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江西副产磷酸-磷酸盐耐火材料中应用

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公司新闻

2018-12-26 10:41:38

来源:江西江氨环保有限公司

不定形耐火材料是由适当颗粒级配的骨料、细粉和结合剂组成的不经成型可直接使用的耐火材料。与定形耐火材料相比,不定形耐火材料的生产周期短,节省能源,材料整体性好,适应性强且综合使用效果好,发展十分迅速。定形耐火制品的强度源于高温烧结形成的陶瓷结合,而不定形耐火材料则靠结合剂成为整体。因此,结合剂的性质很大程度上决定着浇注料在不同温度下的性能。
不定形耐火材料的常用结合方式
不定形耐火材料的结合方式可分为水化结合、化学结合、陶瓷结合、凝聚结合和黏着结合等。
水化结合。江西副产磷酸常用的水化结合剂有铝酸钙水泥、硅酸钙水泥、ρ-Al2O3和MgO等。水化结合是指常温下结合剂与水发生化合反应生成水化产物而产生的结合。水化结合剂在常温下进行水化反应需要相对的时间,因此,凝结和硬化时间对于水化结合剂很重要。
化学结合。所谓化学结合,是借助于结合剂与耐火材料,或结合剂与硬化剂在常温下发生化学反应,或加热时发生化学反应生成新的化合物或聚合(缩合)交联而产生的结合。具有代表性的是磷酸或磷酸盐、硅酸钠或硅酸钾、酚醛树脂等。
陶瓷结合。陶瓷结合又名低温烧结结合,是指在不定形耐火材料中加入可降低烧结温度的助剂或金属粉以推进低温固液反应而产生的结合。常用的低温烧结助剂有氟化物、硼酸盐、含钠玻璃、金属粉末(Si、Al、Mg等)。烧结助剂一般是指在中低温下(500℃~1000℃),江西副产磷酸首先熔融成黏性液相,将材料颗粒黏结在一起,随后依靠液固之间的高温化学反应生成具有高熔融温度的结合相而产生的坚固结合。
黏着结合。黏着结合剂多为一些有机结合剂,如纸浆废液、沥青等,也有一些无机结合剂如磷酸二氢铝和水玻璃等。这些结合剂有些为结合剂,经高温处理后会碳化形成碳结合,有的为暂时性结合剂,高温处理后会燃烧掉。
黏着结合是由一种或若干种作用叠加而成的结合,一是吸附作用,由分子间的范德华力引起。二是扩散作用,在分子热运动的作用下,黏结剂和被黏结物相互扩散,形成相互交织的扩散层,从而牢固地结合。三是静电作用,由黏结剂和被黏结物之间双电层的静电引力引起。
凝聚结合。所谓凝聚结合,是指分散状态的氧化物或黏土由于凝集而产生的硬化反应。产生凝聚结合的常用材料有黏土微粉、氧化物微粉(SiO2、A2lO3、TiO2、Cr2O3等)、铝溶胶、硅溶胶等。凝聚结合靠粒子(胶体粒子)之间相互吸引紧密接触,借助于范德华力结合在一起,使用时需要加凝聚剂。
不定形耐火材料常用结合剂对比
铝酸钙水泥。铝酸钙水泥是应用很广的一种结合剂,它的特点是快硬、高强、耐火和抗硅酸盐侵蚀。但是,其中的CaO在高温下与SiO2反应生成2CaO·SiO2,与Al2O3和SiO2生成2CaO·Al2O3·SiO2,这些低共熔相会严重降低浇注料的高温性能。因此,为了避免施工条件下浇注料中液相的形成,提高浇注料的蠕变强度和耐腐蚀性,延长浇注料的使用寿命,低水泥浇注料和低水泥浇注料应运而生。在低水泥浇注料和低水泥浇注料的结合系统中,除了含量少的铝酸钙水泥之外,还添加了SiO2微粉和Al2O3微粉,这些微粉填充在骨料与粉料之间的空隙里,可以降低加水量,从而增加材料的结构强度,优化材料的性能。尽管低水泥浇注料和低水泥浇注料有很好的高温性能,但由于其并没有摆脱水泥的使用,其在高温条件下的应用仍然受限。
水合氧化铝。水合氧化铝ρ-Al2O3是一种可水合的氧化铝,在9种氧化铝形态中其结晶性差,遇水能发生水化反应形成三羟铝石和勃姆石溶胶。三羟铝石和勃姆石溶胶都具有胶结作用和硬化作用,从而使耐火浇注料获得强度。ρ-Al2O3的水化反应程度与养护温度和水灰比等因素有关。一般来说,温度低时水化养护反应很慢,温度高则反应快。因此,当添加定量的外加剂如碱金属盐时,在5℃下养护能推进三羟铝石的生成并加快反应速度;当添加有机羟酸时,在30℃下能抑制三羟铝石的形成并较大地拄进勃姆石的生成,明显提高结合强度。用ρ-Al2O3作结合剂时,一般都需要助结合剂,例如SiO2微粉,用量常为2%~6%(w)。外加剂如聚磷酸钠、硅酸钠、木质磺酸盐类和聚烷基苯磺酸盐类等,用量一般为0.03%~0.38%(w)。
