钙长石/莫来石复相材料的制备及其轻质化

摘要

节能减排是冶金、化工、建材等高温工业的重要课题。研究开发制备性能优良的钙长石/莫来石轻质耐火材料对工业节能和环保具有重要意义。本课题研究了不同矿物原料组成对钙长石的合成以及钙长石/莫来石复相材料的物相及显微结构的影响，以淀粉作为造孔剂采用原位固化成型法制备了钙长石/莫来石轻质耐火材料。
　　为了研究原料种类对合成钙长石和钙长石/莫来石复相材料的物相组成和显微结构的影响，采用了不同矿物组成的原料合成制备了钙长石和钙长石/莫来石复相材料。结果表明:采用石英（熔融石英或天然石英）和Ca(OH)2与α-Al2O3为原料时，合成过程中首先生成硅灰石和钙黄长石，之后再与刚玉和石英反应生成钙长石，莫来石则是在1350℃由方石英和刚玉反应生成;而以硅灰石或铝酸钙作为引入CaO的原料，并加入蓝晶石和高岭土天然铝硅系原料时，钙长石相由硅灰石或铝酸钙与铝硅系原料直接反应生成，莫来石则通过天然铝硅系原料的一次莫来石化和二次莫来石化反应生成;最佳煅烧温度为1400℃，所有试样中均含有莫来石、钙长石和少量刚玉相;复相材料中钙长石和莫来石晶体共同存在，莫来石柱状晶体穿插在钙长石晶粒之中，长柱状莫来石尺度较大，而钙长石晶粒细小。
　　以天然高岭土、硅灰石、蓝晶石、α-Al2O3和Ca(OH)2为原料，以不同种类的淀粉（玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、番薯淀粉）为造孔剂和结合剂，采用淀粉原位固化制备了钙长石/莫来石轻质耐火材料。研究了不同种类淀粉对浆料的粘度、原位固化后的坯体强度、烧成制度的影响，并分析了煅烧后各试样的显微结构、气孔、线收缩及强度。结果表明:不同种类的淀粉在煅烧时被除去的温度范围基本一致，都在200℃～300℃之间。在淀粉糊化膨胀后，由于玉米淀粉粘度大，且小麦淀粉大部分能形成球状并将粉料压紧加大颗粒之间粘结程度，这两种浆料干燥后坯体强度大，分别为5.37MPa和5.26MPa。煅烧后，加入小麦淀粉的试样形成的气孔大部分为球状且体积较小，其耐压强度最大，为9.12MPa。加入的淀粉颗粒粒径(d0.5)越大（大小顺序为:马铃薯＞玉米＞小麦＞木薯＞番薯），糊化膨胀后体积越大，试样煅烧后形成的孔径越大，其显气孔率越大，体积密度越小。
　　以淀粉和AC和SDS混合发泡剂作为造孔剂制备了钙长石/莫来石轻质耐火材料。结果表明:加入含小麦淀粉的浆料发泡效果好，而含马铃薯淀粉的浆料由于其粘度大发泡效果并不明显。通过采用淀粉和发泡剂复合造孔，可获得性能优良的轻质耐火材料。本研究制备的钙长石/莫来石轻质耐火材料性能指标大大优于目前工业应用的同类产品。

目录

声明

摘要

前言

第一章 文献综述

1．1 轻质耐火材料组成与分类

1．2 轻质耐火材料的特点

1．3 轻质耐火材料的造孔工艺

1．3．1 化学发泡法

1．3．2 烧尽加入物法

1．3．3 发泡法

1．4 轻质耐火材料的成型方法

1．4．1 可塑挤压成型

1．4．2 浇注成型

1．4．3 凝胶注模成型

1．5 轻质耐火材料的研究及现状

1．6 钙长石／莫来石复相材料

1．6．1 钙长石与莫来石的结构与性质

1．6．2 钙长石／莫来石复相材料的研究现状

1．7 课题的提出及研究内容

1．7．1 课题提出的意义及目的

1．7．2 研究内容

第二章 实验原料、仪器及实验流程

2．1 实验原料

2．2 实验仪器

2．3 实验流程

2．3．1 钙长石合成

2．3．2 钙长石／莫来石复相材料物相形成过程的研究

2．3．3 钙长石／莫来石轻质耐火材料的制备

2．4 检测方法

第三章 钙长石材料的合成研究

3．1 实验方法

3．1．1 原料配比

3．1．2 试样的制备过程

3．2 实验结果与分析

3．2．1 原料矿物组成对钙长石物相形成过程的影响

3．2．2 合成钙长石材料显微结构

3．3 本章小结

第四章 原料矿物组成对钙长石／莫来石复相材料物相形成过程及性能的影响

4．1 实验方法

4．1．1 原料配比

4．1．2 试样的制备过程

4．2 实验结果与分析

4．2．1 原料矿物组成对相形成过程的影响

4．2．2 合成温度致密化程度的影响

4．2．3 钙长石／莫来石复相材料显微结构

4．3 本章小结

第五章 淀粉原位固化制备钙长石／莫来石轻质耐火材料及其性能研究

5．1 实验方法

5．1．1 原料配比

5．1．2 试样的制备

5．2 实验结果与讨论

5．2．1 淀粉及浆料性能的研究

5．2．2 淀粉对浆料原位固化过程及坯体干燥方式的研究

5．2．3 烧结制度的确定

5．2．4 材料的显微结构

5．2．5 材料的性能

5．2．6 研制的材料和同类产品的对比

5．3 本章小结

第六章 总结论

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文