一种多微孔方镁石-镁铝尖晶石耐火骨料及其制备方法

本发明属于方镁石-镁铝尖晶石耐火骨料。尤其涉及一种多微孔方镁石-镁铝尖晶石耐火骨料及其制备方法。

背景技术：

1、方镁石-镁铝尖晶石耐火材料因其优异的高温使用性能而被广泛应用于水泥窑、钢包等高温设备中，但其导热系数较高，在使用过程中会造成大量的热损失。随着资源日益紧张，降低方镁石-镁铝尖晶石耐火材料中的导热系数并提高其高温使用性能是解决这一问题的有效途径。目前，关于方镁石-镁铝尖晶石耐火骨料的制备方法已有很多。

2、如文献(鄢俊杰等.氧化铝粉对微孔方镁石-镁铝尖晶石耐火骨料显微结构和性能的影响.盐湖研究，2023)报道，该技术以盐湖轻烧mgo粉和煅烧al2o3粉为原料制备了微孔方镁石-镁铝尖晶石耐火骨料，所制耐火骨料虽纯度高和热震稳定性较好，但其导热系数较大，不利于节能减排。

3、如“一种反应合成多孔镁铝尖晶石制备方法”(cn201210333319.7)专利技术，该技术以氧化镁与铝粉为原料，利用高分子氧化燃烧法在空气中氧化合成多孔镁铝尖晶石陶瓷，虽然该制品所含杂质少，但得到的镁铝尖晶石陶瓷气孔孔径较大、强度较低和热震稳定性较差。

4、如“原位分解制备轻质方镁石-镁铝尖晶石复合材料”(cn201310519052.5)专利技术，该技术以镁铝水滑石为主要原料，以糊精或聚乙烯醇为结合剂，采用添加造孔剂法制得多孔方镁石-尖晶石陶瓷材料，所制备的材料虽气孔率大和强度高，但该材料气孔的孔径较大，抗侵蚀渗透性能较差。

5、如“纳米孔径多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷材料及其制备方法”(cn201710632854.5)专利技术，该技术以菱镁矿和铝溶胶为主要原料，利用菱镁矿自分解制得多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷材料，该材料虽降低了导热系数，但采用菱镁矿为原料，所含杂质较多，制品的抗侵蚀渗透性能较差。

技术实现思路

1、本发明旨在克服现有的技术缺陷，目的是提供一种纯度高导热系数低、强度高、热震稳定性能优异和抗侵蚀渗透性能优良的多微孔方镁石-镁铝尖晶石耐火骨料及其制备方法，所制备的多微孔方镁石-镁铝尖晶石耐火骨料具有微核壳结构。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案的步骤是：

3、步骤一、以纳米氧化铝、α-氧化铝微粉和氢氧化铝微粉中的任意一种为铝源，或以纳米氧化铝、α-氧化铝微粉和氢氧化铝微粉中的任意两种的混合粉为铝源，或以纳米氧化铝、α-氧化铝微粉和氢氧化铝微粉三种的混合粉为铝源。

4、步骤二、将79～97wt％的氢氧化镁细粉和3～21wt％的所述铝源置于搅拌机内，外加所述氢氧化镁细粉和所述铝源之和4.5～5.5wt％的水，搅拌1～3h，得到混合料。

5、步骤三、将所述混合料在100～200mpa条件下机压成型，干燥；再以1～3℃/min的速率升温至300～400℃，保温0.5～1.5h；然后以2～5℃/min的速率升温至1600～1800℃，保温2～5h；随炉冷却，破碎，筛分，制得多微孔方镁石-镁铝尖晶石耐火骨料。

6、所述多微孔方镁石-镁铝尖晶石耐火骨料具有以含纳米孔的多孔氧化镁为核、以连续尖晶石为壳的微核壳结构；其中：多孔氧化镁的平均粒径为20～45μm，连续尖晶石壳的平均厚度为2.0～5.0μm。

