一种莫来石复合砖及其制备方法和应用与流程

本发明涉及耐火材料，具体涉及一种莫来石复合砖及其制备方法和应用。

背景技术：

1、回转窑是个燃烧器、热交换器、反应器和输送器等合而为一的多功能高温设备，在建材、冶金、化工、环保等许多生产行业被广泛使用，随着我国现代工业迅猛发展，回转窑煅烧技术日趋成熟，为了满足煅烧要求，对回转窑内衬耐火砖质量的要求越来越高，现今回转窑内衬用砖为二层，内保温层为轻质粘土砖，外耐火层为重质耐磨砖，但是在总体厚度不变的情况下，重质层耐火砖厚度比较薄，达不到使用寿命就要脱落，导致内保温层耐火砖很快也被损坏，致使回转窑整体温度升高，导热红窑停产，因此需要对现有的回转窑内衬耐火砖需要进一步的改进。

2、莫来石是al2o3-sio2体系中唯一稳定的二元化合物，具有化学性质稳定、抗侵蚀性好、抗热震性好、熔点(1870℃)高、硬度(莫氏硬度6-7)大等优异性能。莫来石多是通过烧结法和电熔法人工合成。按照al2o3含量的高低，烧结莫来石可分为m75、m70、m60、m45等4个牌号，电熔莫来石可分为m75和m70两个牌号。采用烧结莫来石和电熔莫来石制备的耐火材料各具特点：烧结莫来石的晶粒更加细小，故用其制备的莫来石砖具有更高的强度，1400℃时的高温抗折强度比用电熔莫来石生产的莫来石砖高1倍以上；电熔莫来石具有更佳的高温体积稳定性，故以其制备的耐火材料在高温下长期使用不易变形，且表现出较好的抗热震性。

3、因此，以莫来石为主体骨架制备的复合砖用于回转窑中，可能实现较好的保温隔热耐火的效果，有利于延长使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种莫来石复合砖及其制备方法和应用，具具有较好的保温、隔热、耐火以及力学性能，耐碱性能佳，提高了粘结强度，延长了制得的莫来石复合砖的使用寿命，具有很好的保温效果，减少热损失，从而起到了节能的作用，具有广阔的应用前景。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明提供一种莫来石复合砖的制备方法，通过氢氟酸刻蚀max相制备mxene，溶胶凝胶反应制备si/al氧化物插层mxene，经过聚多巴胺改性，加入钠基蒙脱石悬浮液中制得插层蒙脱石，与粘合剂、高铝矾土、碳化硅粉搅拌混合均匀，机压成型，煅烧，制得莫来石复合砖。

4、作为本发明的进一步改进，包括以下步骤：

5、s1.mxene的制备：将max相粉末加入氢氟酸溶液中，加热搅拌反应，加入水稀释，离心，洗涤，微孔滤膜过滤，干燥，制得mxene；

6、s2.si/al氧化物插层mxene的制备：将异丙醇铝、正硅酸乙酯溶于乙醇中，得到a溶液，将冰乙酸和水加入乙醇中，得到b溶液，将b溶液滴加入a溶液中，搅拌得到柱化剂，将柱化剂加入步骤s1制得的mxene的悬浮液中，搅拌反应，微孔滤膜过滤，洗涤，干燥，煅烧，制得si/al氧化物插层mxene；

7、s3.改性：将步骤s2制得的si/al氧化物插层mxene加入水中，加入多巴胺盐酸盐和催化剂，加热搅拌反应，微孔滤膜过滤，干燥，制得改性si/al氧化物插层mxene；

8、s4.插层蒙脱石的制备：将钠基蒙脱石和水混合配制成悬浮液，加入步骤s3制得的改性si/al氧化物插层mxene，超声分散均匀，离心，洗涤，干燥，制得插层蒙脱石；

9、s5.粘合剂的制备：将磷酸和氢氧化铝加入水中，搅拌混合均匀，加入正硅酸烷基酯的乙醇溶液，搅拌混合均匀，制得粘合剂；

10、s6.细高铝矾土的制备：将高铝矾土球磨，过筛，得到的细高铝矾土；

11、s7.莫来石复合砖的制备：将莫来石、步骤s6制得的细高铝矾土、碳化硅粉、步骤s4制得的插层蒙脱石、步骤s5制得的粘合剂搅拌混合均匀，机压成型，煅烧，制得莫来石复合砖。

12、作为本发明的进一步改进，步骤s1中所述max相粉末、氢氟酸溶液的固液比为1:7-10g/ml，所述氢氟酸溶液的浓度为37-42wt％，所述加热搅拌反应的温度为35-45℃，时间为40-45h，所述微孔滤膜的孔径为0.22μm。

13、作为本发明的进一步改进，步骤s2中所述异丙醇铝、正硅酸乙酯、乙醇的质量比为5-7:10-15:150-200，所述冰乙酸、水、乙醇的质量比为3-5:12-15:30-50，所述mxene的悬浮液的浓度为10-15wt％，所述搅拌反应的温度为35-45℃，时间为1-3h，所述微孔滤膜的孔径为0.22μm，所述煅烧的温度为400-500℃，时间为2-4h。

14、作为本发明的进一步改进，步骤s3中所述si/al氧化物插层mxene、多巴胺盐酸盐和催化剂的质量比为10-12:7-10:0.5-0.7，所述催化剂为ph＝8.5-9的tris-hcl溶液，所述加热搅拌反应的温度为40-50℃，时间为1-3h，所述微孔滤膜的孔径为0.22μm。

