原位分解反应制备镁钙质功能材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种原位分解反应制备镁钙质功能材料的方法。其技术方案是：先将30~60wt%的镁砂颗粒、10~30wt%的镁砂细粉、5~40wt%的石灰石、5~15wt%的镁铝水滑石、0~10wt%的水和0~4wt%的结合剂混合，搅拌均匀，成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥4~24小时，然后在200~1100℃条件下保温1~8小时，即得镁钙质功能材料。本发明专利技术工艺简单和原材料丰富，所制备的镁钙质功能材料体积密度小、隔热保温性能优异、强度高、抗侵蚀性能优异、高温体积稳定性好和热震稳定性能优良、净化钢水效果好、原材料丰富、施工简便和使用范围广。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种。其技术方案是：先将30~60wt%的镁砂颗粒、10~30wt%的镁砂细粉、5~40wt%的石灰石、5~15wt%的镁铝水滑石、0~10wt%的水和0~4wt%的结合剂混合，搅拌均匀，成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥4~24小时，然后在200~1100℃条件下保温1~8小时，即得镁钙质功能材料。本专利技术工艺简单和原材料丰富，所制备的镁钙质功能材料体积密度小、隔热保温性能优异、强度高、抗侵蚀性能优异、高温体积稳定性好和热震稳定性能优良、净化钢水效果好、原材料丰富、施工简便和使用范围广。【专利说明】
本专利技术属于镁钙质功能材料
，尤其涉及一种。
技术介绍
随着能源的日益紧张，各国对高温工业用节能材料的研制、生产和使用日益重视。轻质和半轻质耐火材料由于质轻、气孔率高、体积密度小和导热率低的特点，在节能上优势明显，因而在高温工业得到了广泛应用，起到了保温和节能降耗的作用。现有轻质和半轻质耐火材料的主要化学成分为氧化铝和二氧化硅，属于传统的铝硅系材料，材料的主要矿物为刚玉、莫来石、石英和玻璃相等。由于铝硅系耐火原料在地球上储备丰富，因而一直在保温隔热材料领域的应用上占有统治地位。但是，铝硅系轻质耐火材料属于酸性或中性耐火材料，只适用于酸性和中性的工作环境，其在高温使用过程中，容易与环境中的碱性物质或材料发生反应，导致低熔相的产生，会严重影响轻质材料的力学性能和使用寿命。因而，开发碱性轻质材料以满足碱性使用环境中对保温和隔热材料的需要成为关注重点之一。目前，碱性轻质材料的研究、制备和应用已有报道，其中: 一种材料的主要组分为方镁石和镁铝尖晶石，可以达到在碱性环境中使用的目的。其制备方法是:将菱镁矿粉、轻烧氧化镁粉、高铝矾土粉、氢氧化铝粉和可烧失物混合，外加水和结合剂搅拌均匀，经成型、干燥、烧成、保温和冷却后制得。该类合成方法虽有其优点，如:材料的主要矿相方镁石和镁铝尖晶石的耐火性能优良，抗碱性物质侵蚀能力强，但存在的缺点也是明显的，即制备 轻质方镁石-镁铝尖晶石耐火材料的工艺比较复杂，原料种类较多，混合时间长，对混合设备的性能要求较高。同时，采用机械混合的方式难以使各种原料分布均匀，混合料中相关反应的进行并不充分，高温烧成后，难以得到显微结构和化学组分均匀的轻质材料，达不到材料设计者的初衷，从而导致材料的物理性能不稳定，保温和隔热效果难以满足高温工业需要。另一种碱性轻质材料是使用了石灰石的镁钙质材料，主要组分为方镁石、镁钙砂和方钙石。其制备的方法是:将镁砂和石灰石(碳酸钙)混合，同时加入有机或无机结合剂，通过干式振动或喷涂的方法进行造衬。这种合成材料的优点是对钢水有很好的洁净作用，可以吸附钢中的氧化夹杂物及硫和磷等。缺点是由于使用的石灰石粒径较大，石灰石在高温下分解后会导致材料的高温强度降低，钢水在材料中的渗透加剧。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单和原材料丰富的；用该方法制备的镁钙质功能材料体积密度小、隔热保温性能优异、强度高、抗侵蚀性能优异、高温体积稳定性好、热震稳定性能优良、净化钢水效果好、施工简便和使用范围广。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是:先将3(T60wt%的镁砂颗粒、10~30wt%的镁砂细粉、5~40wt%的石灰石、5~15wt%的镁铝水滑石、0~10wt%的水和0~4wt%的结合剂混合，搅拌均匀，成型；再将成型后的坯体在110°C条件下干燥4~24小时，然后在200~ll00°C条件下保温1~ 8小时，即得镁钙质功能材料。