本發(fā)明屬于耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種基于聚氯化鋁廢渣的莫來石質(zhì)耐火材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
輕質(zhì)耐火材料的服役性能，對于高溫工業(yè)的節(jié)能降耗及安全生產(chǎn)至關(guān)重要。隨著高溫工業(yè)的發(fā)展，高強、微孔和低導熱等性能已成為輕質(zhì)耐火材料研究開發(fā)的重要方向。由于莫來石具有熱震穩(wěn)定性高、熱膨脹系數(shù)小、化學穩(wěn)定性高等優(yōu)良特性，因而成為輕質(zhì)耐火材料的重要研究對象。為達到高強、微孔和低導熱等性能要求，人們通常引入有機/無機發(fā)泡劑、燒失劑、或利用鹽類分解等特性以實現(xiàn)輕質(zhì)耐火材料的開發(fā)與生產(chǎn)，但現(xiàn)有技術(shù)中仍存在以下缺點：
⑴引入的有機添加劑、黏合劑或結(jié)合劑，高溫下炭化、分解，產(chǎn)生濃煙和刺激性氣體，污染環(huán)境；
⑵引入的部分原料或添加劑熔點較低，產(chǎn)生的低熔點液相加劇了材料的收縮、降低了產(chǎn)品的使用壽命；
⑶強度較小，受外部應(yīng)力、機械振動等作用后，易發(fā)生變形、裂紋，影響保溫襯體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、弱化保溫效果。
聚合氯化鋁廢渣是鋁礬土和鋁酸鈣粉在一定條件下和鹽酸或混合酸反應(yīng)得到液體聚合氯化鋁（PAC）的殘余固體形成的廢渣。我國年產(chǎn)400kt液體PAC，每生產(chǎn)1t含10%氧化鋁的液體PAC就會產(chǎn)生150kg廢渣，每年將會產(chǎn)生60kt固體廢渣。此類廢渣呈粘稠狀，具弱酸性，對環(huán)境有極大危害。
目前，國內(nèi)外對PAC廢渣的主要處理方式是填埋、堆棄、制磚或生產(chǎn)肥料等。填埋、堆棄等方式，處理成本高，污染環(huán)境，也占用土地資源。“一種以聚氯化鋁廢渣和赤泥為主料的免燒磚及其制備方法”(ZL 201310486365.5)專利技術(shù)，以赤泥、聚合氯化鋁廢渣、活性礦物材料、石灰和石膏為原料，經(jīng)加水攪拌混合、壓制成型、撒水養(yǎng)護制得免燒磚?！耙环N聚氯化鋁濾渣再利用工藝”(CN 201410572881.4)專利技術(shù)，以聚合氯化鋁濾渣為原料，回用于聚氯化鋁生產(chǎn)系統(tǒng)，減少了濾渣的排放量。然而，現(xiàn)有的技術(shù)并沒有充分利用PAC廢渣的特性，也未進行綜合開發(fā)利用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的是提供一種原料來源廣泛和生產(chǎn)成本低的基于聚氯化鋁廢渣的莫來石質(zhì)耐火材料的制備方法，用該方法制備的基于聚氯化鋁廢渣的莫來石質(zhì)耐火材料常溫耐壓強度高、體積密度小和導熱系數(shù)低。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案的具體步驟是：
第一步，將20~50wt%的聚氯化鋁廢渣、40~70wt%的含鋁原料和0.1~10wt%的添加劑混合均勻，即得混合料；外加所述混合料8~15倍質(zhì)量的水，于50~90℃條件下攪拌3~6小時，靜置，過濾，得到過濾料。
第二步，將60~80wt%的所述過濾料、10~30wt%的城市污泥和0.1~10wt%的表面活性劑混合均勻，在50~100MPa條件下壓制成型；然后置于還原氣氛和700~1000℃條件下熱處理3~6小時，破碎，研磨，篩分，得到粒度小于0.045mm的A物料和粒度為0.045~2.5mm的B物料。
第三步，將40~60wt%的所述A物料、1~10wt%的含鋅原料和1~10wt%的所述表面活性劑、1~10wt%的所述添加劑、20~40wt%的含鋁溶液混合均勻，球磨，得到C料漿。
