CN102167602A - 一种适用于熔融还原铜渣中铁的耐火材料的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于熔融还原铜渣中铁的耐火材料的制造方法，该材料的成分是：MgO：40％-42％；Cr2O3：15％-17％；Al2O3：37％-40％；Fe2O3：1.5％-2.5％；CaO或SiO2：0.5％-2.5％。按照以下工艺完成的：采用粒度为3-5mm的镁砂(MgO含量为95wt％)，粒度为1-3mm的铬精矿(Cr2O3含量为60wt％)，粒度为1-2mm的刚玉粉(Al2O3含量为98wt％)为基本原料，以纸浆废液为粘合剂(粘合剂加入量满足耐火材料各物料总重的0.5％-1.5％)，常温下在150MPa的压力下压制成型，其后置于110℃的烘箱中干燥20h，最后置于硅钼高温电阻炉中在1750℃保温3h，完成高温烧结，即可制得适用于熔融还原铜渣中铁的耐火材料。这种砖抗FeO-SiO2渣化学侵蚀性好，且抗热震性能好、抗渗透性能好，同时气孔率较低，适用于熔融还原铜渣中铁。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料生产领域，特别涉及一种用于熔融还原铜渣中铁的耐火材料的制造方法。
背景技术
铜渣是炉料和燃料中各种氧化物互相熔融而成的共熔体，主要的氧化物是二氧化硅和氧化亚铁，其次是氧化钙，三氧化二铝和氧化镁等。有关文献表明，铜渣中约含有40％的铁，在这数量巨大的铜渣中含有具有相当回收价值的铁。
铁在铜冶金渣中主要以2FeO·SiO2(铁橄榄石)和Fe3O4(磁铁矿)的形式存在，目前对从铜渣中回收富集铁的研究主要有两种方法：
第一：将铜渣在非熔融状态下对其进行氧化焙烧，将铜渣中主要以2FeO·SiO2(铁橄榄石)形式存在的铁转变为主要以Fe3O4(磁铁矿)形式存在的铁，其后对焙烧铜渣进行破碎磁选，将富铁相和其余渣相分离，达到富集铁的目的。有关文献证明，通过此方法回收铜渣中的铁，能使渣中铁在磁铁矿中的富集度达到85％以上，但此种方法存在以下缺点：
1、将水淬铜渣冷却后再高温氧化焙烧，过程中造成了热量的浪费。铜渣的出炉温度为1150℃-1250℃，铜渣的比热容大约为1.1kJ·kg-1·k-1，经计算将铜渣由出炉温度冷却到室温25℃时，我国铜冶炼厂2008年损失的热量大约为：1.1×1013-1.2×1013kJ，将发热量进行经济衡算，按照标煤的热值：29271.2kJ·kg-1计算，结合目前标煤的价格，每年我国因铜渣的热量损失而造成的经济损失至少为2.1亿人民币，将之推广至世界范围，其经济损失更为巨大；
2、通过氧化焙烧-破碎磁选工艺，将铁富集在磁铁矿中，此工艺存在铁回收率低、后续处理工艺复杂的缺点。有关文献证实，通过此工艺回收铜渣中的铁，其回收率最高保持在85％左右，且富集的铁集中在磁铁矿中，对其进行还原炼铁，需再将其投入高炉中进行炼铁，整个过程程序过于复杂。
第二：借鉴熔融还原炼铁的思想，将铜渣中主要以2FeO·SiO2(铁橄榄石)和Fe3O4(磁铁矿)形式存在的铁利用还原剂直接熔融还原为金属铁，在熔融状态下实现渣铁分离的回收铜渣中铁的工艺。
对于第二种方法，怎样解决熔融还原铜渣中铁过程中耐火材料的侵蚀问题，成为此项技术工业化所面临的重大问题之一。
铜渣的基本渣系为FeO-SiO2-CaO渣系，针对此渣系一般采用镁质或铬镁质耐火材料。主要是因为，对于镁质耐火材料，渣熔融后耐火材料和渣之间形成的三元系MgO-FeO-SiO2在其吸收相当数量的铁的氧化物(FeO，Fe2O3)后，所形成液相的温度依然很高，即镁质耐火材料可以抵抗铁橄榄石渣的侵蚀。向镁质耐火材料加入一定量的Cr2O3后，可以使耐火材料的抗侵蚀性得到进一步的提升，主要是因为含Cr2O3的耐火材料在FeO-SiO2渣中的溶解度更小。同时，镁铬耐火材料的组织结构中亦存在着相当数量的微小裂纹，其热震稳定性也好于镁质耐火材料。
高温下铜熔融渣对耐火材料的化学侵蚀，主要包括以下三个方面：
(1)在耐火材料表面进行，即熔融铜渣和耐火矿物晶体表面接触发生化学反应，生成低熔点物相，进入熔渣，造成腐蚀；
