新型粉煤灰微珠非烧结耐火、耐火保温砖 技术领域：
本发明涉及一种耐火及保温材料，尤其是一种以粉煤灰中分离提取的比重大于1的高强厚壁微珠生产、制造非烧结耐火、耐火保温砖。
背景技术：
我国每年热工材料有7亿多吨(m3)的产量，其中80％为定形砖，其余为不定形或浇注料、捣打料等，近一半以上是用于500℃～1500℃非直接高温区。国内乃至世界几乎都是采用天然资源生产烧结与非烧结耐火和耐火保温砖、浇注料、捣打料等定形、不定形产品。粉煤灰中分离提取比重大于1的高强厚壁微珠耐火度波动于1100～1630℃，抗压强度(常温)最高可达700kg/cm2、堆积密度0.4～0.8g/cm3、重烧线变化＜5％，珠体内充满N2、CO2惰性气体，珠壳是以硅铝氧化物的晶质与非晶质相微珠的变相集合体，包括莫来石、单晶石英、方解石等，具有粒径小、空心、质轻、隔热、隔音、耐磨、抗压、耐高温、高热稳定、电绝缘性和导热性低等优点，是一种功能优异的耐火保温材料。
公开号为1051033的中国发明申请案提供了一种不需烧成的轻质耐火型材，由组分35～80％的粉煤灰空心微珠(漂珠)等做轻质骨料，5～30％磷酸二氢铝等作无机粘合剂，3～15％的高岭土等作固化剂，2～18％的白云母粉作活性物料，0.2～5％的纤维及填料，25～50％的水，混合、压制成型。在150℃或者300℃下干燥固化而成。生产不需要高温炉室设备，制品体积密度≤0.4g/cm3，工作温度达1250℃。该生产方法与本发明类似，但主料非比重大于1的微珠，而是比重小于1的漂珠，配方中有纤维等填料，低温干燥相似，无自然养护，耐火度在本发明范围内。
公开号为1067036的中国发明申请案提供了一种可塑性微膨胀节能耐火材料，它是选用国产蓝晶石、焦宝石、高铝熟料、粉煤灰微珠和复合结合剂配制而成。具有可塑性、流变性、耐储性、节能性、耐用性和微膨胀性等特点。用于炉窑等热工设备作内衬材料和修补材料，兼有耐火、隔热、密封等功能。该方法与本发明不定形隔热耐火砖相仿，用料较本发明复杂。
公开号为86103874的中国发明申请案提供了一种无机保温材料及其制造方法，以粉煤灰为主体原料、耐高温及耐水性能好，属房屋建材类，与本发明不同类。
公开号为1096502的中国发明申请案提供了一种混凝土地新配方及加工方法。其特征是取100份普通硅酸盐水泥、碎石50～250份、粉煤灰提取物漂珠和微珠20～50份、砂10～50份、外加剂0.5～15份、水30～50份，经混合搅拌而成。配方中使用有微珠，但终端用途与本发明不同类。
公开号为1096051的中国发明申请案提供了一种轻质混凝土制备方法。是将100份普通硅酸盐水泥、50～150份陶粒、粉煤灰提取物漂珠和微珠15～35份、砂10～60份、外加剂0.5～15份、水30～50份，经混合搅拌制成。配方中使用有微珠，但终端用途与本发明不同类。
公开号为1096504的中国发明申请案提供了一种超轻、耐高温、高强水泥砂浆的加工方法。它是以100份低钙铝酸盐耐火水泥为胶凝材料，加粉煤灰提取物漂珠和微珠10～45份、水30～50份，经混合搅拌均匀制成。配方中使用有微珠，与本发明不定形耐火保温类似，但涉及建筑材料，而非用于冶金炉窑、锅炉等热设备。
发明内容：
本发明的目的是提供一种成本低、能耗小、耐高温、质轻的新型粉煤灰微珠非烧结耐火砖。
本发明的另一目的是提供一种成本低、能耗小、耐高温、质轻、保温性能好的粉煤灰微珠非烧结耐火保温砖。
本发明的技术方案是：一种新型粉煤灰微珠非烧结耐火砖，包括下列步骤；a选取原料的重量份数及其化学成分范围为：
