多孔锆铝酸钙材料具有胶凝性能，作为制备高温陶瓷和耐火材料的结合剂和原材料，使用时不仅能显著降低水的加入量，还能提高耐火材料的热震稳定性能和高温强度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
1）先将石灰石、氢氧化铝和氢氧化锆按CaO︰Al2O3︰ZrO2的摩尔比为7︰3︰1进行配料，再放入球磨机中以水为介质湿磨1~10小时，然后将浆体滤干，在110℃条件下干燥24小时，即得混合料块。
2）将所述混合料块球磨至粒度为1~100μm的粉体，然后向所述粉体中加入占所述粉体1~10wt%的水，混匀，压制成坯，自然静置24小时。
3）将静置后的坯体在110℃条件下干燥24小时，置入高温炉中于1000~1800℃条件下保温2~8小时，冷却，破碎或细磨成所需粒度，即得多孔锆铝酸钙。
所述石灰石的CaCO3的含量≥93wt%，粒度为1~500μm。
所述氢氧化铝的Al(OH)3含量≥98wt%，粒度为1~500μm。
所述氢氧化锆的Zr(OH)4含量≥98wt%，粒度为1~500μm。
所述球磨机中的球磨介质为碳化钨球。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明通过对石灰石、氢氧化铝和氢氧化锆进行湿磨，使三种原材料混合均匀，在高温烧成过程中，由于原料的分解并在原位留下气孔，使得生成的产物即锆铝酸钙为多孔结构，制备工艺简单。制得的多孔锆铝酸钙：气孔率≥20wt%；锆铝酸钙含量≥90wt%。
本发明制备的多孔锆铝酸钙作为浇注料结合剂使用时，由于其表面积较大，活性高，参与水化反应并转变成凝胶的速率显著提高，从而能明显降低浇注料的用水量，制品干燥或热处理时的能耗低，且中温强度下降程度不大。
本发明制备的多孔锆铝酸钙作为胶凝材料结合剂时，高温下锆酸钙的生成能提高浇注料的高温强度（锆酸钙的熔点在2200℃以上）。同时，使用锆铝酸钙的浇注料在高温下会有刚玉相（Al2O3）生成，对提高材料的高温性能也是有益的。当浇注料采用锆铝酸钙做结合剂时，其中氧化锆的存在会提高材料的韧性，进而提高材料的热震稳定性能。
因此，本发明工艺简单，所制备的多孔锆铝酸钙材料具有胶凝性能，破碎或细磨成所需粒度，是制备高温陶瓷和耐火材料的优质原材料。与铝酸盐水泥相比，在相同用量的条件下能显著降低水的加入量，能明显降低制品干燥或热处理时的能耗；锆铝酸钙的使用还能提高耐火材料浇注料的热震稳定性能和高温强度。
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，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述石灰石的CaCO3的含量≥93wt%，粒度为1~500μm。
所述氢氧化铝的Al(OH)3含量≥98wt%，粒度为1~500μm。
所述氢氧化锆的Zr(OH)4含量≥98wt%，粒度为1~500μm。
所述球磨机中的球磨介质为碳化钨球。
实施例1
一种多孔锆铝酸钙及其制备方法。本实施例的制备方法是：
1）先将石灰石、氢氧化铝和氢氧化锆按CaO︰Al2O3︰ZrO2的摩尔比为7︰3︰1进行配料，再放入球磨机中以水为介质湿磨1~3小时，然后将浆体滤干，在110℃条件下干燥24小时，即得混合料块。
2）将所述混合料块球磨至粒度为1~100μm的粉体，然后向所述粉体中加入占所述粉体1~3wt%的水，混匀，压制成坯，自然静置24小时。
3）将静置后的坯体在110℃条件下干燥24小时，置入高温炉中于1000~1200℃条件下保温5~8小时，冷却，破碎或细磨成所需粒度，即得多孔锆铝酸钙。
本实施例制备的多孔锆铝酸钙：气孔率≥20wt%；锆铝酸钙含量≥90wt%。
实施例2
一种多孔锆铝酸钙及其制备方法。本实施例的制备方法是：
1）先将石灰石、氢氧化铝和氢氧化锆按CaO︰Al2O3︰ZrO2的摩尔比为7︰3︰1进行配料，再放入球磨机中以水为介质湿磨3~5小时，然后将浆体滤干，在110℃条件下干燥24小时，即得混合料块。
2）将所述混合料块球磨至粒度为1~100μm的粉体，然后向所述粉体中加入占所述粉体3~5wt%的水，混匀，压制成坯，自然静置24小时。
3）将静置后的坯体在110℃条件下干燥24小时，置入高温炉中于1200~1400℃条件下保温4~7小时，冷却，破碎或细磨成所需粒度，即得多孔锆铝酸钙。
