本發(fā)明屬于方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和高溫化學(xué)穩(wěn)定性能，廣泛應(yīng)用于水泥回轉(zhuǎn)窯的上過(guò)渡帶和燒成帶，由于其密度大和導(dǎo)熱系數(shù)高，在水泥生產(chǎn)時(shí)容易造成回轉(zhuǎn)窯筒體溫度過(guò)高，導(dǎo)致大量的熱量損失，因此發(fā)展輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料是降低水泥窯內(nèi)襯導(dǎo)熱系數(shù)的重要途徑。與此同時(shí)，隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，大量的城市固體廢棄物對(duì)自然環(huán)境造成嚴(yán)重污染。而廢棄物中有機(jī)類垃圾約占50~60%，可作替代燃料使用，既能有效處置城市固體廢棄物，又能節(jié)約大量能源。但替代燃料燃燒后所產(chǎn)生的鹽堿和重金屬氧化物具有強(qiáng)化學(xué)侵蝕性，對(duì)水泥回轉(zhuǎn)窯的上過(guò)渡帶和燒成帶用耐火材料提出更高的要求。因此，發(fā)展基于替代燃料水泥窯用輕量化耐火材料迫在眉睫，對(duì)我國(guó)水泥工業(yè)的節(jié)能減排、解決“垃圾圍城”的窘境具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

目前，關(guān)于輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料的研究已有報(bào)道。如“一種方鎂石-尖晶石輕量耐火材料及其制備方法”（zl201610172527.1）專利技術(shù)，采用氧化鎂碳熱還原輸運(yùn)氧化法制得了不同密度梯度的輕量方鎂石-尖晶石耐火材料，制備過(guò)程需嚴(yán)格的氣氛條件，制備的材料表面致密、內(nèi)部疏松，一旦表面致密層損毀而內(nèi)部疏松的多孔結(jié)構(gòu)與侵蝕介質(zhì)接觸，材料將會(huì)受到嚴(yán)重侵蝕，難以用于使用替代燃料的水泥回轉(zhuǎn)窯中。又如“水泥回轉(zhuǎn)窯用輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料及其制備方法”（zl201410059476.2）專利技術(shù)，以多孔方鎂石-尖晶石骨料替代致密鎂砂骨料，制得的輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料盡管熱震穩(wěn)定性較好和強(qiáng)度較高，但氣孔孔徑較大、透氣度高、抗鹽堿及重金屬氧化物侵蝕能力差，難以用于使用替代燃料的水泥回轉(zhuǎn)窯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單和孔徑為納米級(jí)的輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料的制備方法，用該方法制備的輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料不僅導(dǎo)熱系數(shù)較低、強(qiáng)度較高和熱震穩(wěn)定性優(yōu)異，且抗鹽堿侵蝕、抗水泥熟料侵蝕和抗重金屬氧化物侵蝕的能力強(qiáng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

所述輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料的成分是：以14~21wt%的粒徑為3~5mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料顆粒、27~36wt%的粒徑小于3mm且大于等于1mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料顆粒和12~18wt%的粒徑小于1mm且大于等于0.1mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料顆粒為骨料，以10~20wt%的粒徑小于0.074mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料細(xì)粉、8~10wt%的鎂鋁尖晶石細(xì)粉和10~20wt%的鎂砂細(xì)粉為基質(zhì)，以所述骨料和基質(zhì)之和2~8wt%的al³⁺溶液為結(jié)合劑。

按上述成分及其含量：先將所述骨料置于真空攪拌機(jī)中，抽真空至2.0kpa以下，再將所述結(jié)合劑倒入所述真空攪拌機(jī)中，攪拌10~15分鐘，關(guān)閉抽真空系統(tǒng)；然后將所述基質(zhì)倒入所述真空攪拌機(jī)中，攪拌均勻；在100~200mpa條件下機(jī)壓成型，成型后的坯體在60~140℃條件下干燥12~36小時(shí)，在1500~1650℃條件下保溫3~8小時(shí)，冷卻，即得輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料。

所述納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料的制備步驟是：

第一步、先將菱鎂礦細(xì)粉以0.7~1.7℃/min的速率升溫至600~800℃，保溫3~5小時(shí)；再以1.5~2.3℃/min的速率升溫至1000~1300℃，保溫3~7小時(shí)，冷卻，得到高孔隙率的氧化鎂粉體；