磷酸盐。磷酸结合剂在耐火材料行业中的使用有很长的历史。该结合剂既可用于定形耐火材料,也可用于不定形耐火材料。磷酸盐结合系统中的结合剂种类繁多,结合的机制不同,应用的领域也不同。总的来说,磷酸盐结合系统可被分为两种:磷酸结合剂和磷酸盐结合剂。
磷酸结合剂H4PO3在水溶液中能电离出H2PO4-、HPO42-和PO43-离子,这些酸根可与耐火材料基质或添加的促凝剂结合形成复式磷酸盐,从而产生胶结能力。可用于耐火材料结合剂的磷酸盐一般分为两类:一类是正磷酸盐结合剂,含一个磷原子,如磷酸二氢铝和磷酸一氢铝;另一类是缩聚磷酸盐结合剂,含2个以上磷原子,如三聚磷酸钠和六偏磷酸钠。磷酸与碱金属或碱土金属氧化物及其氢氧化物反应生成的结合剂多数为气硬性结合剂,即不须加热在常温下即可发生凝结与硬化作用。磷酸与两性氧化物及其氢氧化物或酸性氧化物反应生成的结合剂多数为热硬性结合剂,即须经加热到相对温度发生反应后方可产生凝结与硬化作用。磷酸盐可用作耐火材料的结合剂,在产生陶瓷结合之前的中、低温范围内具有较强的结合强度,所以,被广泛用作不定形和不烧耐火材料的结合剂。
硅溶胶。硅溶胶是粒径从若干纳米到数十纳米的多聚硅酸分散体系。溶胶粒子内部结构为硅氧烷(-Si-O-Si-)网络,表层由许多硅烷醇基(-SiOH)和羟基(-OH)覆盖。当硅溶胶与Al2O3微粉混合时,胶体粒子吸附在Al2O3颗粒表面,形成单层饱和分布,同时填充在Al2O3颗粒的间隙里,因此,其分散性和渗透性较好。经过热处理后,胶体粒子以化学健(Si-O-Si)相结合,形成稳定的空间网络结构,将Al2O3颗粒结合在一起,并在Al2O3颗粒表面形成纳米包覆的微复合结构。同时,硅溶胶覆盖在固体表面能形成牢固的硅胶薄膜,从而增强材料的黏结、固化和成型。附表列出了4种不定形耐火材料常用结合剂的优缺点。
结合剂复合使用具优势
复合结合剂是指两种或两种以上结合剂同时使用的混合式结合剂。与单一结合剂相比,两种或两种以上结合剂的复合可突破单种黏结剂的缺点限制,发挥各种结合剂的优点,使不定形耐火材料在各个温度阶段都具有优良的性能,是结合剂未来的发展方向。
铝酸钙水泥和水合氧化铝的复合。Myhre B等向高铝基无水泥浇注料(含有质量分数5%的CA-70铝酸钙水泥)里添加水合氧化铝(质量分数75%ρ-Al2O3,BET190m2·g-1),研究其对浇注料性能的影响。结果表明,当水合氧化铝添加量在3%(w)以内增加时,试样的早期强度(6h~24h)大幅度升高,可达3倍之多,而这种强度的改良伴随着渗透性的下降。但通过深入研究这两种水合结合剂的复合发现,浇注料系统性能的优化还是有希望的。
铝酸钙水泥和磷酸盐系统的复合。铝酸钙水泥和单体磷酸盐的复合常常能引发剧烈的反应,严重阻碍CAC的水合作用,导致较差的力学性能。而铝酸钙水泥和聚体磷酸盐的复合,根据聚合磷酸盐的种类常常会产生不同的效果,例如,酸性磷酸盐可以明显延迟固化时间,而碱性磷酸盐则可以推进固化。
有研究表明,20%(w)铝酸钙水泥和2%~6%(w)磷酸盐的复合可以达到很多效果。试验得到的较好结果是使材料抗弯强度达到CAC浇注料(焦磷酸盐,六偏磷酸盐、三聚磷酸盐和合成的氧化铝骨料的复合)的3倍。但这种复合对陈化时间很敏感,所有被测试体系的性能都随着储存时间下降。
铝酸钙水泥和硅溶胶的复合。有研究者研究了铝酸钙水泥和硅溶胶的复合使用。该研究向含有7%(w)煅烧氧化铝和7%(w)CA-70铝酸钙水泥基质中加入硅溶胶,结果表明,3%(w)硅溶胶可成功地推进莫来石的生成。此外,硅溶胶还可以有效地缩短浇注料的工作时间,加速结构演变。将工作时间由300分钟缩短至10分钟,并缩短了硬化时间。
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