способ получения корундового и муллитокорундового огнеупорного теплоизоляционного материала

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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