[发明专利]一种粉煤灰基莫来石轻质隔热砖及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于轻质隔热砖技术领域，具体涉及一种粉煤灰基莫来石轻质隔热砖及其制备方法。

背景技术

粉煤灰是一种燃煤电厂排出的主要固体废弃物，也是我国当前排量较大的工业废渣之一。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气，若排入水系会造成河流淤塞，且粉煤灰中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。目前，粉煤灰的有效利用率较低，仅在水泥工业和耐火材料工业有少量利用。因此，如何有效地利用这些固体废弃物已成为资源合理利用的技术关键。

随着高强度、低导热轻质隔热材料在钢铁工业的广泛应用，将会提高钢包、中间包等盛钢容器的保温效果，降低钢水的温降率，提高铸坯的质量，同时还能减少耐火材料的熔损和降低吨钢耐火材料消耗。莫来石轻质砖的Al₂O₃含量为50~80wt%，以莫来石（3 Al₂O₃·2 SiO₂）为主晶相和结合相的新型优质隔热耐火材料，具有优良的高温机械性能和化学稳定性能。目前生产轻质莫来石隔热砖大多是以铝矾土和蓝晶石、硅线石为主要原料，但我国这些资源相对短缺，且以上述原料生产的莫来石轻质砖成本太高。

轻质隔热材料的制备主要有以下几种方法：（1）燃尽物加入法，在料浆中添加可燃物或易挥发物质形成气孔的工艺，此法气孔分布很难均匀，可燃物燃烧不充分易造成黑心的现象，同时对环境也会造成较大污染；（2）多孔材料法，采用天然的硅藻土或合成的氧化铝空心球等多孔材料作为原料来制备轻质耐火砖,该方法制得的制品强度高、孔径均匀和易于控制，但是属于二次工艺，成本高；（3）泡沫法，此法先将发泡剂与稳定剂以一定的比例配制，然后溶入到一定量的水中，配成泡沫剂，再将泡沫剂通过机械搅拌的方式得到的泡沫，加入到预先制备好的泥浆中混合均匀，经浇注成型、养护干燥和烧成而得到制品。该法可以制备出形状复杂的泡沫陶瓷制品，且所得到的制品多为闭气孔，孔径分布均匀，还可用于制备容重较小的轻质材料。但是该方法需要加入大量结合剂，且存在干燥周期较长，制品收缩大等缺点，严重制约着轻质材料的性能。

“一种利用粉煤灰制备轻质泡沫多孔砖的方法”（CN 101550021A）的专利技术公开了一种以粉煤灰为主要原料制备轻质隔热材料的方法，该专利技术存在以下缺点：（1）浆料陈化时间长，不利于工业生产；（2）粉煤灰成分复杂，本身含有大量杂质可作为助溶剂，该方法不仅没有避免其负面影响，反而再次加入助溶剂，在1050±50℃下烧成后，产品收缩严重，无法正常使用。

“超轻质水泥基复合发泡材料及其制备方法”（CN 102285778 A）的专利技术公开了一种以水泥和粉煤灰为主要原料，利用发泡法制备轻质保温材料的方法，该方法主要缺点体现在：（1）大量使用水泥结合，提高了成本；（2）由于水泥中含有大量CaO，在高温下易与SiO₂形成低共熔相，限制了其使用范围，无法应用于高温领域；（3）样品养护时间长，过程复杂，不利于工业生产。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种节约资源、环境友好、无需结合剂、脱模时间快、干燥周期短和适合大规模工业化生产的粉煤灰基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强度、较低的体积密度和较低的导热系数。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先以50~90wt%的粉煤灰和10~50wt%的矾土为原料，外加所述原料0.5~5.0wt%的膨胀剂、25~60wt%的水和0.1~1.0wt%的减水剂，混合3~15min，制成泥料；然后外加所述原料0.5~2.0wt%的发泡剂所制成的泡沫，搅拌均匀，再外加所述原料1~5wt%的凝胶剂、0.1~1.0wt%的热固性树脂和1~3wt%的固化剂，搅拌3~5min，浇注成型。在室温条件下自然干燥3~10h，脱模，在60~120℃条件下烘烤12~24h，最后在1150~1550℃条件下保温3~12h，即得粉煤灰基莫来石轻质隔热砖。

所述粉煤灰的主要化学组分是：Al₂O₃为25~40wt%、SiO₂ 为30~54wt%、Fe₂O₃为0.1~3.0wt%、TiO₂为1.0~2.0wt%、CaO为3.0~8.0wt%和烧失为3~5wt%；其粒径≤0.088mm。