Способ получения корундового и муллитокорундового огнеупорного теплоизоляционного материала
Владельцы патента RU 2366636:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет (RU)
Изобретение относится к области химической технологии, технологии силикатных и тугоплавких неметаллических материалов. Техническим результатом изобретения является разработка способа получения корундового и муллитокорундового огнеупорного теплоизоляционного материала с содержанием корунда не менее 50 мас.%. Способ получения корундового и муллитокорундового огнеупорного теплоизоляционного материала включает смешивание исходного сырья, включающего каолин и бифторид аммония, при массовом соотношении 1:1,11-1,35, прокаливание и спекание при температуре 1310-1400°С. 2 табл.
Изобретение относится к области химической технологии, технологии силикатных и тугоплавких неметаллических материалов и может быть использовано для получения огнеупорных теплоизоляционных материалов корундового и муллитокорундового состава.
Известен способ получения муллитокорундовой керамики, основанный на обжиге глинистых минералов (каолинит, монотермит) и дополнительно вводимого оксида алюминия при температуре 1400-1500°С. В результате реакции образуются муллит и кристобалит, который связывается оксидом алюминия в муллит [Балкевич В.Л. Техническая керамика. - М.: Стройиздат, 1984]. Недостатком этого способа являются повышенные температуры обжига и использование глинозема, имеющего высокую стоимость.
Известен способ получения муллита из топазового концентрата, включающий измельчение исходного кварц-топазового сырья, отделение примесей выщелачиванием соляной кислотой, отделение избыточного оксида кремния в виде гексафторосиликата аммония с помощью гидродифторида аммония и прокаливание полученного продукта при температуре 1200-1300°С [Патент РФ №2272854]. Недостатками данного способа являются необходимость использования в качестве сырья достаточно редкого кварц-топазового концентрата и необходимость его предварительной очистки от примесей.
Известен способ получения муллита из каолина, выбранный в качестве прототипа [Патент РФ №2312940], включающий смешивание исходного сырья с бифторидом аммония с последующим прокаливанием до температуры 350-600°С и спеканием при температуре 1200-1300°С. Авторами данного технического решения не показана возможность получения керамики корундового и муллитокорундового состава.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения корундового и муллитокорундового огнеупорного теплоизоляционного материала с содержанием корунда не менее 50 мас.% из обогащенного каолина и бифторида аммония.
Известно, что при нагревании чистого каолина до температуры выше 1200°С получается смесь муллита и кристобалита, содержащая 36% оксида кремния, что снижает механические и теплофизические свойства полученного материала. Отделение избыточного оксида кремния проводят с помощью бифторида аммония, который связывает его в гексафторосиликат аммония. Гексафторосиликат аммония при температуре выше 320°С является газообразным продуктом и в процессе предварительного прокаливания при температуре 350-600°С удаляется из реакционной смеси.
Поставленная задача достигается тем, что введение в шихту определенного количества бифторида аммония позволяет удалять требуемое количество оксида кремния, а значит, получать разное соотношение муллитовой и корундовой фаз в материале.
Соотношение каолина и бифторида аммония в шихте менее 1:1,11 приводит к получению материала с содержанием корунда менее 50 мас.%, в результате чего наблюдается ухудшение механических и огнеупорных свойств получаемого материала (таблица 1, 2). Для получения материала со 100%-ным содержанием корунда соотношение компонентов каолин:бифторид аммония в соответствии со стехиометрией реакции - 1:1,325. Небольшой избыток бифторида аммония (1:1,35) позволяет удалить примесный оксид кремния из исходного каолина.
Температура спекания в интервале 1310-1400°С зависит от состава получаемого материала: при увеличении содержания корунда температура спекания увеличивается. Температура спекания ниже 1310°С приводит к получению изделий с пониженной прочностью и повышенной дополнительной усадкой при службе. Повышение температуры обжига выше 1400°С нецелесообразно, поскольку не приводит к существенному улучшению свойств.
Пример
Навеску обогащенного каолина шихтовали с бифторидом аммония в соответствии с соотношениями, приведенными в таблице 1, перемешивали, помещали в огнеупорную форму и нагревали в печи со скоростью нагрева 100 град/ч до температуры 600°С с выдержкой 1 ч для полного удаления гексафторосиликата аммония. Дальнейшее спекание проводили до конечной температуры с выдержкой 2 ч. После охлаждения печи извлекали муллитокорундовый огнеупорный теплоизоляционный материал с заданным соотношением муллит:корунд. Свойства полученного материала приведены в таблице 2.
| Таблица 1 | ||
| Индекс масс | Соотношение каолин: бифторид аммония | Температура обжига, °С |
| M1 | 1:1,0 | 1300 |
| М2 | 1:1,11 | 1310 |
| М3 | 1:1,25 | 1360 |
| М4 | 1:1,35 | 1400 |
| Таблица 2 | |||||
| Индекс масс | Фазовый состав, муллит: корунд, мас.% | Плотность, г/см | Коэффициент теплопроводности при 600°С, Вт/м·К | Дополнительная усадка при Т=1600°С и выдержке 2 ч, % | Предел прочности на сжатии, МПа |
| M1 | 80:20 | 0,53 | 0,34 | 0,6 | 4,8 |
| М2 | 50:50 | 0,61 | 0,40 | 0,6 | 5,3 |
| М3 | 20:80 | 0,76 | 0,42 | 0,5 | 6,2 |
| М4 | 0:100 | 0,98 | 0,46 | 0,5 | 7,8 |
Способ получения корундового и муллитокорундового огнеупорного теплоизоляционного материала, включающий смешивание исходного сырья, прокаливание и спекание, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют каолин и бифторид аммония при массовом соотношении 1:1,11-1,35 и спекание проводят при температуре 1310-1400°С.