第二步、按所述高孔隙率的氧化鎂粉體為68~95wt%、含al³⁺溶液為1~20wt%和氫氧化鋁微粉為1~25wt%，先將所述高孔隙率的氧化鎂粉體置于真空攪拌機(jī)中，抽真空至2.0kpa以下，再將所述含al³⁺溶液和所述氫氧化鋁微粉倒入真空攪拌機(jī)中，攪拌20~40分鐘，關(guān)閉抽真空系統(tǒng)，得到混合料；

第三步、將所述混合料升溫至150~250℃，保溫3~6h，冷卻，在50~120mpa條件下機(jī)壓成型，成型后的坯體于120~140℃條件下干燥24~48小時(shí)；然后以1.5~2.5℃/min的速率升溫至1000~1300℃，保溫3~7小時(shí)，再以5~7℃/min的速率升溫至1500~1650℃，保溫5~9小時(shí)，冷卻，即得納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料。

所述含al³⁺溶液為鋁溶膠、或?yàn)槁然X溶液、或?yàn)殇X溶膠和氯化鋁溶液的混合物；所述混合物中的鋁溶膠∶氯化鋁溶液的質(zhì)量比為1：（0.5~2）。

所述鎂鋁尖晶石細(xì)粉的粒徑小于0.074mm；所述鎂鋁尖晶石細(xì)粉的al2o3含量為50~72wt%。

所述鎂砂細(xì)粉的粒徑小于0.074mm；所述鎂砂細(xì)粉的mgo含量大于96wt%。

所述鋁溶膠的固含量為20~30wt%；所述鋁溶膠的al2o3含量為10~15wt%。

所述氯化鋁溶液中的alcl3含量為11~15wt%。

所述菱鎂礦細(xì)粉的粒徑小于0.088mm；所述菱鎂礦細(xì)粉的mgo含量為44~50wt%。

所述氫氧化鋁微粉的粒徑小于0.006mm；所述氫氧化鋁微粉的al2o3含量為60~66wt%。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下積極效果：

（1）本發(fā)明采用的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料的制備方法是：首先，利用菱鎂礦細(xì)粉在600~800℃條件下分解產(chǎn)生納米級(jí)氣孔，利用其在1000~1300℃時(shí)表面擴(kuò)散和蒸發(fā)-凝聚的物質(zhì)傳輸過(guò)程使氧化鎂微晶之間產(chǎn)生頸部鏈接，限制燒結(jié)中后期的顆粒重排，得到了高孔隙率的氧化鎂粉體；其次，向高孔隙率的氧化鎂粉體中引入含al³⁺的溶液，在真空條件下讓溶液中固相富集在顆粒頸部，通過(guò)高溫下原位反應(yīng)生成具有一定體積膨脹的鎂鋁尖晶石，阻礙納米孔合并長(zhǎng)大；最后，向高孔隙率的氧化鎂粉體中加入氫氧化鋁微粉以填充高孔隙率的氧化鎂粉體顆粒之間的空隙，一方面會(huì)使氧化鎂顆粒間的氣孔納米化，另一方面與氧化鎂原位反應(yīng)形成尖晶石頸部連接，以阻止氧化鎂顆粒在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中的重排；從而得到納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料。將所述納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料破碎、篩分和球磨后，得到三種不同粒徑的陶瓷顆粒和陶瓷細(xì)粉。

本發(fā)明采用的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料的顯氣孔率為20~38%、體積密度為2.16~2.82g/cm³和平均孔徑為300~900nm，物相組成為方鎂石和鎂鋁尖晶石，使所制得的輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)較低、強(qiáng)度較高和熱震穩(wěn)定性優(yōu)異。

（2）本發(fā)明在輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料的制備方面，將部分鋁溶膠或/和氯化鋁溶液中的al³⁺離子填充在骨料的表面孔中，部分鋁溶膠或/和氯化鋁溶液中的al³⁺離子附著在骨料表面，高溫下含al³⁺溶液與骨料和基質(zhì)中的mgo原位形成mgal2o4，既能堵塞骨料表面部分氣孔，減少了氣孔的貫通性，又能增強(qiáng)骨料和基質(zhì)間的固固結(jié)合；同時(shí)，調(diào)整基質(zhì)中細(xì)粉的粒度分布，使基質(zhì)中氣孔納米化、低貫通化；這樣，可實(shí)現(xiàn)輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料中氣孔尺寸納米化和低貫通化，能在降低材料導(dǎo)熱系數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料的強(qiáng)度、熱震穩(wěn)定性和抗鹽堿、水泥熟料、重金屬氧化物侵蝕的能力。