所述镁砂颗粒中的MgO含量≥95wt% ;镁砂颗粒的粒径为0.2~11mm。所述镁砂细粉中的MgO含量> 95wt% ;镁砂细粉的粒径为3~200 μ m。所述石灰石中的CaCO3含量> 90wt% ;石灰石的粒径< lOOnm。所述镁铝水滑石中的Mg(4_6)Al2 (OH) (12_16) (CO3) 4H20含量≥90wt%,镁铝水滑石的粒度< 0.2mm。 所述成型方法为干式振动成型或浇注成型。所述结合剂为糊精或为聚乙烯醇，所述结合剂浇注成型时使用。由于采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比具有如下积极效果: 本专利技术通过加入纳米石灰石，在高温下生成活性很高的氧化钙，起到净化钢水的作用，由于使用的是纳米石灰石，其分解反应所形成的气孔孔径很小，不会明显降低材料的强度；镁铝水滑石原位分解反应在材料内形成方镁石-镁铝尖晶石复合结合体系，均匀的分布在材料基质中将颗粒胶结起来，提高了材料的中高温强度。本专利技术所制备的产品能避免现有技术因采用多种原材料混合进而反应制备的轻质材料导致结构和组分不均的问题。典型的镁铝水滑石Mg6Al2 (OH)16(CO3) 4H20是一种天然存在的矿物，在催化剂、医药、化妆品、涂料和塑料加工等领域有广泛的应用。自然界中镁铝水滑石的存储量有限，因而人们通过各种合成的方法来制备镁铝水滑石，主要合成方法包括:共沉淀法、离子交换法、焙烧还原法等。在镁铝水滑石的合成过程中，由于工艺控制和配料的差异，所得到的人工合成镁铝水滑石在化学成分上存在一定的差异，具体体现在Mg2+和OH—离子数量的差异上，其通式可用Mg(4_6)Al2(0H) (12_16) (CO3) 4H20来表示。水滑石在200°C~250°C左右开始分解，分解产物可以起到胶结材料颗粒的作用，可作为采用干式振动成型时的材料的结合剂使用。本专利技术中的石灰石和镁铝水滑石分解后，释放出二氧化碳和水蒸汽，在原位留下微孔，材料的矿物组成为方镁石、方钙石(氧化钙)和镁铝尖晶石等高温矿相。本专利技术相对现有合成隔热材料的生产方法，制备工艺简单，能得到组织结构均匀的镁钙质材料；相对于现有的镁钙质材料，所制备的复合材料具有体积密度较小、强度较高、抗侵蚀性能优异、高温体积稳定性好和热震稳定性能优良的特点。同时，由于使用了纳米碳酸钙，材料强度比传统镁钙耐火材料高，净化钢水的能力也更强。可作为高温冶金工业的窑炉及容器的内衬材料使用。故本专利技术能得到组分和结构均匀的兼顾隔热和净化钢水作用的镁钙质功能材料。因此，本专利技术工艺简单和原材料丰富，所制备的镁钙质功能材料体积密度小、隔热保温性能优异、强度高、抗侵蚀性能优异、高温体积稳定性好和热震稳定性能优良、净化钢水效果好、原材料丰富、施工简便和使用范围广。【具体实施方式】下面结合【具体实施方式】对本专利技术做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。本【具体实施方式】中:所述镁砂颗粒中的MgO含量> 95wt% ;镁砂颗粒的粒径为0. 2?11mm ;所述镁砂细粉中的MgO含量> 95wt% ;镁砂细粉的粒径为3?200 u m ;所述石灰石 中的CaC03含量≥90wt% ;石灰石的粒径< lOOnm ;所述镁招水滑石中的Mg(4_6)Al2 (0H) (12_16) (C03)4H20含量> 90wt%，镁铝水滑石的粒度< 0. 2mm。所述结合剂为糊精或为聚乙烯醇，所 述结合剂浇注成型时使用。实施例中不再赘述。实施例1一种。先将4(T60wt%的镁砂颗粒、l(T25wt% 的镁砂细粉、5?15wt%的石灰石、l(Tl5wt%的镁铝水滑石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原位分解反应制备镁钙质功能材料的方法，其特征在于先将30~60wt%的镁砂颗粒、10~30wt%的镁砂细粉、5~40wt%的石灰石、5~15wt%的镁铝水滑石、0~10wt%的水和0~4wt%的结合剂混合，搅拌均匀，成型；再将成型后的坯体在110℃条件下干燥4~24小时，然后在200~1100℃条件下保温1~8小时，即得镁钙质功能材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏耀武，李楠，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42