CN101580402A - 一种镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料及其制备方法 - Google Patents

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卜景龙
王榕林
王瑞生
王志发
贾翠
苗艳玲
邹大鹏
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Abstract

本发明涉及一种镁铝尖晶石－氧化锆－氧化铁复合材料及其制备方法，属耐火材料领域。该复合材料所用原料以及原料的重量百分比为：粒径≤0.060mm的镁砂28～31％，粒径≤0.060mm的氧化铝56～62％，粒径≤0.040mm的氧化锆5～10％，粒径≤0.040mm的氧化铁2～6％。其制备方法是将上述原料干混1分钟后加入PVA溶液6％(重量百分比，外加)湿混8分钟，再经困料4小时获得坯料；坯体成型压强≥100MPa；坯体在60℃～100℃干燥8小时后经1600℃烧成，保温3～5小时。该复合材料具有优良的烧结性能及抗水泥熔渣侵蚀性能，本发明可为水泥工业回转窑用耐火材料领域提供一种新型复合材料。

Description

一种镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料及其制备方法。
背景技术
本发明是开发一种可用于水泥回转窑用耐火材料领域的镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料，该复合材料可以在1600℃烧成制备，具有优良的烧结性能及抗水泥熔渣侵蚀性能。
镁铬(MgO-Cr2O3)耐火材料以其优良耐高温、抗水泥熟料熔渣侵蚀的使用效果，确立了镁铬耐火材料应用于大型水泥回转窑高温带的不可替代地位。然而，含有Cr2O3的碱性耐火材料会产生可致癌的六价铬离子(Cr6+)，镁铬耐火材料在生产或使用中，Cr6+会随烟气排入大气造成环境污染。另外，Cr6+与其它氧化物所形成的R2Cr2O3、RCrO4易溶于水，使用后的镁铬耐火材料残砖中Cr6+随雨水溶解、渗入地下造成水污染。如何防止Cr6+对大气及水源的环境污染等问题，成为当今世界环保及水泥、耐火材料工业亟待解决的重要课题。
国际上水泥回转窑高温带自20世纪80年代开始用无铬碱性耐火材料替代含铬碱性耐火材料，以求根本杜绝Cr6+污染。国外采用了以方镁石为主成分的无铬碱性耐火材料技术开发路线，研发氧化镁-氧化铝(MgO-Al2O3)和氧化镁-氧化锆(MgO-ZrO2)两大类无铬碱性耐火材料，但烧成温度高、产品成本昂贵。日本、西欧和北美国家因资源等原因研发的水泥回转窑高温带耐火材料为改性镁铝质耐火材料、镁锆质耐火材料。
20世纪90年代末，我国耐火材料技术人员对MgO-Al2O3、MgO-ZrO2、AlN-MgO系材料进行了探索，进行了组成、结构与性能等方面进行了研究。其中MgO-Al2O3系的镁铝尖晶石(MgAl2O4简写为MA)质耐火材料用作水泥回转窑烧成带窑衬，取得了较好的使用效果。
但是MA质耐火材料的烧成制备需要1700℃的高温窑炉，其窑炉投资及烧成能耗大，使得MA质耐火材料的生产成本及市场价格高，制约了我国水泥工业耐火材料环保无铬化的进程。相比镁铬质耐火材料，MA质耐火材料的抗水泥熟料熔渣侵蚀性能及使用寿命也有待进一步提高。
本专利提出在MA材料中引入少量氧化锆和氧化铁，可以在较低温度1600℃烧成制备的一种镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料，该复合材料具有优良的烧结性能及抗水泥熔渣侵蚀性能。本专利可为我国水泥工业回转窑用耐火材料领域提供一种新型复合材料。
发明内容
本发明的发明目的在于上述现有技术中的不足，提供一种可在1600℃烧成并具有优良烧结性能及抗水泥熔渣侵蚀性能的镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料及其制备方法。
本发明的技术方案与技术特征为：
本发明为一种镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料及其制备方法，其特征在于该复合材料所用原料以及原料的重量百分比为：镁砂28～31％，氧化铝56～62％，氧化锆5～10％，氧化铁2～6％。该复合材料制备包括以下步骤：坯料制备；坯体成型与干燥；坯体高温烧成。
该复合材料所用镁砂原料为电熔镁砂、或烧结镁砂、或轻烧镁砂，上述镁砂原料纯度的重量百分比为MgO≥97％；上述镁砂原料的粒径≤0.060mm。
该复合材料所用氧化铝原料为工业氧化铝、或α-氧化铝、或煅烧氧化铝、或氢氧化铝，上述氧化铝原料纯度的重量百分比为Al2O3≥97％；上述氧化铝原料的粒径≤0.060mm。
该复合材料所用氧化锆原料为全稳定氧化锆、或部分稳定氧化锆、或非稳定氧化锆，上述氧化锆原料纯度的重量百分比为ZrO2≥90％；上述氧化锆原料的粒径≤0.040mm。
该复合材料所用氧化铁原料为三氧化二铁、或氧化亚铁、或四氧化三铁，上述氧化铁原料纯度的重量百分比为Fe2O3≥95％；上述氧化铁原料的粒径≤0.040mm。
该复合材料的坯料制备方法是：将镁砂原料、氧化铝原料、氧化锆、氧化铁分别计量后干混1分钟，然后加入PVA溶液6％(重量百分比，外加)湿混8分钟，湿混后物料再经困料4小时后获得供坯体成型的坯料。
该复合材料的坯体成型与干燥方法是：坯体采用液压压力机或摩擦压力机成型，坯体成型压强为≥100MPa，成型后坯体经60℃干燥4小时，再经100℃干燥4小时后获得供烧成的坯体。
该复合材料的坯体高温烧成方法是：干燥后坯体经1600℃高温烧成，保温3～5小时后获得镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料。
具体实施方式
实施例1
镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料的坯料组成重量百分比为：≤0.060mm的烧结镁砂30％，≤0.060mm的煅烧氧化铝59％，≤0.040mm的全稳定氧化锆7％，≤0.040mm的三氧化二铁4％。将上述各原料分别计量后干混1分钟，然后加入PVA溶液6％(重量百分比，外加)湿混8分钟，湿混后物料再经困料4小时后获得供坯体成型的坯料。采用液压压力机或摩擦压力机成型，坯体成型压强为≥100MPa，成型后坯体经60℃干燥2小时，再经100℃干燥2小时后获得供烧成的坯体。干燥后坯体经1600℃高温烧成，保温5小时后获得镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料。
该复合材料的抗张强度为50.7MPa(未加入氧化锆及氧化铁的对比样为42.2MPa)，显气孔率为17.6％(未加入氧化锆及氧化铁的对比样为26.1％)。
实施例2
镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料的坯料组成重量百分比为：≤0.060mm的轻烧镁砂30％，≤0.060mm的煅烧氧化铝59％，≤0.040mm的全稳定氧化锆5％，≤0.040mm的三氧化二铁6％。将上述各原料分别计量后干混1分钟，然后加入PVA溶液6％(重量百分比，外加)湿混8分钟，湿混后物料再经困料4小时后获得供坯体成型的坯料。采用液压压力机或摩擦压力机成型，坯体成型压强为≥100MPa，成型后坯体经60℃干燥2小时，再经100℃干燥2小时后获得供烧成的坯体。干燥后坯体经1600℃高温烧成，保温5小时后获得镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料。
该复合材料的抗张强度为56.3MPa(未加入氧化锆及氧化铁的对比样为42.2MPa)，显气孔率为15.8％(未加入氧化锆及氧化铁的对比样为26.1％)。