本發(fā)明所制備的輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料經(jīng)檢測(cè)：顯氣孔率為22~36%；體積密度為2.20~2.80g/cm³；平均孔徑為300~2000nm；耐壓強(qiáng)度為60~120mpa。

因此，本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，所制備的輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料的孔徑為納米級(jí)，不僅導(dǎo)熱系數(shù)較低、強(qiáng)度較高、熱震穩(wěn)定性優(yōu)異，且抗鹽堿侵蝕、抗水泥熟料侵蝕和抗重金屬氧化物的侵蝕能力強(qiáng)，適用于水泥回轉(zhuǎn)窯的上過(guò)渡帶和燒成帶。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制。

為避免重復(fù)，先將本具體實(shí)施方式中的骨料、基質(zhì)和結(jié)合劑統(tǒng)一描述如下，實(shí)施例中不再贅述：

所述納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料經(jīng)破碎、篩分和球磨，分別得到：

粒徑為3~5mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料顆粒；

粒徑小于3mm且大于等于1mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料顆粒；

粒徑小于1mm且大于等于0.1mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料顆粒；

粒徑小于0.074mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料細(xì)粉。

所述納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料：顯氣孔率為20~38%；體積密度為2.16~2.82g/cm³；平均孔徑為300~900nm；物相組成為方鎂石和鎂鋁尖晶石。

所述鎂鋁尖晶石細(xì)粉的粒徑小于0.074mm；所述鎂鋁尖晶石細(xì)粉的al2o3含量為50~72wt%。

所述鎂砂細(xì)粉的粒徑小于0.074mm；所述鎂砂細(xì)粉的mgo含量大于96wt%。

所述鋁溶膠的固含量為20~30wt%，所述鋁溶膠的al2o3含量為10~15wt%。

所述氯化鋁溶液中的alcl3含量為11~15wt%。

所述菱鎂礦細(xì)粉的粒徑小于0.088mm，所述菱鎂礦細(xì)粉的mgo含量為44~50wt%。

所述氫氧化鋁微粉的粒徑小于0.006mm，所述氫氧化鋁微粉的al2o3含量為60~66wt%。

實(shí)施例1

一種輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法是：

所述輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料的成分是：以17~21wt%的粒徑為3~5mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料顆粒、27~30wt%的粒徑小于3mm且大于等于1mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料顆粒和12~15wt%的粒徑小于1mm且大于等于0.1mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料顆粒為骨料，以10~12wt%的粒徑小于0.074mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料細(xì)粉、8~10wt%的鎂鋁尖晶石細(xì)粉和15~20wt%的鎂砂細(xì)粉為基質(zhì)；以所述骨料和基質(zhì)之和2~5wt%的al³⁺溶液為結(jié)合劑。

按上述成分及其含量：先將所述骨料置于真空攪拌機(jī)中，抽真空至2.0kpa以下，再將所述結(jié)合劑倒入所述真空攪拌機(jī)中，攪拌10~15分鐘，關(guān)閉抽真空系統(tǒng)；然后將所述基質(zhì)倒入所述真空攪拌機(jī)中，攪拌均勻。在100~120mpa條件下機(jī)壓成型，成型后的坯體在60~140℃條件下干燥12~18小時(shí)，在1500~1550℃條件下保溫3~5小時(shí)，冷卻，即得輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料。

所述納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料的制備步驟是：

第一步、先將菱鎂礦細(xì)粉以1.3~1.7℃/min的速率升溫至600~700℃，保溫3~5小時(shí)；再以1.7~2.3℃/min的速率升溫至1000~1200℃，保溫3~4小時(shí)，冷卻，得到高孔隙率的氧化鎂粉體；

第二步、按所述高孔隙率的氧化鎂粉體為68~83wt%、含al³⁺溶液為7~20wt%和氫氧化鋁微粉為10~25wt%，先將所述高孔隙率的氧化鎂粉體置于真空攪拌機(jī)中，抽真空至2.0kpa以下，再將所述含al³⁺溶液和所述氫氧化鋁微粉倒入真空攪拌機(jī)中，攪拌20~40分鐘，關(guān)閉抽真空系統(tǒng)，得到混合料；

第三步、將所述混合料升溫至150~170℃，保溫3~4h，冷卻，在50~90mpa條件下機(jī)壓成型，成型后的坯體于120~140℃條件下干燥24~30小時(shí)；然后以2.0~2.5℃/min的速率升溫至1000~1200℃，保溫3~4小時(shí)，再以6~7℃/min的速率升溫至1500~1600℃，保溫5~6小時(shí)，冷卻，即得納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料。

