[发明专利]一种镁橄榄石型复相隔热材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种镁橄榄石型复相隔热材料的制备方法，以镍铁渣为原料，以漂珠为成孔剂，CMC(羧甲基纤维素钠)和玉米淀粉为有机结合剂，并通过控制1100℃～1300℃的焙烧温度，诱导镍铁渣的矿相重构，优化隔热相(堇青石、镁橄榄石、莫来石等)晶型转变历程，从而降低隔热材料的导热系数，并且还具有抗压强度高、体积密度小、吸水率低，气孔率低的优点，可以完全满足隔热材料的工业需求。本发明具有资源利用率高、生产效率高、附加值高、环境友好、工艺易于控制、生产成本低等诸多优点。

技术领域

本发明属于隔热材料领域，具体涉及一种轻质隔热材料的制备方法，尤其是涉及利用镍铁渣制备镁橄榄石型复相隔热材料的方法。

背景技术

节能保温具有显著的环境效益和经济效益，我国已经制定了一系列的节能目标法规。隔热材料具有较低的导热系数，对热流具有阻抗作用，因此，高性能(具有良好的机械性能和热学性能)隔热材料的研究与开发是其主要方向之一。目前最先进的和未来可能发展的隔热材料价格昂贵、工艺复杂，目前还不能应用于建筑或者工业中。传统的隔热材料包括有机材料，如天然植物纤维、聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫和挤塑聚苯乙烯泡沫，以及无机材料，包括岩石/矿棉、膨胀岩矿物、和泡沫地质聚合物等。虽然有机隔热材料具有很大的绝热性能，但其容易燃烧和释放大量有毒气体，已经造成许多火灾事故和悲剧。此外，制造成本昂贵。相比之下，无机隔热材料具有不燃性、廉价性和耐久性，可以有效地避免有机隔热材料的缺点。然而，物理性质，如热导率和表观密度，通常不如有机隔热材料。在这种情况下，开发一种高性能的无机保温材料迫在眉睫。镍铁渣是我国继铁渣、钢渣、赤泥之后的第四大工业固废，但是这并不意味着镍铁渣毫无价值，镍铁渣主要化学成分是二氧化硅和氧化镁，主要物相是镁铁橄榄石，在一定的烧结温度下，容易诱导出镁橄榄石。镁橄榄石型复相隔热材料是以镁橄榄石(Mg₂SiO₄) 作为主晶相，镁橄榄石的热导率低于方镁石和尖晶石。同时，镁橄榄石的导热率远低于刚玉，镁橄榄石的导热系数大约为方镁石的1/3。因此，与方镁石，刚玉，方镁石-尖晶石，莫来石等相比，镁橄榄石是一种更好的隔热材料。镁橄榄石型隔热材料属弱碱性隔热材料，具有强度高、熔点高、化学和矿物稳定性好、热导率低，且与大多数的碱性隔热材料具有良好的相容性等特点，可部分代替镁砖，主要用作有色金属冶炼炉炉衬材料，炼钢转炉的安全衬，锻造加热炉和水泥窑的内衬材料，玻璃窑蓄热室格子砖等。现有的镁橄榄石型复相隔热材料抗压强度为 1～8MPa，显气孔率为17.2～22.1％，体积密度为2.43～2.67g/cm³。然而对于隔热材料来说，普通隔热材料工业应用要求为体积密度小于1.5g/cm³，抗压强度大于 15MPa，导热系数低于1.5W/.K而对于目前的镁橄榄石型复相隔热材料抗压强度小于15MPa，因而现有的镁橄榄石型复相隔热材料在应用上还是很受限制的。

目前，作为镁橄榄石型复相隔热材料的原料主要有天然镁橄榄石和利用镁质与硅质原料合成镁橄榄石两种。由于天然镁橄榄石难以直接进行烧制隔热材料，且天然镁橄榄石中含有较多的铁、钙、铝等杂质，严重影响了其在冶金领域的应用。利用镁质与硅质原料合成镁橄榄石型隔热材料的原料主要包括直接利用纯物质合成和利用非纯物质合成两种，直接利用纯物质合成的镁橄榄石型复相隔热材料的原料性能高于天然原料，但是所需的条件比较苛刻，尤其是温度条件，不利于大规模生产。随着镁橄榄石型复相隔热材料在高温热工设备中的逐步展开应用，以冶金渣、尾矿等二次资源为原料，生产出质量合格且具有高性能参数的镁橄榄石型复相隔热材料，不仅可以降低隔热材料的生产成本，而且可以减小冶金渣的大量堆存给环境带来的不利影响，具有良好的经济效益、社会效益。