[发明专利]一种MgAl2O4-CaAl12O19复相耐高温材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种MgAl₂O₄-CaAl₁₂O₁₉复相耐高温材料及其制备方法，属于耐火材料制备技术领域。

背景技术：

随着社会和经济的发展，能源的消耗与日俱增，如何合理利用和节约能源是人们普遍关注并迫切需要解决的问题。

白云石是地球上重要的钙镁资源。我国有着极其丰富的储藏量，80年代初的探明储量就已超过40亿吨，主要分布在山东(沿海地区)、山西、河北和两湖等地。白云石是生产氧化镁、镁和钙盐的重要原料，也是碱性耐火材料的重要原料之一。作为耐火材料的原料，白云石的重要性仅次于菱镁矿，它不仅用于炼钢转炉衬、平炉炉膛、电炉炉壁，而且可以用于炉外精炼装置和水泥窑等热工设备。此外，白云石还是制备白云石砖系列(目前主要有常规白云石砖、增锆白云石砖、增锆镁白云石砖等)、电熔自云石碳砖和电熔镁白云石碳砖等耐火材料的基础原材料。

六铝酸钙(其化学式为CaAl₁₂O₁₉或CaO·6Al₂O₃，简写为CA₆。CA₆属六方晶系，垂直于C轴方向具有优先形成片状或板状晶体的特性。在Al₂O₃-MgO-CaO体系中的刚玉-尖晶石、铝酸钙水泥结合刚玉和铝镁浇注料等耐火材料中，CA₆物相是高温条件下的反应产物，它具有较强抗水化和抗高温熔渣侵蚀的铝钙系耐高温化合物，其熔点为1875℃，是目前倍受关注的一种新型耐高温材料。CA₆片状晶形穿插于刚玉相或尖晶石相之间能够改善耐火材料的力学性能。

镁铝尖晶石化学式为MgO·Al₂O₃或MgAl₂O₄，简称MA，主要是以菱镁矿、以及MgO和Al₂O₃为原料制备的。MA是一种熔点高(2135℃)、热震稳定性好、抗冲击、良好的电绝缘性能、抗碱侵蚀能力强的镁铝氧化物材料。白云石矿在我国分布广泛，是一种价格较低的优势矿物资源。特别是在现在菱镁矿资源日趋紧张的情况下，研究用白云石代替传统的菱镁矿或氧化镁来制备含尖晶石的轻质耐高温材料具有重要的意义。

本研究以矿物原料白云石和工业氧化铝为原料原位反应合成出六铝酸钙-尖晶石复相耐高温轻质材料，该制备方法不仅能够低成本的合成性能优异MgAl₂O₄-CaAl₁₂O₁₉复相耐高温轻质材料，且该材料具有耐高温、轻质、导热系数低、强度高、隔热保温效果好的特点，可适用于窑炉内衬材料和高温容器用耐高温材料。同时此项研究也为白云石矿物的综合高效利用提供一条新的技术路线。

发明内容：

本发明针对国家节约能源和资源的重大战略需求以及高温行业的重要炉衬材料产业升级换代的迫切要求，研究以廉价的矿物原料制备低成本高性能的节能耐高温矿物材料。耐高温材料的使用是工业窑炉和高温容器实现长寿命、低成本和节能降耗的重要措施之一。以分布广泛、价格较低的自云石矿和工业氧化铝为原料合成一种新型的尖晶石-六铝酸钙复相耐高温材料可以有效利用白云石中MgO和CaO成分。本发明针对六铝酸钙的低导热系数、在高温还原性气氛下稳定性好、抗碱侵蚀能力和抗渣侵蚀能力较好、长寿命的特点和镁铝尖晶石耐高温性能好、热膨胀系数低等优点，提出一种六铝酸钙-尖晶石质复合耐高温材料及其制备方法，从而可以有效达到制备高效节能、长寿命的高温工业窑炉内衬和高温容器用轻质耐高温材料的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明涉及一种MgAl₂O₄-CaAl₁₂O₁₉复相耐高温材料及其制备方法，其特征在于：所述MgAl₂O₄-CaAl₁₂O₁₉复相耐高温材料主要用于工业窑炉的炉衬材料，该耐高温材料的主要物相组成为尖晶石相和六铝酸钙相，六铝酸钙相呈现板片状，所述耐高温材料的体积密度≤1.83g/cm³，抗压强度≥26.2MPa，抗折强度≥34.3MPa。