(2)化学侵蚀在耐火材料的晶界发生，即铜熔融渣浸入晶界，与晶界材料发生化学反应，生成低熔点物相，并随着化学溶蚀反应的不断进行，低熔点物相不断变厚变长，使耐火矿物被所形成低熔点液相包围、分离，使侵蚀加剧；
(3)化学侵蚀发生在耐火材料的毛细气孔发生，即铜熔融渣通过毛细气孔浸入耐火材料内部并与其发生化学反应，所产生的低熔点物相包围耐火材料颗粒，使耐火材料颗粒之间的结合力丧失，加剧溶蚀反应的进行；
因此，选择合适的耐火材料成分及耐火材料成型工艺(各组分粒度的选择、成型温度、机械压力等)，对减少铜渣对耐火材料的侵蚀至关重要。
发明内容
本发明要解决的问题是，选择理想的耐火材料组分和合适的耐火材料成型工艺，为熔融还原铜渣中铁这一工艺的工业化应用提供一种抗化学侵蚀性好、抗热震性能好、抗渗透性能好的耐火材料。
本发明适用于熔融还原铜渣中铁的耐火材料的制造方法，其特征在于该材料按重量百分比计，其的成分是：MgO：40％-42％，Cr2O3：15％-17％，Al2O3：37％-40％，Fe2O3：1.5％-2.5％，CaO或SiO2：0.5％-2.5％，
该材料的制备工艺流程为；采用粒度为3-5mm的镁砂，粒度为1-3mm的铬精矿，粒度为1-2mm的刚玉粉为基本原料，以纸浆废液为粘合剂，常温下在150MPa的压力下压制成型，其后置于110℃的烘箱中干燥20h，最后置于硅钼高温电阻炉中在1750℃保温3h，完成高温烧结，即可制得适用于熔融还原铜渣中铁的耐火材料。
所述镁砂的MgO含量为95wt％，铬精矿的Cr2O3含量为60wt％，刚玉粉的Al2O3含量为98wt％。
所述粘合剂加入量满足耐火材料各物料总重的0.5％-1.5％。
本发明适用于熔融还原铜渣中铁的耐火材料的制造方法，该材料的成分是：MgO：40％-42％；Cr2O3：15％-17％；Al2O3：37％-40％；Fe2O3：1.5％-2.5％；CaO或SiO2：0.5％-2.5％。按照以下工艺完成的：采用粒度为3-5mm的镁砂(MgO含量为95wt％)，粒度为1-3mm的铬精矿(Cr2O3含量为60wt％)，粒度为1-2mm的刚玉粉(Al2O3含量为98wt％)为基本原料，以纸浆废液为粘合剂(粘合剂加入量满足耐火材料各物料总重的0.5％-1.5％)，常温下在150MPa的压力下压制成型，其后置于110℃的烘箱中干燥20h，最后置于硅钼高温电阻炉中在1750℃保温3h，完成高温烧结，即可制得适用于熔融还原铜渣中铁的耐火材料。这种砖抗FeO-SiO2渣化学侵蚀性好，且抗热震性能好、抗渗透性能好，同时气孔率较低，适用于熔融还原铜渣中铁。
本发明的优点在于，首先基于铜渣的基本渣系FeO-SiO2-CaO三元渣系，选择以MgO、Cr2O3为抗侵蚀基体的耐火材料，一方面利用了其中MgO组分在渣熔融后与渣之间形成的三元系MgO-FeO-SiO2，在其吸收相当数量的铁的氧化物(FeO，Fe2O3)后，形成液相的温度依然很高，可以抵抗铁橄榄石渣的侵蚀，同时利用了耐火材料中的Cr2O3组分在FeO-SiO2渣中的溶解度很小，使耐火材料的抗侵蚀性得到进一步的提升；其次，利用镁铬耐火材料的组织结构中存在的相当数量的微小裂纹，提高了其热震稳定性；最后，采用特定的成型工艺，使其体积密度、显气孔率、常温下耐压强度等参数达到优化。
具体实施方式
下面本发明做进一步说明，但它们不构成对本发明的限制。
本发明是按下述配方制成的(按重量百分比)：
MgO：40％-42％；
Cr2O3：15％-17％；
Al2O3：37％-40％；
Fe2O3：1.5％-2.5％；
(CaO，SiO2)：0.5％-2.5％；
以上述各组分为基础熔铸成耐火材料的工艺为：采用粒度为3-5mm的镁砂(MgO含量为95wt％)，粒度为1-3mm的铬精矿(Cr2O3含量为60wt％)，粒度为1-2mm的刚玉粉(Al2O3含量为98wt％)为基本原料，以纸浆废液为粘合剂，常温下在150MPa的压力下压制成型，其后置于110℃的烘箱中干燥20h，最后置于硅钼高温电阻炉中在1750℃保温3h，完成高温烧结，即可制得适用于熔融还原铜渣中铁的耐火材料。
实施例1
