一种高强度镁橄榄石质保温材料及其制备方法.pdf

本发明涉及一种高强度镁橄榄石质保温材料及其制备方法。所采用的技术方案是：先将20～70wt％的碳酸盐粉和30～80wt％的镁橄榄石原矿粉混合，外加上述混合物3～10wt％的结合剂，搅拌5～25分钟，压制成型；然后在60～110℃条件下干燥12～36小时或在室内自然干燥24～48小时，在800～1400℃×2～6小时条件下空气中烧成，自然冷却后用水浸泡24～48小时，再在60～110℃条件下干燥12～36小时或在室内自然干燥24～48小时制得高强度镁橄榄石质保温材料。本发明具有原料资源丰富、生产成本低和易于工业化生产的特点。用该方法制备的高强度镁橄榄石质保温材料不仅性能优良，且使用温度高，使用寿命长，广泛适用于工业热工设备，可节能降耗。

1、  一种高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法，其特征在于先将20～70wt％的碳酸盐粉和30～80wt％的镁橄榄石原矿粉混合，外加上述混合物3～10wt％的结合剂，搅拌5～25分钟，压制成型，在60～110℃条件下干燥12～36小时或在室内自然干燥24～48小时；然后在800～1400℃×2～6小时条件下空气中烧成，自然冷却后用水浸泡24～48小时，再在60～110℃条件下干燥12～36小时或在室内自然干燥24～48小时制得高强度镁橄榄石质保温材料。

2、  根据权利要求1所述的高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法，其特征在于所述的碳酸盐粉为碳酸钠粉、碳酸钾粉、碳酸镁粉中的一种，其碳酸盐粉含量≥80wt％，碳酸盐的粒径为0.1～0mm。

3、  根据权利要求1所述的高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法，其特征在于所述的镁橄榄石原矿粉的氧化镁含量≥35wt％，粒径为0.1～0mm。

4、  根据权利要求1所述的高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法，其特征在于所述的结合剂为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、亚硫酸纸浆废液、工业糊精粉、聚乙烯醇中的一种以上。

5、  根据权利要求1～4项中任一项所述的高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法所制备的高强度镁橄榄石质保温材料。

