钙长石质轻质耐火材料的新型制备工艺研究

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1、钙长石质轻质耐火材料的新型制备工艺研究摘要在以煅烧矾土、煅烧高岭土和硅灰石为主要原料合成钙长石质耐火材料的基础上，利用硅溶胶凝胶浇注成型法，研究了植物蛋白发泡剂发泡制备钙长石质轻质耐火材料的新型制备工艺。此制备工艺是以植物蛋白作为发泡剂，阿拉伯树胶作为稳泡剂，以聚乙烯醇（PVA）作为粘结剂，硫酸铝作为促凝剂，氧化铝纤维作为增强纤维，混合配料后，用机械搅拌发泡，添加硅溶胶胶凝成奶酪状泡沫泥浆，以浇注方式成型耐火材料。此种新型钙长石质轻质耐火材料的最佳烧成温度为1280℃，体积密度为401.75kg/m3，常温耐压强度为1.3Mpa，抗折强度为0.98Mpa，

2、800℃时导热系数为0.16W/(m·k)。关键词植物蛋白发泡钙长石轻质耐火材料凝胶浇注1前言钙长石（CaO·Al2O3·2SiO2）的熔点1550℃，在耐火材料发展史上的早期很少作为耐火材料的主晶相，但钙长石具有密度小，热膨胀系数小，热导率低等特点[1]，能作为使用温度在1000～1500℃的耐火材料，来替代或部分替代粘土质、硅质及高铝质的耐火材料[2]，可降低能耗，为节能减排做出贡献。同时，钙长石与钠长石呈类质同象存在，单一的钙长石很少见[3]，因此近三十年内有以人工合成钙长石为主晶相耐火材料的研究工作，据顾幸勇[4]等的研究表明，现已能很好的控制钙长

3、石的人工合成。因此本实验借鉴前人的研究成果采用人工合成的方法制备钙长石质的耐火材料。耐火材料的轻质化，是实现耐火材料优越性能的重要方法。轻质耐火材料是指气孔率高、体积密度小、具有绝热性能，对热可起屏蔽作用的材料。常用的轻质耐火材料的体积密度为0.6～1.0g/cm3，体积密度达到0.3～0.5g/cm3，则称为超轻质材料。超轻质材料与普通轻质耐火材料相比，气孔数量多，具备更好的隔热节能效果[5]。目前，获得超轻质隔热材料的生产方法各异。于漧[6]等人可以通过使用焚烧添加物（木粉或锯屑、蔗糖、聚苯乙稀泡沫塑料），利用高温煅烧下添加物消失的特点，使得材料具备多

4、孔性；李德周、鞠秉秀[7-8]等人也利用本身具备中空结构的原料（如粉煤灰漂珠）和高温具备膨胀性性质的原料（珍珠岩、蛭石）作为耐火材料骨料达到造孔的目的。对钙长石质耐火材料的轻质化，目前倪文[3]等研究组用松香皂发泡的方法制备出体积密度小于480kg/m3的钙长石质轻质耐火材料。但能否更有效的实现轻质化，还要进行相关的研究。而且目前国外已有此轻质产品（如德国Jm23耐火砖[3]及相关参数如下表1和表2），为实现国内自主生产类似于此产品的能力，实验组做了大量的研究工作。在整个研究中，主要针对制品成型工艺问题和性能指标进行探索研究和测定调控。目前，植物蛋白发泡法

5、[9-13]8制备轻质耐火材料的工艺，国内相关资料很匮乏，本实验欲通过大量的实验以找到合适的工艺，研制出密度在500kg/m3以下、性能参数接近德国Jm23耐火砖的钙长石质轻质耐火材料。因此本实验采用植物蛋白发泡硅溶胶凝胶浇注成型的制备工艺来实现产品性能参数接近甚至超越德国Jm23耐火砖的钙长石质轻质耐火材料。表1德国进口钙长石轻质耐火砖Jm23的性能参数Table1GermanimportsanorthitelightweightbrickJm23performanceparameters性能德国产品Jm23体积密度(kg/m3)480热膨胀率(%)(室

6、温~1100℃)0.5800℃时导热系数[W/(m·k)]0.17抗折强度(MPa)0.9常温耐压强度（MPa）1.1表2德国Jm23化学成分（%）Table2AnalysisofJm23anorthitebricAl2O3SiO2Fe2O3TiO2CaOMgOK2O+Na2O36.043.20.81.31.560.41.32实验2.1实验原料本实验通过对钙长石（CaO·Al2O3·2SiO2）化学式的分析，确定使用煅烧矾土、煅烧高岭土、硅灰石三种原料按钙、铝、硅比来确保钙长石晶相的生成。同时，从工艺需要方面的考虑，本实验所采用的化工原料有：植物蛋白发泡剂

7、、阿拉伯树胶、硫酸铝（分析纯）、硅溶胶、聚乙烯醇（化学纯）、氧化铝纤维、白水泥；矿物原料有：硅灰石、煅烧高岭土、煅烧矾土。2.2实验过程2.2.1发泡剂与水的配比实验本实验选用植物蛋白作为发泡剂，此植物蛋白发泡剂须与一定量的水混合后才能充分发挥其发泡功能，为此，将植物蛋白发泡剂与水进行不同的配比，通过对比在不同配比的实验下溶液的发泡高度，确定水的最佳加入量，使得植物蛋白发泡剂获得高的发泡效率。2.2.2阿拉伯树胶作为稳泡剂时的用量实验泡沫的稳定性是指生成泡沫的持久性，即泡沫存在寿命的长短。用泡沫法制备泡沫体系的过程中，泡沫体系在发泡剂作用下形成的泡沫往往韧

8、性较差，稳定性不够，导致泡沫容易破裂，因此，需要加入稳泡剂提高泡沫