耐火砖黏结剂

在耐火砖生产过程中，添加黏结剂是为了保证耐火材料在烧制前各种原料可以紧密黏结，提高耐火砖在烧制前的稳定性以及抗变形能力。这是因为砖坯的稳定与完整是后期耐火材料性能达标的重要保证。

黏结剂的分类方法很多，根据黏结剂的来源分类，主要可分为天然黏结剂和人造黏结剂两种类型;根据化学成分分类，又可分为有机类黏结剂和无机类黏结剂。有机类黏结剂包括合脂、渣油、桐油、沥青、松香、面粉、糊精、糖浆、纸浆废液、糠醇树脂等;无机类黏结剂包括黏土、石膏、水玻璃、水泥、磷酸盐等。

现有耐火砖使用的黏结剂通常为酚醛树脂、纸浆废液、有机粉体等。这些黏结剂是在砖坯烧制前发挥作用，在耐火砖烧制以及高温使用过程中，这些添加剂便是一种不稳定的杂质。水泥企业使用耐火材料过程中，耐火砖中的黏结剂杂质会挥发有机物及硫化物等多种有害成分，这些成分不仅会影响水泥性能，对环境更是十分不利。特别是掺有有机黏结剂的耐火砖，其在制备过程中，可能会发生复杂的化学反应，向环境排放大量有害的VOCs。

本文开发了一种新的无机黏结剂体系，不含有机成分，避免复杂有害有机物质的出现。另外，利用红外和热重分析等手段对黏结剂的热力学行为和降解行为进行了分析，探究了自主开发的黏结剂在制备耐火砖的加热过程中的化学成分演变。

01 试 验

1.1主要原材料及设备

本试验所用耐火材料来自于市场售卖的耐火镁砖材料，分为粗粉、细粉、黏结剂，对比了自主开发的黏结剂及市场售卖的有机黏结剂在制备耐火砖时，加热过程中生成的有害物质。

 

1.2 试验方法

(1)耐火砖的制备。水泥窑用环境友好型耐火镁砖的制备方法为：将粗粉与黏结剂按配方比例加入混样锅，转速为5r/min,混样30min后，将该混合粉末加入细粉，继续混样2h。将混合好后的混合物，放入可拆卸的模具，在压力机上设置最高压力：保压，砖坯制成，脱模后，砖坯置于高温炉，程序升温10℃/min,温度到200℃后，保温2h,继续升温至1600℃,烧制4h,制得耐火砖。

(2)红外测试。将同步热加热温度设置加热最高温度1400℃,升温速率为10℃/min,通过热重红外联用实时监测在升温过程中生成的物质，检测对比自制黏结剂与市场现用的常规有机黏结剂在加热过程中是否会产生有害物质。

(3)热重分析。利用同步热检测黏结剂及耐火砖的热重变化，通过检测其在加热过程中的质量变化来进一步分析样品释放的物质。

02 结果与讨论

2.1自主开发的黏结剂与现有黏结剂的热重损失及红外分析

设置加热最高温度1400℃,通过热重红外联用检测对比自主开发自制黏结剂与常规有机黏结剂(酚醛树脂、淀粉糊精、纸浆废液)在加热过程中生成的物质。两种黏结剂的热重曲线(如图1所示)。由图1可知，常规黏结剂受热后的质量损失为93.69%,自主开发质量损失为36.3%。自主开发黏结剂高温受热后向环境排放的物质较少，而常规黏结剂在受热后几乎全部向环境释放。

 

在500℃条件下常规黏结剂释放的物质吸收峰(如图2(a)所示),在500℃条件下自主开发黏结剂释放的物质吸收峰(如图2(b)所示)。对比两种黏结剂受热后的红外吸收图可知，常规黏结剂受热后有二氧化碳吸收峰出现，而自主开发黏结剂未检测到相应的吸收峰，这表明自主开发黏结剂在不会向环境释放二氧化碳等物质。

 

黏结剂在500~1400℃之间常规黏结剂释放的物质吸收峰(如图3(a)所示),自主开发黏结剂释放的物质吸收峰(如图3(b)所示)。对比两种黏结剂受热后的红外吸收图可知，常规黏结剂有硫化物的吸收峰出现，而自主开发黏结剂未检测到相应的吸收峰，这表明自主开发黏结剂在不会向环境释放硫化物等物质。

 

以上结果表明，常规黏结剂会对环境释放碳化物及硫化物等有害成分，自主开发黏结剂不含碳化物及硫化物。

2.2不同黏结剂制备的耐火砖烧制后的成分分析

通过热重红外联用检测用两种不同黏结剂制备的耐火镁砖受热时的气体红外，设置加热最高温度1400℃。通过热重红外联用检测用两种不同黏结剂制备的耐火镁砖受热时的气体红外，设置加热最高温度1200℃,检测结果如图4所示。自主开发黏结剂制备的耐火砖受热后的质量剩余量为99.5%,常规黏结剂制备的耐火砖受热后的质量剩余量为96.5%。

 

03 结语

通过通过热红联用监测物料加热过程产生的气体，对比常规黏结剂和自主开发的无机黏结剂本身以及使用其制备的耐火砖在加热过程中是否会对环境产生危害。通过分析对比进一步表明，常规黏结剂含有大量有机物以及硫化物，这些物质在耐火镁砖烧成后未检测到，说明在耐火镁砖制备过程中，这些物质已排放到大气环境中。相比之下，自主开发黏结剂在加热过程中无气体生成，不会对环境产生危害。由此可知，耐火砖在制备过程中涉及高温加热，其使用的黏结剂是否环境友好是评判耐火砖制备过程是否对环境产生危害的重要依据，使用高效稳定的无机黏结剂是环境友好型耐火砖的未来发展趋势。