本發(fā)明屬于輕質耐火材料領域，具體涉及一種稻殼基微孔輕質耐火材料及其制備方法。
背景技術：
：輕質硅磚具有體積密度小、隔熱效果好、荷重軟化溫度高、抗酸性氣氛及抗渣侵蝕能力強等優(yōu)點，作為節(jié)能保溫材料被廣泛應用于焦爐、熱風爐、玻璃池窯等高溫工業(yè)窯爐的保溫層或內(nèi)襯，起減少散熱損失、提高窯爐工作效率、減輕爐體重量、簡化爐體結構等作用。目前，國內(nèi)外制備輕質硅磚多采用添加造孔劑法或發(fā)泡法，前者是在配料時添加一定量的焦炭、鋸木屑或聚合物輕球等可燃物，可燃物在坯體中占據(jù)一定空間，在高溫下燃盡后于坯體中原來位置留下空隙而制得輕質硅磚；發(fā)泡法則是將發(fā)泡劑或發(fā)泡后的發(fā)泡劑添加到硅石粉料漿中攪拌制備出泡沫陶瓷料漿，再經(jīng)注模、脫模、干燥和燒成制得輕質硅磚。添加造孔劑法雖簡便易行，但造孔劑在試樣中分布的均勻性無法有效調(diào)控，當其添加量過多時，易引起制品開裂。同時，若焦炭、鋸木屑等可燃造孔劑未充分燃燒，將在制品中產(chǎn)生“黑心”現(xiàn)象，影響產(chǎn)品性能。發(fā)泡法雖可克服添加造孔劑法的上述缺點，但其對原料和制備工藝過程要求較為苛刻，且生產(chǎn)成本較高，工藝過程難以控制。此外，傳統(tǒng)輕質硅磚的制備均以硅石為主要原料，但硅石的主要成分為SiO2，工人長期在SiO2粉塵濃度較高的環(huán)境中作業(yè)，其身體健康受到嚴重威脅，極易患上近乎無法治愈的職業(yè)性肺疾病—矽肺病，不僅給病人及其家人帶來痛苦，亦為國家和企業(yè)帶來沉重的醫(yī)療負擔。有資料顯示，近年來，在一些硅磚生產(chǎn)性企業(yè)中，工人矽肺病的爆發(fā)率呈逐年攀升趨勢。因此尋找安全環(huán)保、簡便易行的高性能輕質硅磚的有效制備方法，已成為亟待解決的關鍵性課題。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種稻殼基微孔輕質耐火材料，從而解決現(xiàn)有輕質硅磚制備方法存在的工藝復雜、環(huán)保性差的問題。本發(fā)明的第二個目的是提供一種上述稻殼基微孔輕質耐火材料的制備方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種稻殼基微孔輕質耐火材料，由稻殼、混合料和液態(tài)結合劑制成，所述混合料由以下重量百分比的原料組成：硅粉和/或硅石粉5％～40％、礦化劑3％～35％、增強劑30％～75％、增強纖維1％～15％；所述液態(tài)結合劑為亞硫酸紙漿廢液和/或SiO2溶膠；所述混合料的質量為稻殼質量的15％～50％。稻殼作為一種產(chǎn)量豐富且可再生的農(nóng)業(yè)廢棄物，具有質量輕、孔隙度大、保溫性能好等特點，其化學成分為：無機成分18.8％～22.3％，揮發(fā)分60％～63％，固定碳17％～19％，水分5％～8％。無機成分主要為SiO2，來自于土壤中的硅酸或硅酸鹽等可溶物，其從水稻根部進入植株后通過蒸騰流作用運輸至各個部位。研究發(fā)現(xiàn)，土壤中的SiO2經(jīng)植物再“加工”后具有結構精致、造型各異的顯微結構，這種結構構筑了大量的微納米孔隙，當?shù)練ぴ诟邷叵鲁浞秩急M后，SiO2粒子得以保存，并將原來的多孔網(wǎng)狀結構保留下來，為輕質硅磚的制備提供了原料來源及天然的微納米孔結構。