结合剂： 15～70％， SiO2 5～20％， Al2O3 40～85％；
微珠： 30～85％，SiO2 40～55％，Al2O3 25～45％；
水：15～30％。
b将结合剂、微珠和水混合搅拌，放置0.5～1.0小时，按计算值称量需成型砖所需料量，加入模具，在200～300吨压力下压制或振动液压成形。
c自然养护、辐射传热养护、对流传热养护、温湿养护、低温干燥养护均可。自然养护期为28天；辐射传热养护、对流传热养护、温湿养护、低温干燥养护根据成型砖容重、导热系数、比热、流体放热系数、辐射黑度、温度、湿度等因数条件一般为60～120℃，24～48小时。
结合剂为高铝矾土、耐火粘土、高岭土、云母、铝酸盐、聚合铝、磷酸盐、硅酸盐、硫铝酸盐、有机或无机高分子等。
微珠的比重大于1、珠粒粒径0.1μm～380μm。
一种新型粉煤灰微珠非烧结耐火保温砖，包括下列步骤；a选取原料的容重比例及其化学成分范围为：
微珠： 30～45％，SiO2 40～55％，Al2O3 25～45％；
微泡剂、粉末等：40～45％，SiO2 10～50％，Al2O3 5～20％；
结合剂： 10～20％，SiO2 5～20％， Al2O3 40～85％；
水：15～40％
b将微珠、微泡剂、粉末等与结合剂、水在一定转速下混合搅拌，按计算值称量需成型砖所需料量，在60～150吨压力下压制或振动液压成形。
c自然养护、辐射传热养护、对流传热养护、低温干燥养护均可。自然养护期为28天；辐射传热养护、对流传热养护、低温干燥养护根据成型砖容重、导热系数、比热、流体放热系数、辐射黑度、温度等因数条件一般为60～120℃，24～48小时。
结合剂为高铝矾土、耐火粘土、高岭土、云母、铝酸盐、聚合铝、磷酸盐、硅酸盐、硫铝酸盐、有机或无机高分子等。
微珠的比重大于1、珠粒粒径0.1μm～380μm。
本发明以粉煤灰中分离提取的比重大于1的高强厚壁微珠用量30％～85％、珠粒粒径0.1μm～380μm、壁厚占珠体1/3～1/10，珠体内充满N2、CO2惰性气体，通过与水硬性或化学性结合剂的复配采用半干压制成型，振动液压成型，均可生产非烧结定形、不定形耐火、耐火保温砖。容重400kg/m3～2600kg/m3，耐火度900℃～1600℃，产品技术指标符合GB/T2992-1998《通用耐火砖形状尺寸》、GB4513-84《不定形耐火材料(致密和隔热)分类》、GB/T16763-1997《定形隔热耐火制品的分类》、GB10324-88《耐火制品的分型定义》、GB/T17105-1997《致密定形耐火制品分类》、GB/T17617-1998《耐火原料和不定形耐火材料取样》、YB4014-91《玻璃熔窑用致密定形耐火制品的分类》、YB/T5012-1997《高炉及热风炉用砖形状尺寸》、JC/T496-92(96)《水泥窑用耐碱砖》、YB/T112-1997《高炉用磷酸浸渍粘土砖》、YB/T5106-93《粘土质耐火砖》、YB/T5108-93《玻璃窑用大型粘土质耐火砖》、JC/T638-1996《玻璃窑用低气孔率粘土砖》、JB/T3649.3-94《电阻炉用耐火制品》、JB/T3649.6-94《电阻炉用耐火制品》、GB3994-83《粘土质隔热耐火砖》、GB3996-83《硅藻土隔热制品》、YB/T386-94《硅质隔热耐火砖》、GB/T14982-94《粘土质耐火泥浆》、YB/T134-1998《高温红外辐射涂料》、YB/T5083-1997《粘土质和高铝质致密耐火浇注料》、JC708-89(96)《耐碱耐火浇注料》、JC/T807-89(96)《轻质耐碱浇注料》的标准广泛应用于工业窑炉热工设备基础、烟道、平炉沉渣室、蓄热室底板与墙板及硅酸盐化工、机械、动力等用的炉窑、锅炉等热工设备。微珠生产非烧结耐火、耐火保温砖污染小、节约燃料、能耗和资源，提高再生资源的利用率，降低生产成本，利企利国。