7、所述纳米氧化铝的粒径＜500nm；所述纳米氧化铝的al2o3含量＞99wt％。

8、所述α-氧化铝微粉的粒径＜2μm；所述α-al2o3微粉的al2o3含量＞99wt％。

9、所述氢氧化铝微粉的粒径＜2μm；所述al(oh)3微粉的al2o3含量＞63wt％。

10、所述氢氧化镁细粉的粒径＜42μm；所述氢氧化镁细粉的mgo含量＞66wt％。

11、所述干燥：温度为90～110℃，时间为18～36h。

12、由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

13、(1)基于物相组成与显微结构新设计，首创微核壳结构耐火骨料。

14、现有的致密镁质耐火骨料包括烧结镁砂和电熔镁砂，导热系数高，不利于节能降碳。现有的轻量化镁质骨料常以菱镁矿为原料制得，杂质较多，造成高温下液相较多、气孔孔径较大。本发明利用氢氧化镁的原位分解形成含纳米孔的多孔氧化镁核，通过引入特殊粒径的铝源和原位反应形成连续致密mgal2o4壳，即获得的多微孔方镁石-镁铝尖晶石耐火骨料具有微核壳结构。相比现有技术，本发明的连续mgal2o4包裹多孔mgo的微核壳结构可精确控制，制得的多微孔方镁石-镁铝尖晶石耐火骨料具有微核壳结构，纯度高、高温结构稳定、导热系数低和高温服役性能优异。

15、(2)微核壳结构利于提高耐火材料的强度和热震稳定性。

16、现有致密镁质耐火材料通常采用烧结镁砂或电熔镁砂为骨料，骨料/基质界面结合弱，导致热震稳定性较差。现有轻量化镁质耐火材料所用骨料大多是以菱镁矿为原料制得，杂质较多，高温强度较低。本发明制备的耐火骨料具有连续致密mgal2o4壳的微核壳结构，在高温服役过程中内应力大大降低，提高制品的热震稳定性，而且mgal2o4具有较低的热膨胀系数，可以进一步降低制品的热震稳定性。本发明制备的多微孔方镁石-镁铝尖晶石耐火骨料纯度高、具有纳米气孔和微核壳结构的，所制制品应用于耐火材料时，在骨料/基质界面处形成锯齿状咬合结构，能有效提高耐火材料的强度，而且mgal2o4作为增韧相可以进一步提高耐火材料的强度。

17、(3)微核壳结构利于提高耐火材料的抗侵蚀渗透性能。

18、现有致密镁质耐火材料通常采用烧结镁砂或电熔镁砂为骨料，骨料/基质间存在较多微裂纹，且熔渣等高温侵蚀介质与mgo润湿性好造成其抗渗透能力弱，易发生剥落损毁。现有轻量化镁质耐火材料的骨料及骨料/基质界面气孔较大，且较多的杂质造成高温液相多，加速熔渣的侵蚀与渗透。本发明制备的多微孔方镁石-镁铝尖晶石耐火骨料具有微核壳结构，应用于耐火材料时，骨料/基质界面结合好，能有效阻止熔渣沿骨料/基质界面渗透，提高耐火材料的抗渗透能力，并且mgal2o4相可以降低熔渣的润湿性，增大润湿角，进一步提高耐火材料的抗渗透性能。骨料内部具有纳米级气孔，熔渣不易渗透；同时骨料的纯度高，高温条件下骨料中的液相少，向熔渣中溶解较少，阻碍熔渣的侵蚀渗透，提高了制品的抗侵蚀渗透性能。

19、(4)本发明能精确控制多微孔方镁石-镁铝尖晶石耐火骨料的微核壳结构参数。

20、现有轻量化镁质骨料采用菱镁矿为原料，杂质含量高，气孔孔径较大，且尖晶石随机分布。本发明通过对原料的配比和粒度进行设计，在一定的成型压力下得到以mg(oh)2为骨架、微纳粉填充在mg(oh)2微颗粒间的结构，通过调整烧成制度和利用mg(oh)2的原位分解控制mg(oh)2分解后形成的多孔mgo微颗粒内部气孔尺寸和微颗粒的颗粒尺寸。同时通过调整不同微纳粉的比例控制连续致密mgal2o4壳的厚度，使其形成的交叉网状结构将多孔mgo微颗粒通过颈部连接桥接在一起，制得具有以含纳米孔的多孔氧化镁为核、以连续尖晶石为壳的微核壳结构的多微孔方镁石-镁铝尖晶石耐火骨料，提高了制品的强度和热震稳定性。

21、所述多微孔方镁石-镁铝尖晶石耐火骨料经检测：具有以含纳米孔的多孔氧化镁为核、以连续尖晶石为壳的微核壳结构，多孔氧化镁的平均粒径为20～45μm，连续尖晶石壳的平均厚度为2.0～5.0μm；al2o3和mgo的总含量>99.55wt％，显气孔率为15～33％，体积密度为2.45～3.18g/cm3，平均孔径为254～809nm，耐压强度为60～129mpa，350℃时导热系数为4.7～10.6w/(m·k)。

22、因此，本发明制备的多微孔方镁石-镁铝尖晶石耐火骨料具有含纳米气孔的微核壳结构，纯度高、导热系数低、强度高、热震稳定性优良和侵蚀渗透性能优异，用于制备具有高附加值的镁质耐火材料。