将成分符合要求的镁砂、铬精矿、刚玉粉在常温下分别研磨至一定粒度，其中镁砂粒度为3.5mm左右，铬精矿2mm左右，刚玉粉1.5mm左右，经过配料计算，使各物料的加入量满足MgO40％，Cr2O316％，Al2O338％，Fe2O32％，(CaO、SiO2)1.5％。将配料完成的物料在常温下搅拌均匀，并将结合剂纸浆废液(纸浆废液的加入量为上述材料总重量的1％)加入上述物料中并混合均匀，常温下在150MPa的压力下压制成型，并置于110℃的烘箱中干燥20h，最后置于硅钼高温电阻炉中在1750℃保温3h，完成高温烧结，即制成适用于熔融还原铜渣中铁的耐火材料。
实施例2
将成分符合要求的镁砂、铬精矿、刚玉粉在常温下分别研磨至一定粒度，其中镁砂粒度为4mm左右，铬精矿2.5mm左右，刚玉粉1.5mm左右，经过配料计算，使各物料的加入量满足MgO41％，Cr2O316.8％，Al2O338.5％，Fe2O31.5％，(CaO、SiO2)0.7％。将配料完成的物流在常温下搅拌均匀，并将结合剂纸浆废液(纸浆废液的加入量为上述材料总重量的1％)加入上述物料中并混合均匀，常温下在150MPa的压力下压制成型，并置于110℃的烘箱中干燥20h，最后置于硅钼高温电阻炉中在1750℃保温3h，完成高温烧结，即可制得适用于熔融还原铜渣中铁的耐火材料。
实施例3
将成分符合要求的镁砂、铬精矿、刚玉粉在常温下分别研磨至一定粒度，其中镁砂粒度为4.2mm左右，铬精矿2.7mm左右，刚玉粉1.8mm左右，经过配料计算，使各物料的加入量满足MgO41.5％，Cr2O316.5％，Al2O338.4％，Fe2O32％，(CaO、SiO2)1.2％。将配料完成的物流在常温下搅拌均匀，并将结合剂纸浆废液(纸浆废液的加入量为上述材料总重量的1％)加入上述物料中并混合均匀，常温下在150MPa的压力下压制成型，并置于110℃的烘箱中干燥20h，最后置于硅钼高温电阻炉中在1750℃保温3h，完成高温烧结，即可制得适用于熔融还原铜渣中铁的耐火材料。
Claims (3)
1.一种适用于熔融还原铜渣中铁的耐火材料的制造方法，其特征在于该材料按重量百分比计，其的成分是：MgO：40％-42％，Cr2O3：15％-17％，Al2O3：37％-40％，Fe2O3：1.5％-2.5％，CaO或SiO2：0.5％-2.5％，
该材料的制备工艺流程为；采用粒度为3-5mm的镁砂，粒度为1-3mm的铬精矿，粒度为1-2mm的刚玉粉为基本原料，以纸浆废液为粘合剂，常温下在150MPa的压力下压制成型，其后置于110℃的烘箱中干燥20h，最后置于硅钼高温电阻炉中在1750℃保温3h，完成高温烧结，即可制得适用于熔融还原铜渣中铁的耐火材料。
2.根据权利要求1所述的适用于熔融还原铜渣中铁的耐火材料的制造方法，其特征在于所述镁砂的MgO含量为95wt％，铬精矿的Cr2O3含量为60wt％，刚玉粉的Al2O3含量为98wt％。
3.根据权利要求1所述的适用于熔融还原铜渣中铁的耐火材料的制造方法，其特征在于所述粘合剂加入量满足耐火材料各物料总重的0.5％-1.5％。
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| CN109180205A (zh) * | 2018-10-09 | 2019-01-11 | 北京科技大学 | 一种铬铁矿耐火材料及其制备方法 |
| WO2022121939A1 (zh) * | 2020-12-09 | 2022-06-16 | 昆明理工大学 | 一种以铜冶炼渣为原料制备耐火材料的方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1088555A (zh) * | 1992-12-12 | 1994-06-29 | 冶金部洛阳耐火材料研究院 | 一种镁铬砖的生产方法 |
| CN101734908A (zh) * | 2009-10-28 | 2010-06-16 | 郑州真金耐火材料有限责任公司 | 高荷软、高抗热震稳定性直接结合镁铬砖的生产方法 |
-
2010
- 2010-12-20 CN CN201010597038.3A patent/CN102167602A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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