[发明专利]耐火材料复合胶结剂及其制造方法

说明书

本发明属于耐火材料，具体涉及耐火材料的一种胶结剂及其制造方法。    

耐火材料的使用遍及金属冶炼、石油化工、建材和机械制造等工业领域，它是各种工业窑炉、加热炉、均热炉和高炉等热工设备大量使用的必需材料。胶结剂在耐火材料中起胶结骨料和粉料的作用，使耐火材料产生机械强度，是耐火材料不可缺少的重要组分。在现有技术中，胶结剂的种类很多，工业中最常用的是无机胶结剂，例如通常用硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、水玻璃和磷酸及其磷酸盐作耐火材料胶结剂；为了提高耐火材料的使用寿命，也有一些复合型胶结剂面市。与本发明内容密切相关的有名称为“耐高温无机复合胶粘剂”的CN1058978A于1992年2月26日公开，它以磷酸、硫酸铝、超细氢氧化铝和金属铝为原料，水为分散介质；其具体组分为：AL₂O₃15-20wt-％，P₂O₅10-12wt％，SO₃10-12wt％，余量为水。这种无机复合胶粘剂对骨料的粘结性能，粘结后的耐火度和机械强度有显著提高；但由于磷酸用量大，它只能用作浇注料或捣打成型不烧砖的胶结，适用范围有局限性；同时，用它胶结的耐火材料在高温条件下会发生细微裂纹，烘炉不当会产生吸热峰和热应力，从而导致崩裂和垮蹋；另外，所用原料昂贵，成本高。

本发明的目的在于：针对现有胶结剂的缺陷，避免使用大量磷酸，而以硫酸铝为主要原料，采用简便的方法调配具有协同效应的微量磷酸和适量工业废料，来克服主料的弊端，制造一种胶结性强、适用范围广、使耐火材料呈气硬性、全面改善其物理性能的无机复合胶结剂。

本发明的复合胶结剂，其配方组成(重量百分比)如下：

硫酸铝35-40，亚硝酸盐废纸浆1-3，磷酸(以100％H₃PO₄计)0.2-0.5，铬渣(≥80目)10-20，余量为水。

其中磷酸可以使用浓度85％的工业磷酸或工业废磷酸；亚硝酸盐废纸浆最好是干涸的。

本发明的技术构思是：硫酸铝具有18个结晶水，其中Al₂O₃理论含量为15.3％，它的水溶液呈酸性，其酸根能夺取耐火原材料中的钙、镁、铁等离子，形成阳离子结合，产生胶结吸附力；硫酸铝溶液加热至320℃以后仍持有一个结晶水，至高温才能脱出；在835℃左右分解为AL₂O₃和SO₃，SO₃呈气态逸出。在硫酸铝水溶液中调配适量亚硝酸盐废纸浆可增强胶结剂的粘性，保持耐火材料中化学水和结晶水的储留，可防止不定型制品因过早失水而干燥固结，维持其塑性；同时纸浆的纤维组织在耐火制品中形成网状通道，有利于在烘烧过程中排水和排气，使之不易产生吸热峰和热应力；但废纸浆中所含的钠离子杂质会影响耐火材料的物理性能，故须严格控制调配量，最好使用干涸的亚硝酸盐废纸浆。磷酸能与硫酸铝产生协同效应，加剧对钙、镁、铁等阳离子的结合，有助于对耐火原料材料的胶结和吸附；同时在耐火材料烧结的中温和高温阶段，磷酸可提高耐火材料的质点运动，弥补硫酸铝溶液因失去结晶水使结合力减弱的缺点；但调配的磷酸不宜过量，过量的磷酸会导致胶结的耐火材料质量不佳。铬渣中主要含有耐高温的Cr₂O₃活性组分，将其调配到用水散数的硫酸铝-亚硝酸盐废纸浆-磷酸混合物中，经过酸解作用转化为硫磷酸铬，成为胶结剂中的矿化剂，可提高耐火材料在中、高温阶段的荷重软化温度和耐火度；有利于重烧耐火制品的莫来石化；但铬渣中杂质含量多，必须控制其调配量。

基于上述技术构思，本发明的复合胶结剂，制造工艺如下：

以制造100份(重量，以下同)复合胶结剂计，按原料配合比分别称取硫酸铝35-40份，磷酸(以100％H₃PO₄计)0.1～0.5份，亚硝酸盐废纸浆(最好是干涸的)1-3份，铬渣。(≥80目)10～20份，待用；在带搅拌器的搪瓷釜中，先用洁净水在不断搅拌下将硫酸铝完全溶解，其用水量以足够使硫酸铝水溶液的比重控制在1.20～1.35范围为度；随后在搅拌下加入亚硝酸盐废纸浆，使之混合均匀；再将磷酸煮沸后立即投入混合料中，持续搅拌10-15分钟；最后投入铬渣，持续搅拌至少4小时，使之熟化后即得产品。整个制作过程最好在25℃左右的室温下进行。

本发明的复合胶结剂属中性偏酸、强酸弱碱型胶结材料，用它胶结的耐火材料呈气硬性。