且從稻殼中獲取的SiO2較其它途徑更經(jīng)濟、簡捷，并可變廢為寶，拓展了稻殼的綜合利用。此外，稻殼中的SiO2常以無定形態(tài)存在，不會引起矽肺病的產(chǎn)生，綠色環(huán)保，以稻殼為主要原料制備微孔輕質硅磚是個理想的選擇。將稻殼與水混合洗凈，再經(jīng)干燥、破碎，即得稻殼粉。優(yōu)選的，稻殼粉的粒徑≤75μm。所述稻殼中SiO2的質量百分含量≥19.5％。將硅粉和/或硅石粉、礦化劑、增強劑、增強纖維混合均勻，即得混合料。所述增強劑為糊精粉、木質素磺酸鈣、阿拉伯樹膠、黃原膠、瓊脂、羧甲基纖維素、SiO2凝膠粉中的一種或組合；所述增強劑的粒徑均≤83μm。所述增強纖維為聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維、聚乙烯纖維、聚乙烯醇纖維、聚酰胺纖維、SiO2纖維中的一種或組合；所述增強纖維的直徑為25～75μm，長度為3～15mm。所述礦化劑為CaO、CaCO3、CaF2、Na2CO3、MnO2、FeO、Fe2O3、FeCl3、FeCl2中的一種或組合。所述液態(tài)結合劑的質量為稻殼質量的20％～120％。所述SiO2溶膠中SiO2的質量百分含量為25％～30％。本發(fā)明的稻殼基微孔輕質耐火材料，稻殼、硅粉和/或硅石粉、礦化劑、增強劑、增強纖維、液態(tài)結合劑的配比合理，各組分協(xié)同作用；硅粉或硅石粉用量的選擇可有效減小制品的燒成收縮，避免因稻殼分解使試樣收縮過大而引起制品開裂；增強劑可增加坯體的結合強度，利于運輸和裝窯；增強纖維可防止坯體成型后因稻殼產(chǎn)生的彈性后效作用引起坯體開裂。本發(fā)明的稻殼基微孔輕質耐火材料，是以農(nóng)業(yè)廢料稻殼為主要原料，再添加混合料、液態(tài)結合劑，經(jīng)成型、干燥、燒結制成成品；其中，稻殼價格低廉且來源充足，使原料成本大大降低，且變廢為寶，減少了稻殼焚燒造成的空氣污染；同時，以稻殼為主要原料，其不但起提供SiO2源的作用，還發(fā)揮了天然造孔劑的作用，使制品氣孔率升高；在上述原料配比的基礎上，通過簡單工藝即可獲得性能良好的微孔硅質耐火材料，所用稻殼中SiO2為無定型態(tài)，不產(chǎn)生矽肺病，綠色環(huán)保。上述稻殼基微孔輕質耐火材料的制備方法，包括以下步驟：1)將稻殼粉、混合料和液態(tài)結合劑混合均勻，制成坯料；2)將坯料成型制成坯體，干燥，升溫至1250～1480℃燒成，即得。步驟2)中，升溫的速率為2～5℃/min，燒成的時間為3～5h。所述成型為低壓壓制成型，低壓壓力為0.5～3MPa。所述礦化劑的平均粒徑≤47μm。稻殼粉的平均粒徑≤75μm，硅粉或硅石粉的平均粒徑≤75μm；所述硅石粉中SiO2的質量百分含量≥97％；所述硅粉中Si的質量百分含量≥98％。本發(fā)明的稻殼基微孔輕質耐火材料的制備方法，將稻殼、混合料和液態(tài)結合劑混合制成坯料，再經(jīng)成型、干燥、氧化氣氛下的燒結制成成品；所得成品具有體積密度低、氣孔率高、氣孔孔徑小、隔熱效果好的優(yōu)點。該制備方法工藝簡單、成本低廉、綠色環(huán)保，具有廣闊的發(fā)展空間和應用前景，適合大規(guī)模推廣應用。具體實施方式下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。