第四步，將5~15wt%的所述過濾料、10~30wt%的莫來石顆粒、5~15wt%的莫來石細粉、5~15wt%的所述A物料、5~15wt%的所述B物料和10~30wt%的所述C料漿混合均勻，在50~100MPa條件下壓制成型；然后于還原氣氛和700~1000℃條件下熱處理3~6小時，再于中性氣氛和1200~1500℃條件下熱處理3~6小時，得到基于聚氯化鋁廢渣的莫來石質(zhì)耐火材料。
所述聚氯化鋁廢渣的粒度小于0.088mm，所述聚氯化鋁廢渣的含水量小于30 wt%，所述聚氯化鋁廢渣中Al的含量大于18wt%。
所述含鋁原料的粒度小于0.088mm；所述含鋁原料為氫氧化鋁或為氧化鋁微粉，所述氫氧化鋁中Al(OH)3的含量大于99wt%，所述氧化鋁微粉中Al2O3的含量大于99wt%。
所述城市污泥的粒度小于0.088mm，所述城市污泥的含水量小于10wt%；所述城市污泥中SiO2含量大于30wt%，F(xiàn)e2O3含量小于6wt%，Al2O3含量大于10wt%。
所述添加劑為山梨糖醇或為羥基硬脂精。
所述表面活性劑為椰油酸二乙醇酰胺或為烷基糖苷。
所述還原氣氛為氫氣氣氛或為一氧化碳氣氛。
所述含鋅原料的粒度小于0.088mm；所述含鋅原料為碳酸鋅或為硫酸鋅，所述碳酸鋅中ZnCO3的含量大于99wt%，所述硫酸鋅中ZnSO4的含量大于99wt%。
所述含鋁溶液為鋁溶膠或為聚氯化鋁的水溶液，含鋁溶液的濃度為25~30wt%。
所述莫來石中Al2O3的含量大于70wt%，所述莫來石顆粒的粒度為3~5mm，所述莫來石細粉的粒度小于0.088mm。
所述中性氣氛為氮氣氣氛或為氬氣氣氛。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：
本發(fā)明所采用的原料來源廣泛，生產(chǎn)成本低；本發(fā)明通過對各步驟中的氣氛、粒度、成型及熱處理等工序的嚴格控制，既有利于不同原料顆粒的均化及各種原料顆粒之間的緊密接觸，也為微結(jié)構(gòu)的形成提供了合理空間，因而所制備的基于聚氯化鋁廢渣的莫來石質(zhì)耐火材料常溫耐壓強度高、體積密度小和導熱系數(shù)低。
本發(fā)明制備的基于聚氯化鋁廢渣的莫來石質(zhì)耐火材料經(jīng)檢測：常溫耐壓強度大于9MPa；體積密度小于0.9g/cm3；導熱系數(shù)為0.1~0.2w/(m·K)。
因此，本發(fā)明具有原料來源廣泛和生產(chǎn)成本低的特點，制備的基于聚氯化鋁廢渣的莫來石質(zhì)耐火材料常溫耐壓強度高、體積密度小和導熱系數(shù)低。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。
為避免重復，先將本具體實施方式所涉及的物料統(tǒng)一描述如下，實施例中不再贅述：
所述聚氯化鋁廢渣的含水量小于30wt%，所述聚氯化鋁廢渣中Al的含量大于18wt%，所述聚氯化鋁廢渣的粒度小于0.088 mm。
所述氫氧化鋁中Al(OH)3的含量大于99wt%，所述氧化鋁微粉中Al2O3的含量大于99wt%，所述含鋁原料的粒度小于0.088 mm。
所述城市污泥的含水量小于10 wt%，所述城市污泥中SiO2含量大于30wt%，F(xiàn)e2O3含量小于6wt%，Al2O3含量大于10wt%，所述城市污泥的粒度小于0.088mm。
所述碳酸鋅中ZnCO3的含量大于99wt%，所述硫酸鋅中ZnSO4的含量大于99wt%，所述含鋅原料的粒度小于0.088mm。
含鋁溶液的濃度為25~30wt%。
所述莫來石中Al2O3的含量大于70wt%，所述莫來石顆粒的粒度為3~5mm，所述莫來石細粉的粒度小于0.088mm。
實施例1
一種基于聚氯化鋁廢渣的莫來石質(zhì)耐火材料及其制備方法。所述制備方法是：
第一步，將20~35wt%的聚氯化鋁廢渣、55~70wt%的含鋁原料和0.1~10wt%的添加劑混合均勻，即得混合料；外加所述混合料8~13倍質(zhì)量的水，于50~80℃條件下攪拌3~6小時，靜置，過濾，得到過濾料。
第二步，將60~70wt%的所述過濾料、20~30wt%的城市污泥和0.1~10wt%的表面活性劑混合均勻，在50~100MPa條件下壓制成型；然后置于還原氣氛和700~900℃條件下熱處理3~6小時，破碎，研磨，篩分，得到粒度小于0.045mm的A物料和粒度為0.045~2.5mm的B物料。