本实施例制备的多孔锆铝酸钙：气孔率≥20wt%；锆铝酸钙含量≥90wt%。
实施例4
一种多孔锆铝酸钙及其制备方法。本实施例的制备方法是：
1）先将石灰石、氢氧化铝和氢氧化锆按CaO︰Al2O3︰ZrO2的摩尔比为7︰3︰1进行配料，再放入球磨机中以水为介质湿磨5~8小时，然后将浆体滤干，在110℃条件下干燥24小时，即得混合料块。
2）将所述混合料块球磨至粒度为1~100μm的粉体，然后向所述粉体中加入占所述粉体5~8wt%的水，混匀，压制成坯，自然静置24小时。
3）将静置后的坯体在110℃条件下干燥24小时，置入高温炉中于1400~1600℃条件下保温3~6小时，冷却，破碎或细磨成所需粒度，即得多孔锆铝酸钙。
本实施例制备的多孔锆铝酸钙：气孔率≥20wt%；锆铝酸钙含量≥90wt%。
实施例4
一种多孔锆铝酸钙及其制备方法。本实施例的制备方法是：
1）先将石灰石、氢氧化铝和氢氧化锆按CaO︰Al2O3︰ZrO2的摩尔比为7︰3︰1进行配料，再放入球磨机中以水为介质湿磨8~10小时，然后将浆体滤干，在110℃条件下干燥24小时，即得混合料块。
2）将所述混合料块球磨至粒度为1~100μm的粉体，然后向所述粉体中加入占所述粉体8~10wt%的水，混匀，压制成坯，自然静置24小时。
3）将静置后的坯体在110℃条件下干燥24小时，置入高温炉中于1600~1800℃条件下保温2~5小时，冷却，破碎或细磨成所需粒度，即得多孔锆铝酸钙。
本实施例制备的多孔锆铝酸钙：气孔率≥20wt%；锆铝酸钙含量≥90wt%。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式通过对石灰石、氢氧化铝和氢氧化锆进行湿磨，使三种原材料混合均匀，在高温烧成过程中，由于原料的分解并在原位留下气孔，使得生成的产物即锆铝酸钙为多孔结构，制备工艺简单。制得的多孔锆铝酸钙：气孔率≥20wt%；锆铝酸钙含量≥90wt%。
本具体实施方式制备的多孔锆铝酸钙作为浇注料结合剂使用时，由于其表面积较大，活性高，参与水化反应并转变成凝胶的速率显著提高，从而能明显降低浇注料的用水量，制品干燥或热处理时的能耗低，且中温强度下降程度不大。
本具体实施方式制备的多孔锆铝酸钙作为胶凝材料结合剂时，高温下锆酸钙的生成能提高浇注料的高温强度（锆酸钙的熔点在2200℃以上）。同时，使用锆铝酸钙的浇注料在高温下会有刚玉相（Al2O3）生成，对提高材料的高温性能也是有益的。当浇注料采用锆铝酸钙做结合剂时，其中氧化锆的存在会提高材料的韧性，进而提高材料的热震稳定性能。
因此，本具体实施方式工艺简单，所制备的多孔锆铝酸钙材料具有胶凝性能，破碎或细磨成所需粒度，是制备高温陶瓷和耐火材料的优质原材料。与铝酸盐水泥相比，在相同用量的条件下能显著降低水的加入量，能明显降低制品干燥或热处理时的能耗；锆铝酸钙的使用还能提高耐火材料浇注料的热震稳定性能和高温强度。

Claims (6)

1.一种多孔锆铝酸钙的制备方法，其特征在于所述制备方法是：
1）先将石灰石、氢氧化铝和氢氧化锆按CaO︰Al2O3︰ZrO2的摩尔比为7︰3︰1进行配料，再放入球磨机中以水为介质湿磨1~10小时，然后将浆体滤干，在110℃条件下干燥24小时，即得混合料块；
2）将所述混合料块球磨至粒度为1~100μm的粉体，然后向所述粉体中加入占所述粉体1~10wt%的水，混匀，压制成坯，自然静置24小时；
3）将静置后的坯体在110℃条件下干燥24小时，置入高温炉中于1000~1800℃条件下保温2~8小时，冷却，破碎或细磨，即得多孔锆铝酸钙。
2.根据权利要求1所述多孔锆铝酸钙的制备方法，其特征在于所述石灰石的CaCO3的含量≥93wt%，粒度为1~500μm。
3.根据权利要求1所述多孔锆铝酸钙的制备方法，其特征在于所述氢氧化铝的Al(OH)3含量≥98wt%，粒度为1~500μm。
4.根据权利要求1所述多孔锆铝酸钙的制备方法，其特征在于所述氢氧化锆的Zr(OH)4含量≥98wt%，粒度为1~500μm。
5.根据权利要求1所述多孔锆铝酸钙的制备方法，其特征在于所述球磨机中的球磨介质为碳化钨球。
6.一种多孔锆铝酸钙，其特征在于所述多孔锆铝酸钙是根据权利要求1~5项中任一项所述的多孔锆铝酸钙的制备方法所制备的多孔锆铝酸钙。
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