一种高强度镁橄榄石质保温材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合耐火保温材料技术领域。尤其涉及一种高强度镁橄榄石质保温材料及其制备方法。
背景技术
现有的用于高温工业热工设备特别是有色金属和钢铁冶炼、水泥和玻璃生产设备的轻质保温材料，如氧化铝空心球材料、轻质高铝材料、轻质镁橄榄石保温材料、轻质粘土、硅藻土材料等，在这些设备的生产过程中的热量损失较大，因而对周围环境的热污染亦较严重，不仅浪费能源，且影响生产操作环境和条件。因此，研究和开发具有强度高、体积密度低、耐高温性能和热稳定性能优良的用于工业热工设备特别是有色金属和钢铁冶炼、水泥和玻璃生产设备用新型轻质保温材料是技术人员所关注的问题。
镁橄榄石材料具有高熔点、高强度、高化学稳定性、低导热系数。目前，生产镁橄榄石轻质材料的方法有：除了传统的发泡法、有机物(包括木屑、焦炭等)烧失成孔法制备镁橄榄石轻质材料以外，其他类似研究局限于采用菱镁粉、石英粉和二氧化硅微粉为原料的发泡法(李楠.一种方镁石-橄榄石轻质保温耐火材料及其生产方法，ZL200410013258.1)和原位分解方法(胡莉敏，李楠.原位分解制备高强度轻质镁橄榄石材料.耐火材料.2005，39[4]：283-285)，由于上述方法制备的镁橄榄石质保温材料，没有直接利用我国丰富的镁橄榄石资源。因而成本较高，工业化程度不高，其性能也受到影响。
发明内容
本发明的任务是提供一种原料资源丰富、生产成本低和易于工业化生产的高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法。用该方法制备的高强度镁橄榄石质保温材料性能优良、使用寿命长。
为实现上述任务，本发明所采用的技术方案是：先将20～70wt％的碳酸盐粉和30～80wt％的镁橄榄石原矿粉混合，外加上述混合物3～10wt％的结合剂，搅拌5～25分钟，压制成型，在60～110℃条件下干燥12～36小时或在室内自然干燥24～48小时；然后在800～1400℃×2～6小时条件下空气中烧成，自然冷却后用水浸泡24～48小时，再在60～110℃条件下干燥12～36小时或在室内自然干燥24～48小时制得高强度镁橄榄石质保温材料。
其中：碳酸盐粉为碳酸钠粉、碳酸钾粉、碳酸镁粉中的一种，其碳酸盐粉含量≥80wt％，碳酸盐的粒径为0.1～0mm；镁橄榄石原矿粉的氧化镁含量≥35wt％，粒径为0.1～0mm；结合剂为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、亚硫酸纸浆废液、工业糊精粉、聚乙烯醇中的一种以上。
由于采用上述技术方案，本发明所用的碳酸盐和镁橄榄石原矿来源广泛，所制备的高强度镁橄榄石质保温材料是在材料内部由碳酸盐和镁橄榄石原矿反应生成，烧结好、物相结合良好，有利于提高材料的性能。碳酸盐分解时产生的二氧化碳气体原位生成微小气孔，材料的体积密度低，导热系数低，材料的保温性能好，同时材料的强度高，使用寿命长。
因此，本具体实施方式具有原料资源丰富、生产成本低和易于工业化生产的特点。所制备的高强度镁橄榄石质保温材料体积密度在0.7～1.8克/厘米³，不仅性能优良，且能延长使用寿命。所制备的高强度镁橄榄石质保温材料性能优良、使用温度高、使用寿命长，适于温度在1300℃以下的各种工业热工设备特别是有色金属和钢铁冶炼、水泥和玻璃生产等高温设备，可降低生产过程中的热量损失，减轻设备对周围环境的热污染，实现节能降耗。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。
为避免重复描述，对以下实施例所采用原料的理化性能指标统一描述如下：碳酸盐粉为碳酸钠粉、碳酸钾粉、碳酸镁粉中的一种，其碳酸盐粉含量≥80wt％，粒径为0.1～0mm；镁橄榄石原矿粉的氧化镁含量≥35wt％，粒径为0.1～0mm。
实施例1
一种高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法，先将20～25wt％的碳酸钠粉和75～80wt％的镁橄榄石原矿粉混合，外加上述混合物3～7wt％的木质素磺酸钙为结合剂，结合剂先溶化成水溶液后再用于配料，搅拌10～20分钟，压制成型，在60～110℃条件下干燥12～24小时；然后在800～900℃×5～6小时条件下空气中烧成，自然冷却后用水浸泡24～36小时，再在60～110℃条件下干燥12～24小时制得高强度镁橄榄石质保温材料。
实施例2
一种高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法，除结合剂为木质素磺酸钠外，其余同实施例1。
实施例3
一种高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法，先将25～30wt％的碳酸钾粉和70～75wt％的镁橄榄石原矿粉混合，外加上述混合物7～10wt％的工业糊精粉为结合剂，结合剂先溶化成水溶液后再用于配料，搅拌15～25分钟，压制成型，在60～110℃条件下干燥24～36小时；然后在900～1000℃×4～5小时条件下空气中烧成，自然冷却后用水浸泡36～48小时；再在60～110℃条件下干燥24～36小时制得高强度镁橄榄石质保温材料。
实施例4
一种高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法，除结合剂为聚乙烯醇外，其余同实施例3。
实施例5
一种高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法，先将30～35wt％的碳酸镁粉和65～70wt％的镁橄榄石原矿粉混合，外加上述混合物3～6wt％的亚硫酸纸浆废液为结合剂，结合剂先溶化成水溶液后再用于配料，搅拌5～15分钟，压制成型，在室内自然干燥24～48小时；然后在1000～1100℃×3～4小时条件下空气中烧成，自然冷却后用水浸泡36～48小时；再在室内自然干燥24～48小时制得高强度镁橄榄石质保温材料。
实施例6