第三步，將40~50wt%的所述A物料、1~10wt%的含鋅原料和1~10wt%的所述表面活性劑、1~10wt%的所述添加劑、30~40wt%的含鋁溶液混合均勻，球磨，得到C料漿。
第四步，將5~15wt%的所述過濾料、10~20wt%的莫來石顆粒、5~15wt%的莫來石細粉、5~15wt%的所述A物料、5~15wt%的所述B物料和20~30wt%的所述C料漿混合均勻，在50~100MPa條件下壓制成型；然后于還原氣氛和700~900℃條件下熱處理3~6小時，再于中性氣氛和1200~1400℃條件下熱處理3~6小時，得到基于聚氯化鋁廢渣的莫來石質(zhì)耐火材料。
本實施例中：
所述含鋁原料為氫氧化鋁；
所述添加劑為山梨糖醇；
所述表面活性劑為椰油酸二乙醇酰胺；
所述還原氣氛為氫氣氣氛；
所述含鋅原料為碳酸鋅；
所述含鋁溶液為鋁溶膠；
所述中性氣氛為氮氣氣氛。
實施例2
一種基于聚氯化鋁廢渣的莫來石質(zhì)耐火材料及其制備方法。本實施例除下述物料外其余同實施例1：
所述含鋁原料為氧化鋁微粉；
所述添加劑為羥基硬脂精；
所述表面活性劑為烷基糖苷；
所述還原氣氛為一氧化碳氣氛；
所述含鋅原料為硫酸鋅；
所述含鋁溶液為聚氯化鋁的水溶液；
所述中性氣氛為氬氣氣氛。
實施例3
一種基于聚氯化鋁廢渣的莫來石質(zhì)耐火材料及其制備方法。所述制備方法是：
第一步，將35~50wt%的聚氯化鋁廢渣、40~55wt%的含鋁原料和0.1~10wt%的添加劑混合均勻，即得混合料；外加所述混合料10~15倍質(zhì)量的水，于60~90℃條件下攪拌3~6小時，靜置，過濾，得到過濾料。
第二步，將70~80wt%的所述過濾料、10~20wt%的城市污泥和0.1~10wt%的表面活性劑混合均勻，在50~100MPa條件下壓制成型；然后置于還原氣氛和800~1000℃條件下熱處理3~6小時，破碎，研磨，篩分，得到粒度小于0.045mm的A物料和粒度為0.045~2.5mm的B物料。
第三步，將50~60wt%的所述A物料、1~10wt%的含鋅原料、1~10wt%的所述表面活性劑、1~10wt%的所述添加劑、20~30wt%的含鋁溶液混合均勻，球磨，得到C料漿。
第四步，將5~15wt%的所述過濾料、20~30wt%的莫來石顆粒、5~15wt%的莫來石細粉、5~15wt%的所述A物料、5~15wt%的所述B物料和10~20wt%的所述C料漿混合均勻，在50~100MPa條件下壓制成型；然后于還原氣氛和800~1000℃條件下熱處理3~6小時，再于中性氣氛和1300~1500℃條件下熱處理3~6小時，得到基于聚氯化鋁廢渣的莫來石質(zhì)耐火材料。
本實施例中：
所述含鋁原料為氫氧化鋁；
所述添加劑為山梨糖醇；
所述表面活性劑為椰油酸二乙醇酰胺；
所述還原氣氛為氫氣氣氛；
所述含鋅原料為碳酸鋅；
所述含鋁溶液為鋁溶膠；
所述中性氣氛為氮氣氣氛。
實施例4
一種基于聚氯化鋁廢渣的莫來石質(zhì)耐火材料及其制備方法。本實施例除下述物料外其余同實施例3：
所述含鋁原料為氧化鋁微粉；
所述添加劑為羥基硬脂精；
所述表面活性劑為烷基糖苷；
所述還原氣氛為一氧化碳氣氛；
所述含鋅原料為硫酸鋅；
所述含鋁溶液為聚氯化鋁的水溶液；
所述中性氣氛為氬氣氣氛。
本具體實施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：
本具體實施方式所采用的原料來源廣泛，生產(chǎn)成本低；本具體實施方式通過對各步驟中的氣氛、粒度、成型及熱處理等工序的嚴格控制，既有利于不同原料顆粒的均化及各種原料顆粒之間的緊密接觸，也為微結(jié)構(gòu)的形成提供了合理空間，因而所制備的基于聚氯化鋁廢渣的莫來石質(zhì)耐火材料常溫耐壓強度高、體積密度小和導熱系數(shù)低。
本具體實施方式制備的基于聚氯化鋁廢渣的莫來石質(zhì)耐火材料經(jīng)檢測：常溫耐壓強度大于9MPa；體積密度小于0.9g/cm3；導熱系數(shù)為0.1~0.2w/(m·K)。
因此，本具體實施方式具有原料來源廣泛和生產(chǎn)成本低的特點，制備的基于聚氯化鋁廢渣的莫來石質(zhì)耐火材料常溫耐壓強度高、體積密度小和導熱系數(shù)低。