本发明是以中国每年排弃上亿吨的粉煤灰中分离提取比重大于1的微珠为主要原料，其具有活性，但塑性差，不能作为独立材料使用，必须借助其它结合剂而形成终端产品，体现出真正的物质价值。采用水硬性或化学性结合剂，如高铝矾土、耐火粘土、高岭土、云母、铝酸盐、聚合铝、磷酸盐、硅酸盐、硫铝酸盐、有机或无机高分子等，与微珠复配半干压制成型为定形、不定形耐火、耐火保温砖制品，自然养护或低温干燥即得成品，完全适应所有的非直接高温区使用，每利用1吨微珠就可节约1吨不可再生资源，而且生产成本低，产成品率高。
与现有技术相比，本发明的优点为：
1、本发明的微珠来源为各地均有的固体废弃物粉煤灰中提取的比重大于1的微珠，材料易得、廉价，完全可替代不可再生资源，使用其作为原料可享受国家减免税收待遇。
2、本发明制备工艺简单，无需复杂的工艺设备和工艺过程。
3、本发明生产成本低，制造的非烧结耐火砖、耐火保温砖符合国家标准的有关规定。
具体实施方式：
以比重大于1的微珠为主，以高铝矾土、耐火粘土、高岭土、云母、铝酸盐、聚合铝、磷酸盐、硅酸盐、硫铝酸盐、有机或无机高分子等为结合剂，预先检测并按国标要求计算出所需生产种类的定形、不定形(异性)耐火砖的成分比例、容重，其工艺方法如下：
非烧结微珠耐火砖：
a选取原料的重量分数及其化学成分范围为：
结合剂：15～70％，SiO2 5～20％，Al2O3 40～85％；
微珠： 30～85％，SiO2 40～55％，Al2O3 25～45％；
水：15～30％。
b将结合剂、微珠和水混合搅拌，放置0.5～1.0小时，按计算值称量需成型砖所需料量，加入模具，在200～300吨压力下压制或振动液压成形。
c自然养护、辐射传热养护、对流传热养护、温湿养护、低温干燥养护均可。自然养护期为28天；辐射传热养护、对流传热养护、温湿养护、低温干燥养护根据成型砖容重、导热系数、比热、流体放热系数、辐射黑度、温度、湿度等因数条件一般为60～120℃，24～48小时。
在上述制备方法中，结合剂的塑性值，结合剂和微珠混合料的主要化学成分比，物料的粒径级配范围必须合理并达标，才能生产出合格的非烧结定形、不定形耐火砖。结合剂可以为一种或几种，成型压力200～300MPa。
以比重大于1的微珠，配以微泡剂、秸秆粉、锯末粉、废泡沫粉、高铝矾土、耐火粘土、高岭土、云母、铝酸盐、聚合铝、磷酸盐、硅酸盐、硫铝酸盐、有机或无机高分子等为结合剂，预先检测并按照国标要求计算出所需生产种类的定形、不定形(异形)耐火保温砖的成分比例、容重，其工艺方法如下：
非烧结微珠耐火保温砖：
a选取原料的容重比例及其化学成分范围为：
微珠： 30～45％，SiO2 40～55％，Al2O3 25～45％；
微泡剂、粉末等：40～45％，SiO2 10～50％，Al2O3 5～20％；
结合剂： 10～20％，SiO2 5～20％，Al2O3 40～85％；
水：15～40％
b将微珠、微泡剂、粉末等与结合剂、水在一定转速下混合搅拌，按计算值称量需成型砖所需料量，在60～150吨压力下压制或振动液压成形。