以下實施例中：將稻殼與水按體積比1:5的比例混合清洗3次，去除表面泥沙，再經(jīng)干燥、破碎、過篩使平均粒徑≤75μm，即得稻殼粉；硅石粉中SiO2的質量百分含量≥97％，所述硅粉中Si的質量百分含量≥98％。硅石粉、硅粉的平均粒徑均≤75μm；礦化劑中，CaO、CaCO3、CaF2、Na2CO3、MnO2、FeO、Fe2O3、FeCl3、FeCl2的平均粒徑均≤47μm；增強劑中，SiO2凝膠粉是將硅溶膠加熱脫水而得；增強劑的平均粒徑均≤83μm；增強纖維中，聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維、聚乙烯纖維、聚乙烯醇纖維、聚酰胺纖維或SiO2纖維的直徑為25～75μm、長度為3～15mm。實施例1本實施例的稻殼基微孔輕質耐火材料，由稻殼、混合料和液態(tài)結合劑制成，所述混合料由以下重量百分比的原料組成：硅石粉36％、CaCO319％、Fe2O36％、糊精粉34％、聚丙烯纖維5％；將硅石粉、CaCO3、Fe2O3、糊精粉、聚丙烯纖維在混料機中混合60min，即得混合料；所述混合料的質量為稻殼質量的46％；所述液態(tài)結合劑為亞硫酸紙漿廢液，添加量為稻殼質量的65％。本實施例的稻殼基微孔輕質耐火材料的制備方法，采用以下步驟：1)向攪拌機中加入稻殼，再加入混合料，攪拌20min；再加入亞硫酸紙漿廢液，攪拌10min制成坯料；2)將坯料在2MPa壓力下機壓成型，得到坯體；將坯體在110℃下干燥12h；然后以3℃/min的速率升溫至1480℃并保溫3h，即得稻殼基微孔輕質硅磚。實施例2本實施例的稻殼基微孔輕質耐火材料，由稻殼、混合料和液態(tài)結合劑制成，所述混合料由以下重量百分比的原料組成：硅石粉11％、硅粉17％、CaCO314％、FeCl23％、阿拉伯樹膠21％、黃原膠22％、聚乙烯纖維12％；將硅石粉、硅粉、CaCO3、FeCl2、阿拉伯樹膠、黃原膠、聚乙烯纖維在混料機中混合60min，即得混合料；所述混合料的質量為稻殼質量的37％；所述液態(tài)結合劑為亞硫酸紙漿廢液，添加量為稻殼質量的75％。本實施例的稻殼基微孔輕質耐火材料的制備方法，采用以下步驟：1)向攪拌機中加入稻殼粉，再加入混合料，攪拌20min；再加入亞硫酸紙漿廢液，攪拌10min制成坯料；2)將坯料在1MPa壓力下機壓成型，得到坯體；將坯體在110℃下干燥12h；然后以3℃/min的速率升溫至1400℃并保溫3h，即得稻殼基微孔輕質硅磚。實施例3本實施例的稻殼基微孔輕質耐火材料，由稻殼、混合料和液態(tài)結合劑制成，所述混合料由以下重量百分比的原料組成：硅石粉6％、硅粉24％、CaO5％、MnO21％、Fe2O32％、阿拉伯樹膠20％、黃原膠30％、聚乙烯纖維12％；將硅石粉、硅粉、CaO、Fe2O3、阿拉伯樹膠、黃原膠、聚乙烯纖維在混料機中混合60min，即得混合料；所述混合料的質量為稻殼質量的25％；所述液態(tài)結合劑為亞硫酸紙漿廢液，添加量為稻殼質量的75％。本實施例的稻殼基微孔輕質耐火材料的制備方法，采用以下步驟：1)向攪拌機中加入稻殼粉，再加入混合料，攪拌20min；再加入亞硫酸紙漿廢液，攪拌10min制成坯料；2)將坯料在0.8MPa壓力下機壓成型，得到坯體；將坯體在110℃下干燥12h；然后以3℃/min的速率升溫至1400℃并保溫3h，即得稻殼基微孔輕質硅磚。