一种高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法，除结合剂为木质素磺酸钙和木质素磺酸钠外，其余同实施例5。
实施例7
一种高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法，先将35～40wt％的碳酸钠粉和60～65wt％的镁橄榄石原矿粉混合，外加上述混合物5～7wt％的结合剂，搅拌10～20分钟，压制成型，在室内自然干燥24～48小时；然后在1100～1200℃×2～3小时条件下空气中烧成，自然冷却后用水浸泡36～48小时；再在室内自然干燥24～48小时制得高强度镁橄榄石质保温材料。
其中：结合剂为工业糊精粉和亚硫酸纸浆废液，先溶化成水溶液后再用于配料。
实施例8
一种高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法，除结合剂为工业糊精粉和聚乙烯醇外，其余同实施例7。
实施例9
一种高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法，先将40～45wt％的碳酸钾粉和55～60wt％的镁橄榄石原矿粉混合，外加上述混合物5～8wt％的结合剂，搅拌15～25分钟，压制成型，在60～110℃条件下干燥24～36小时；然后在1200～1300℃×2～3小时条件下空气中烧成，自然冷却后用水浸泡36～48小时；再在60～110℃条件下干燥24～36小时制得高强度镁橄榄石质保温材料。
其中：结合剂为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠和工业糊精粉，先溶化成水溶液后再用于配料。
实施例10
一种高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法，除结合剂为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、工业糊精粉和聚乙烯醇外，其余同实施例9。
实施例11
一种高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法，先将45～50wt％的碳酸镁粉和50～55wt％的镁橄榄石原矿粉混合，外加上述混合物3～6wt％的亚硫酸纸浆废液为结合剂，结合剂先溶化成水溶液后再用于配料，搅拌5～15分钟，压制成型，在室内自然干燥24～48小时；然后在1300～1400℃×2～3小时条件下空气中烧成，自然冷却后用水浸泡36～48小时；再在室内自然干燥24～48小时制得高强度镁橄榄石质保温材料。
实施例12
一种高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法，先将50～55wt％的碳酸镁粉和45～50wt％的镁橄榄石原矿粉混合，外加上述混合物3～6wt％的木质素磺酸钙和木质素磺酸钠为结合剂，结合剂先溶化成水溶液后再用于配料，搅拌5～15分钟，压制成型，在室内自然干燥24～48小时；然后在1200～1300℃×3～4小时条件下空气中烧成，自然冷却后用水浸泡36～48小时；再在室内自然干燥24～48小时制得高强度镁橄榄石质保温材料。
实施例13
一种高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法，先将55～60wt％的碳酸钾粉和40～45wt％的镁橄榄石原矿粉混合，外加上述混合物3～5wt％的结合剂，搅拌15～25分钟，压制成型在60～110℃条件下干燥24～36小时；然后在1200～1300℃×2～3小时条件下空气中烧成，自然冷却后用水浸泡36～48小时；再在60～110℃条件下干燥24～36小时制得高强度镁橄榄石质保温材料。
其中：结合剂为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、亚硫酸纸浆废液和工业糊精粉，先溶化成水溶液后再用于配料。
实施例14
一种高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法，先将60～65wt％的碳酸钾粉和35～40wt％的镁橄榄石原矿粉混合，外加上述混合物3～5wt％的结合剂，搅拌15～25分钟，压制成型，在60～110℃条件下干燥24～36小时；然后在1200～1300℃×2～3小时条件下空气中烧成，自然冷却后用水浸泡36～48小时；再在60～110℃条件下干燥24～36小时制得高强度镁橄榄石质保温材料。
其中：结合剂为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、亚硫酸纸浆废液、聚乙烯醇和工业糊精粉，先溶化成水溶液后再用于配料。
实施例15
一种高强度镁橄榄石质保温材料的制备方法，先将65～70wt％的碳酸钾粉和30～35wt％的镁橄榄石原矿粉混合，外加上述混合物3～5wt％的结合剂，搅拌15～25分钟，压制成型，在60～110℃条件下干燥24～36小时；然后在1200～1300℃×2～3小时条件下空气中烧成，自然冷却后用水浸泡36～48小时；再在60～110℃条件下干燥24～36小时制得高强度镁橄榄石质保温材料。
其中：结合剂为木质素磺酸钠和工业糊精粉，溶化成水溶液后再用于配料。
本具体实施方式所用的碳酸盐和镁橄榄石原矿来源广泛，所制备的高强度镁橄榄石质保温材料是在材料内部由碳酸盐和镁橄榄石原矿反应生成，烧结好、物相结合良好，有利于提高材料的性能。碳酸盐分解时产生的二氧化碳气体原位生成微小气孔，材料的体积密度低，导热系数低，材料的保温性能好，同时材料的强度高，使用寿命长。
因此，本具体实施方式具有原料资源丰富、生产成本低和易于工业化生产的特点。所制备的高强度镁橄榄石质保温材料体积密度在0.7～1.8克/厘米³，不仅性能优良，且能延长使用寿命。所制备的高强度镁橄榄石质保温材料性能优良、使用温度高、使用寿命长，适于温度在1300℃以下的各种工业热工设备特别是有色金属和钢铁冶炼、水泥和玻璃生产等高温设备，可降低生产过程中的热量损失，减轻设备对周围环境的热污染，实现节能降耗。