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轻质六铝酸钙的低温制备及性能研究

石健  
【摘要】:轻质耐火材料因具有气孔率高、导热系数低、热容量小等特点,大多应用于高温设备(或窑炉)的内衬以实现降低热散失,节能环保的目的。而耐高温、抗还原气氛或碱蒸气腐蚀与否,成为某些苛刻条件下能否采用轻质耐火材料的制约环节。六铝酸钙(CA6)具有高熔点、良好的抗碱性、抗还原气氛侵蚀等优良性能,是上述苛刻条件下首先的轻质耐火材料。开发轻质六铝酸钙耐火材料,并利用其研制高性能的六铝酸钙轻质砖,可以弥补传统硅铝质轻质砖在这些方面的不足。传统制备六铝酸钙的方法受到煅烧温度高、对设备要求高等因素的限制,阻碍了六铝酸钙在高温行业的应用和发展。本课题研究寻找一种能在较低温度下制备出性能优越的轻质六铝酸钙保温隔热材料的方法。以工业氢氧化铝、氢氧化钙和造纸白泥为原料,采用湿法共磨、烘干、成球、水热合成和低温煅烧相结合的二步法来制备六铝酸钙轻质骨料和轻质砖。研究了原料配比、水热处理温度、原料粒度、保温时间和煅烧温度对所制备的前驱体及生成的六铝酸钙微观形貌和性能的影响;通过物相组成、孔径分布、体积密度、强度、显气孔率及显微结构表征了六铝酸钙轻质骨料的性能。研究表明:配料经200℃水热处理、1450℃保温3小时可制备出轻质六铝酸钙保温隔热耐火材料。其中,轻质六铝酸钙的孔径分布为0.4μm~1.4μm之间,孔隙率为79.36%比未经水热处理所得样品的孔隙率大46.79%。说明水热处理是生成轻质六铝酸钙的重要影响因素。前驱体中三水铝石发生晶相转变的温度为175℃,这种晶相转变使得板状三水铝石转变为三维薄片状薄水铝石。用造纸白泥制备轻质六铝酸钙时,在1350℃开始出现六铝酸钙的衍射峰,在1450℃时六铝酸钙开始大量生成并且成为主晶相。造纸白泥作为钙源时前驱体中三水铝石转变为薄水铝石的初始温度为1 7 5℃,水热处理温度为2 0 0℃时三水铝石完全转变为薄水铝石。水热处理温度200℃所得前驱体于1500℃煅烧3小时六铝酸钙晶体大量生成,形成的晶体结构完整、晶体颗粒分布均匀、颗粒尺寸为1~2μm、厚度只有几十纳米的六铝酸钙材料。制备出的六铝酸钙骨料的体积密度随保温时间的增大而增大。水热处理温度越高制备出的六铝酸钙轻质骨料的体积密度越小,显气孔率越大。保温时间越长六铝酸钙轻质骨料强度呈现先增大后减小的规律,保温时间为3小时时骨料强度降低了22%。水热处理温度增加骨料强度降低,200℃时骨料强度降低了29.5%。说明水热处理对六铝酸钙骨料的强度具有更强的影响。


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