所述含al³⁺溶液為鋁溶膠。

本實(shí)施例中納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料：顯氣孔率30~38%；體積密度為2.16~2.40g/cm³；平均孔徑為600~900nm；物相組成為方鎂石和鎂鋁尖晶石。

本實(shí)施例所制備的輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料經(jīng)檢測(cè)：顯氣孔率為30~36%；體積密度為2.20~2.47g/cm³；平均孔徑為600~2000nm；耐壓強(qiáng)度為60~80mpa。

實(shí)施例2

一種輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法是：

所述輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料的成分是：以15~19wt%的粒徑為3~5mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料顆粒、31~34wt%的粒徑小于3mm且大于等于1mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料顆粒和14~17wt%的粒徑小于1mm且大于等于0.1mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料顆粒為骨料，以12~15wt%的粒徑小于0.074mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料細(xì)粉、8~10wt%的鎂鋁尖晶石細(xì)粉和15~18wt%的鎂砂細(xì)粉為基質(zhì)；以所述骨料和基質(zhì)之和3~6wt%的al³⁺溶液為結(jié)合劑。

按上述成分及其含量：先將所述骨料置于真空攪拌機(jī)中，抽真空至2.0kpa以下，再將所述結(jié)合劑倒入所述真空攪拌機(jī)中，攪拌10~15分鐘，關(guān)閉抽真空系統(tǒng)；然后將所述基質(zhì)倒入所述真空攪拌機(jī)中，攪拌均勻。在120~150mpa條件下機(jī)壓成型，成型后的坯體在60~140℃條件下干燥16~24小時(shí)，在1550~1600℃條件下保溫4~6小時(shí)，冷卻，即得輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料。

所述納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料的制備步驟是：

第一步、先將菱鎂礦細(xì)粉以1.3~1.7℃/min的速率升溫至600~700℃，保溫3~5小時(shí)；再以1.7~2.3℃/min的速率升溫至1000~1200℃，保溫4~5小時(shí)，冷卻，得到高孔隙率的氧化鎂粉體；

第二步、按所述高孔隙率的氧化鎂粉體為72~87wt%、含al³⁺溶液為5~18wt%和氫氧化鋁微粉為7~22wt%，先將所述高孔隙率的氧化鎂粉體置于真空攪拌機(jī)中，抽真空至2.0kpa以下，再將所述含al³⁺溶液和所述氫氧化鋁微粉倒入真空攪拌機(jī)中，攪拌20~40分鐘，關(guān)閉抽真空系統(tǒng)，得到混合料；

第三步、將所述混合料升溫至170~200℃，保溫4~5h，冷卻，在60~100mpa條件下機(jī)壓成型，成型后的坯體于120~140℃條件下干燥30~36小時(shí)；然后以2.0~2.5℃/min的速率升溫至1000~1200℃，保溫4~5小時(shí)，再以6~7℃/min的速率升溫至1500~1600℃，保溫6~7小時(shí)，冷卻，即得納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料。

所述含al³⁺溶液為氯化鋁溶液。

本實(shí)施例中納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料：顯氣孔率32~36%；體積密度為2.26~2.42g/cm³；平均孔徑為500~900nm；物相組成為方鎂石和鎂鋁尖晶石。

本實(shí)施例所制備的輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料經(jīng)檢測(cè)：顯氣孔率為30~34%；體積密度為2.36~2.50g/cm³；平均孔徑為500~1800nm；耐壓強(qiáng)度為60~90mpa。

實(shí)施例3

一種輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法是：

所述輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料的成分是：以16~20wt%的粒徑為3~5mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料顆粒、29~32wt%的粒徑小于3mm且大于等于1mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料顆粒和13~16wt%的粒徑小于1mm且大于等于0.1mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料顆粒為骨料，以15~18wt%的粒徑小于0.074mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料細(xì)粉、8~10wt%的鎂鋁尖晶石細(xì)粉和12~15wt%的鎂砂細(xì)粉為基質(zhì)；以所述骨料和基質(zhì)之和4~7wt%的al³⁺溶液為結(jié)合劑。