實施例4本實施例的稻殼基微孔輕質耐火材料，由稻殼、混合料和液態(tài)結合劑制成，所述混合料由以下重量百分比的原料組成：硅石粉5％、硅粉10％、CaCO35％、Na2CO32％、SiO2凝膠粉19％、羧甲基纖維素11％、木質素磺酸鈣35％、聚丙烯腈纖維4％、SiO2纖維9％；按配比取原料在混料機中混合60min，即得混合料；所述混合料的質量為稻殼質量的20％；所述液態(tài)結合劑為SiO2溶膠(SiO2的質量百分含量為25％)，添加量為稻殼質量的75％。本實施例的稻殼基微孔輕質耐火材料的制備方法，采用以下步驟：1)向攪拌機中加入稻殼粉，再加入混合料，攪拌20min；再加入SiO2溶膠，攪拌10min制成坯料；2)將坯料在0.5MPa壓力下機壓成型，得到坯體；將坯體在110℃下干燥12h；然后以3℃/min的速率升溫至1380℃并保溫3h，即得稻殼基微孔輕質硅磚。實施例5本實施例的稻殼基微孔輕質耐火材料，由稻殼、混合料和液態(tài)結合劑制成，所述混合料由以下重量百分比的原料組成：硅粉5％、CaF22％、CaO3％、瓊脂粉30％、羧甲基纖維素5％、SiO2凝膠粉40％、聚乙烯醇纖維10％、聚酰胺纖維5％；按配比取原料在混料機中混合60min，即得混合料；所述混合料的質量為稻殼質量的20％；所述液態(tài)結合劑為SiO2溶膠(SiO2的質量百分含量為30％)，添加量為稻殼質量的120％。本實施例的稻殼基微孔輕質耐火材料的制備方法，采用以下步驟：1)向攪拌機中加入稻殼粉，再加入混合料，攪拌20min；再加入SiO2溶膠，攪拌10min制成坯料；2)將坯料在3MPa壓力下機壓成型，得到坯體；將坯體在110℃下干燥12h；然后以2℃/min的速率升溫至1250℃并保溫5h，即得稻殼基微孔輕質硅磚。試驗例本試驗例檢測各實施例的稻殼基微孔輕質硅磚的體積密度、顯氣孔率、平均孔徑、常溫耐壓強度、熱導率，結果如表1所示。表1各實施例的稻殼基微孔輕質硅磚的性能檢測結果項目實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5體積密度，g/cm30.68～0.720.50～0.600.44～0.470.20～0.270.72～0.75顯氣孔率，％69.3～71.274.4～78.879.3～80.286.1～89.067.9～69.1平均孔徑，μm0.08～0.240.45～0.720.81～1.272.28～4.570.05～0.12常溫耐壓強度，MPa8.0～12.24.4～6.72.7～3.20.8～1.211.8～15.0熱導率，W/(m·K)0.12～0.130.11～0.120.08～0.100.03～0.040.12～0.15由表1的試驗結果可知，本發(fā)明的稻殼基微孔輕質耐火材料，氣孔孔徑微細，在0.05～4.57μm之間；制品體積密度低，為0.20～0.75g/cm3；氣孔率高，為67.9％～89.0％；機械強度高，常溫耐壓強度為0.8～15.0MPa；隔熱效果好，熱導率為0.03～0.15W/(m·K)；使用溫度高，可達1100～1450℃。所得輕質硅磚制品不但保留了稻殼間的空隙結構，還相對較完整的保留了稻殼中SiO2的天然網(wǎng)絡骨架結構，使氣孔平均孔徑減小，氣孔孔徑分布呈現(xiàn)明顯的雙峰特征；該輕質硅磚制品具有體積密度低、氣孔率高、氣孔孔徑小、隔熱效果好、機械強度高的優(yōu)點，適合推廣應用。當前第1頁1 2 3