c自然养护、辐射传热养护、对流传热养护、低温干燥养护均可。自然养护期为28天；辐射传热养护、对流传热养护、低温干燥养护根据成型砖容重、导热系数、比热、流体放热系数、辐射黑度、温度等因数条件一般为60～120℃，24～48小时。
在上述制备方法中，微珠、微泡剂、粉末等与结合剂混合料的主要化学成分比，物料的粒径级配范围、孔隙率必须合理并达标，才能生产出合格的非烧结定形、不定形耐火保温砖。结合剂、微泡剂、粉末等可以为一种或几种，成型压力60～150MPa。
采用级配合理的比重大于1的微珠与水硬性或化学性结合剂复配可制成容重为2000～2600kg/m3非烧结定形、不定形耐火砖耐火度1100～1600℃，耐压强度＞30MPa，显气孔率不大于22％。按中华人民共和国国家标准GB/T17105-1997《致密定形耐火制品分类》属于以几种氧化物为主要原料的制品类。
实施例：
以河南省丰源实业股份有限公司提供的粉煤灰中分离提取比重大于1的微珠(成分如表1)、高铝矾土、聚合铝为原料。
表1 河南丰源实业股份有限公司的粉煤灰微珠化学组成材料名称 化学成分％SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 R2O loss ∑粗灰微珠63.58 24.32 5.04 2.94 0.90 0.08 1.20 1.64 99.70细灰微珠59.14 27.25 3.87 2.92 0.94 0.96 1.40 2.07 99.45
非烧结微珠耐火砖：
取重量分数高铝矾土50％，微珠50％，液态聚合铝10％，水18％。先将高铝矾土、微珠放置于搅拌器中，干混均匀，液态聚合铝与水溶解均匀加入搅拌器中，搅拌均匀后放料陈放0.5小时，按容重2600kg/m3计算值称取物料于230×114×65mm标准耐火砖模具中，于200～300MPa机械压力下成型。温度20～24℃，湿度＞80％条件下自然养护28天，即得非烧结微珠耐火砖(检测结果如表2)。
表2 河南丰源实业股份有限公司非烧结微珠耐火砖常规检验数据 项目 检验值 耐火度(℃) 1440～1520 烧后线变化温度(℃) 1400 烧后线变形％ +0.32 荷重软化温度(℃) 开始点 1340 4％ 1440 热震稳定性(850℃水冷)(次) 95～116 膨胀系数×10-6/℃(20～1200℃) 4.7～5.3 显气孔率％ 14 体积密度g/cm3 2.62
非烧结微珠耐火保温砖：
取河南省丰源实业股份有限公司提供的粉煤灰中分离提取比重大于1的微珠30份，高铝矾土30份，液态聚合铝10份，水20份，膨胀珍珠岩、废泡沫各15份放于高速搅拌器中，搅拌均匀，放料陈放1小时，按容重1000kg/m3计算值称取物料于230×114×65mm标准耐火保温砖模具中，于60～150MPa机械压力下成型。自然干燥养护28天，即得非烧结微珠耐火保温砖(检测结果如表3)。
表3 河南丰源实业股份有限公司非烧结微珠耐火保温砖常规检验数据 项目 检验值 烘干容重(kg/m3) 1000 耐火度(℃) 1300 烘干和烧后耐压强度kg/cm2 500℃ 68；900℃ 80；1300℃ 125 烧后线变形％ 500℃-0.10；900℃-0.16；1300℃-0.46 荷重软化温度(℃) 开始点 1180 4％ 1290 导热系数W/(m·K) 500℃ 0.2188；1000℃ 0.3252；1200℃ 0.3676