Claims (8)

1、一种镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料及其制备方法，其特征在于该复合材料所用原料以及原料的重量百分比为：镁砂28～31％，氧化铝56～62％，氧化锆5～10％，氧化铁2～6％。该复合材料制备包括以下步骤：坯料制备；坯体成型与干燥；坯体高温烧成。
2、如权利要求1所述的镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料及其制备方法，其特征在于所用镁砂原料为电熔镁砂、或烧结镁砂、或轻烧镁砂，上述镁砂原料纯度的重量百分比为MgO≥97％；上述镁砂原料的粒径≤0.060mm。
3、如权利要求1所述的镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料及其制备方法，其特征在于所用氧化铝原料为工业氧化铝、或α-氧化铝、或煅烧氧化铝、或氢氧化铝，上述氧化铝原料纯度的重量百分比为Al2O3≥97％；上述氧化铝原料的粒径≤0.060mm。
4、如权利要求1所述的镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料及其制备方法，其特征在于所用氧化锆原料为全稳定氧化锆、或部分稳定氧化锆、或非稳定氧化锆，上述氧化锆原料纯度的重量百分比为ZrO2≥90％；上述氧化锆原料的粒径≤0.040mm。
5、如权利要求1所述的镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料及其制备方法，其特征在于所用氧化铁原料为三氧化二铁、或氧化亚铁、或四氧化三铁，上述氧化铁原料纯度的重量百分比为Fe2O3≥95％；上述氧化铁原料的粒径≤0.040mm。
6、如权利要求1所述的镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料及其制备方法，其特征在于坯料制备方法是：将镁砂原料、氧化铝原料、氧化锆、氧化铁分别计量后干混1分钟，然后加入PVA溶液6％(重量百分比，外加)湿混8分钟，湿混后物料再经困料4小时后获得供坯体成型的坯料。
7、如权利要求1所述的镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料及其制备方法，其特征在于坯体成型与干燥方法是：坯体采用液压压力机或摩擦压力机成型，坯体成型压强为≥100MPa，成型后坯体经60℃干燥4小时，再经100℃干燥4小时后获得供烧成的坯体。
8、如权利要求1所述的镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料及其制备方法，其特征在于坯体高温烧成方法是：干燥后坯体经1600℃高温烧成，保温3～5小时后获得镁铝尖晶石-氧化锆-氧化铁复合材料。
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