按上述成分及其含量：先將所述骨料置于真空攪拌機(jī)中，抽真空至2.0kpa以下，再將所述結(jié)合劑倒入所述真空攪拌機(jī)中，攪拌10~15分鐘，關(guān)閉抽真空系統(tǒng)；然后將所述基質(zhì)倒入所述真空攪拌機(jī)中，攪拌均勻。在150~170mpa條件下機(jī)壓成型，成型后的坯體在60~140℃條件下干燥18~24小時(shí)，在1550~1600℃條件下保溫3~5小時(shí)，冷卻，即得輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料。

所述納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料的制備步驟是：

第一步、先將菱鎂礦細(xì)粉以0.7~1.3℃/min的速率升溫至700~800℃，保溫3~5小時(shí)；再以1.5~2℃/min的速率升溫至1100~1300℃，保溫5~6小時(shí)，冷卻，得到高孔隙率的氧化鎂粉體；

第二步、按所述高孔隙率的氧化鎂粉體為76~91wt%、含al³⁺溶液為3~16wt%和氫氧化鋁微粉為4~19wt%，先將所述高孔隙率的氧化鎂粉體置于真空攪拌機(jī)中，抽真空至2.0kpa以下，再將所述含al³⁺溶液和所述氫氧化鋁微粉倒入真空攪拌機(jī)中，攪拌20~40分鐘，關(guān)閉抽真空系統(tǒng)，得到混合料；

第三步、將所述混合料升溫至200~220℃，保溫4~6h，冷卻，在70~110mpa條件下機(jī)壓成型，成型后的坯體于120~140℃條件下干燥36~42小時(shí)；然后以1.5~2.0℃/min的速率升溫至1100~1300℃，保溫5~6小時(shí)，再以5~6℃/min的速率升溫至1550~1650℃，保溫7~8小時(shí)，冷卻，即得納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料。

所述含al³⁺溶液為鋁溶膠和氯化鋁溶液的混合物；所述混合物中的鋁溶膠∶氯化鋁溶液的質(zhì)量比為1∶（0.5~2）。

本實(shí)施例中納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料：顯氣孔率27~32%；體積密度為2.42~2.58g/cm³；平均孔徑為500~800nm；物相組成為方鎂石和鎂鋁尖晶石。

本實(shí)施例所制備的輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料經(jīng)檢測(cè)：顯氣孔率為25~30%；體積密度為2.50~2.66g/cm³；平均孔徑為500~1500nm；耐壓強(qiáng)度為90~120mpa。

實(shí)施例4

一種輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料及其制備方法。本實(shí)施例所述制備方法是：

所述輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料的成分是：以14~18wt%的粒徑為5~3mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料顆粒、33~36wt%的粒徑小于3mm且大于等于1mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料顆粒和15~18wt%的粒徑小于1mm且大于等于0.1mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料顆粒為骨料，以16~20wt%的粒徑小于0.074mm的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料細(xì)粉、8~10wt%的鎂鋁尖晶石細(xì)粉和10~12wt%的鎂砂細(xì)粉為基質(zhì)；以所述骨料和基質(zhì)之和5~8wt%的al³⁺溶液為結(jié)合劑。

按上述成分及其含量：先將所述骨料置于真空攪拌機(jī)中，抽真空至2.0kpa以下，再將所述結(jié)合劑倒入所述真空攪拌機(jī)中，攪拌10~15分鐘，關(guān)閉抽真空系統(tǒng)；然后將所述基質(zhì)倒入所述真空攪拌機(jī)中，攪拌均勻。在170~200mpa條件下機(jī)壓成型，成型后的坯體在60~140℃條件下干燥24~36小時(shí)，在1600~1650℃條件下保溫5~8小時(shí)，冷卻，即得輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料。

所述納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料的制備步驟是：

第一步、先將菱鎂礦細(xì)粉以0.7~1.3℃/min的速率升溫至700~800℃，保溫3~5小時(shí)；再以1.5~2℃/min的速率升溫至1100~1300℃，保溫6~7小時(shí)，冷卻，得到高孔隙率的氧化鎂粉體；

第二步、按所述高孔隙率的氧化鎂粉體為80~95wt%、含al³⁺溶液為1~14wt%和氫氧化鋁微粉為1~16wt%，先將所述高孔隙率的氧化鎂粉體置于真空攪拌機(jī)中，抽真空至2.0kpa以下，再將所述含al³⁺溶液和所述氫氧化鋁微粉倒入真空攪拌機(jī)中，攪拌20~40分鐘，關(guān)閉抽真空系統(tǒng)，得到混合料；