15、作为本发明的进一步改进，步骤s4中所述钠基蒙脱石、改性si/al氧化物插层mxene的质量比为20-30:4-7，所述超声的功率为1500-2000w。

16、作为本发明的进一步改进，步骤s5中所述磷酸、氢氧化铝、水、正硅酸烷基酯的乙醇溶液的质量比为55-65：11-13：25-35：30-37，所述正硅酸烷基酯的乙醇溶液中正硅酸烷基酯的浓度为12-15wt％，所述正硅酸烷基酯为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯，所述搅拌混合的温度为35-45℃，时间为5-7h；步骤s6中所述球磨的时间为1-3h，所述过筛的筛网目数为300-500目；步骤s7中所述莫来石、细高铝矾土、碳化硅粉、插层蒙脱石、粘合剂的质量比为7-10:4-8:0.5-1:2-4：35-55；所述搅拌混合的时间为20-40min，所述机压成型的压力为95-105mpa，时间为15-25min，所述煅烧的温度为1300-1500℃，时间为1-3h。

17、作为本发明的进一步改进，具体包括以下步骤：

18、s1.mxene的制备：将max相粉末加入37-42wt％氢氟酸溶液中，所述max相粉末、37-42wt％氢氟酸溶液的固液比为1:7-10g/ml，加热至35-45℃，搅拌反应40-45h，加入等体积水稀释，离心，洗涤，用孔径为0.22μm微孔滤膜过滤，干燥，制得mxene；

19、s2.si/al氧化物插层mxene的制备：将5-7重量份异丙醇铝、10-15重量份正硅酸乙酯溶于150-200重量份乙醇中，得到a溶液，将3-5重量份冰乙酸和12-15重量份水加入30-50重量份乙醇中，得到b溶液，将b溶液滴加入a溶液中，搅拌20-30min得到柱化剂，将柱化剂加入10-15wt％步骤s1制得的mxene的悬浮液中，35-45℃搅拌反应1-3h，用孔径为0.22μm微孔滤膜过滤，洗涤，干燥，400-500℃煅烧2-4h，制得si/al氧化物插层mxene；

20、s3.改性：将10-12重量份步骤s2制得的si/al氧化物插层mxene加入100重量份水中，加入7-10重量份多巴胺盐酸盐和0.5-0.7重量份催化剂，加热至40-50℃，搅拌反应1-3h，用孔径为0.22μm微孔滤膜过滤，干燥，制得改性si/al氧化物插层mxene；

21、所述催化剂为ph＝8.5-9的tris-hcl溶液；

22、s4.插层蒙脱石的制备：将20-30重量份钠基蒙脱石和100重量份水混合配制成悬浮液，加入4-7重量份步骤s3制得的改性si/al氧化物插层mxene，1500-2000w超声分散均匀，离心，洗涤，干燥，制得插层蒙脱石；

23、s5.粘合剂的制备：将55-65重量份磷酸和11-13重量份氢氧化铝加入25-35重量份水中，搅拌混合均匀，加入30-37重量份浓度为12-15wt％的正硅酸烷基酯乙醇溶液，35-45℃搅拌混合5-7h，制得粘合剂；

24、s6.细高铝矾土的制备：将高铝矾土球磨1-3h，过300-500目筛，得到的细高铝矾土；

25、s7.莫来石复合砖的制备：将7-10重量份莫来石、4-8重量份步骤s6制得的细高铝矾土、0.5-1重量份碳化硅粉、2-4重量份步骤s4制得的插层蒙脱石、35-55重量份步骤s5制得的粘合剂搅拌混合20-40min，机压成型，所述机压成型的压力为95-105mpa，时间为15-25min，1300-1500℃煅烧1-3h，制得莫来石复合砖。

26、本发明进一步保护一种上述的制备方法制得的莫来石复合砖。

27、本发明进一步保护一种上述莫来石复合砖在制备回转窑内衬耐火砖中的应用。

28、本发明具有如下有益效果：

29、本发明使用氢氟酸(hf溶液)选择性地蚀刻层状化合物max(ti3alc2)的al原子层，获得了具有石墨烯状结构的二维原子晶体化合物mxene(ti3c2)，具有类石墨烯状结构的层状二维晶体结构，具有较好的耐高温、耐火、耐磨的性能。通过异丙醇铝和正硅酸乙酯发生溶胶凝胶反应形成柱化剂，插层mxene中，煅烧得到si/al氧化物插层mxene，大大提高了材料的耐火、耐温、隔热的效果以及提高了材料的力学性能。

30、将制得的si/al氧化物插层mxene表面经过聚多巴胺改性后，提高了材料表面羟基、羧基、氨基等极性基团的含量，促进了其在层状硅酸盐结构的蒙脱石中的插层分布，且蒙脱石价格低廉，成本较低，均匀插层后得到的插层蒙脱石具有很好的机械性能和耐热性能。

31、高铝矾土的粒度对成品的成型性能、湿气孔率、体积密度、抗压强度等有直接的关系，较细的粒度能明显提高成型性能，避免砖坯棱角容易脱落密实性差，强度下降等问题，因此，本发明经过球磨得到粒度较小的高铝矾土能明显提高复合砖的成型性能，改善力学强度和紧实性。

32、将磷酸和氢氧化铝加入水中制备了结合剂磷酸铝溶胶，并与正硅酸乙酯形成的硅溶胶混合均匀，加入插层蒙脱石、高铝矾土、碳化硅粉，提高了形成的莫来石复合砖的保温、隔热、耐火以及力学性能，同时提高了耐碱性能，避免了其受到k2o、na2o、cao等碱性物质侵蚀，使砖体膨胀疏松而造成砖体力学性能下降、磨损等问题，提高了粘结强度，延长了制得的莫来石复合砖的使用寿命，具有很好的保温效果，减少热损失，从而起到了节能的作用，具有广阔的应用前景。