第三步、將所述混合料升溫至220~250℃，保溫5~6h，冷卻，在80~120mpa條件下機(jī)壓成型，成型后的坯體于120~140℃條件下干燥42~48小時(shí)；然后以1.5~2.0℃/min的速率升溫至1100~1300℃，保溫6~7小時(shí)，再以5~6℃/min的速率升溫至1550~1650℃，保溫8~9小時(shí)，冷卻，即得納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料。

所述含al³⁺溶液為鋁溶膠和氯化鋁溶液的混合物；所述混合物中的鋁溶膠∶氯化鋁溶液的質(zhì)量比為1∶（0.5~2）。

本實(shí)施例中納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料：顯氣孔率20~28%；體積密度為2.52~2.82g/cm³；平均孔徑為300~600nm；物相組成為方鎂石和鎂鋁尖晶石。

本實(shí)施例所制備的輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料經(jīng)檢測(cè)：顯氣孔率為22~26%；體積密度為2.55~2.80g/cm³；平均孔徑為300~1200nm；耐壓強(qiáng)度為80~100mpa。

本具體實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下積極效果：

（1）本具體實(shí)施方式采用的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料的制備方法是：首先，利用菱鎂礦細(xì)粉在600~800℃條件下分解產(chǎn)生納米級(jí)氣孔，利用其在1000~1300℃時(shí)表面擴(kuò)散和蒸發(fā)-凝聚的物質(zhì)傳輸過(guò)程使氧化鎂微晶之間產(chǎn)生頸部鏈接，限制燒結(jié)中后期的顆粒重排，得到了高孔隙率的氧化鎂粉體；其次，向高孔隙率的氧化鎂粉體中引入含al³⁺的溶液，在真空條件下讓溶液中固相富集在顆粒頸部，通過(guò)高溫下原位反應(yīng)生成具有一定體積膨脹的鎂鋁尖晶石，阻礙納米孔合并長(zhǎng)大；最后，向高孔隙率的氧化鎂粉體中加入氫氧化鋁微粉以填充高孔隙率的氧化鎂粉體顆粒之間的空隙，一方面會(huì)使氧化鎂顆粒間的氣孔納米化，另一方面與氧化鎂原位反應(yīng)形成尖晶石頸部連接，以阻止氧化鎂顆粒在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中的重排；從而得到納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料。將所述納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料破碎、篩分和球磨后，得到三種不同粒徑的陶瓷顆粒和陶瓷細(xì)粉。

本具體實(shí)施方式采用的納米孔徑的多孔方鎂石-鎂鋁尖晶石陶瓷材料的顯氣孔率為20~38%、體積密度為2.16~2.82g/cm³和平均孔徑為300~900nm，物相組成為方鎂石和鎂鋁尖晶石，使所制得的輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)較低、強(qiáng)度較高和熱震穩(wěn)定性優(yōu)異。

（2）本具體實(shí)施方式在輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料的制備方面，將部分鋁溶膠或/和氯化鋁溶液中的al³⁺離子填充在骨料的表面孔中，部分鋁溶膠或/和氯化鋁溶液中的al³⁺離子附著在骨料表面，高溫下含al³⁺溶液與骨料和基質(zhì)中的mgo原位形成mgal2o4，既能堵塞骨料表面部分氣孔，減少了氣孔的貫通性，又能增強(qiáng)骨料和基質(zhì)間的固固結(jié)合；同時(shí)，調(diào)整基質(zhì)中細(xì)粉的粒度分布，使基質(zhì)中氣孔納米化、低貫通化；這樣，可實(shí)現(xiàn)輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料中氣孔尺寸納米化和低貫通化，能在降低材料導(dǎo)熱系數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料的強(qiáng)度、熱震穩(wěn)定性和抗鹽堿、水泥熟料、重金屬氧化物侵蝕的能力。

本具體實(shí)施方式所制備的輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料經(jīng)檢測(cè)：顯氣孔率為22~36%；體積密度為2.20~2.80g/cm³；平均孔徑為300~2000nm；耐壓強(qiáng)度為60~120mpa。

因此，本具體實(shí)施方式工藝簡(jiǎn)單，所制備的輕量化方鎂石-鎂鋁尖晶石耐火材料的孔徑為納米級(jí)，不僅導(dǎo)熱系數(shù)較低、強(qiáng)度較高、熱震穩(wěn)定性優(yōu)異，且抗鹽堿侵蝕、抗水泥熟料侵蝕和抗重金屬氧化物的侵蝕能力強(qiáng)，適用于水泥回轉(zhuǎn)窯的上過(guò)渡帶和燒成帶。