CN102731069B

CN102731069B - 一种镁渣发热体及其制备方法

Info

Publication number: CN102731069B
Application number: CN2012102559105A
Authority: CN
Inventors: 樊子民; 王晓刚
Original assignee: Xian University of Science and Technology
Current assignee: Xian University of Science and Technology
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2032-07-24
Also published as: CN102731069A

Abstract

本发明提供了一种镁渣发热体，由以下质量百分比的原料制成：镁渣30%～70%，石墨20%～60%，粘接剂8%～28%，所述粘接剂由热固性酚醛树脂与有机溶剂混合制成；本发明还提供了该发热体的制备方法，过程为：一、将镁渣球磨为镁渣粉体，将石墨过筛得到石墨粉体；二、将镁渣粉体、石墨粉体与粘接剂混捏后挤压或模压成型；三、依次进行干燥、打磨、打孔、再次打磨处理；四、在真空条件或惰性气氛中烧结得到镁渣发热体。本发明成本低廉、工艺简单，具有低投入、高产出的显著特点，开辟了一条将镁渣回收利用的新道路；采用本发明制备的镁渣发热体在25℃的电阻率为0.02Ω·m～0.1Ω·m，易于实现与加热设备供电参数的匹配。

Description

一种镁渣发热体及其制备方法

技术领域

本发明属于镁渣处理技术领域，具体涉及一种镁渣发热体及其制备方法。

背景技术

镁渣是炼镁时产生的工业废渣，我国每年产生约360万吨的镁渣。镁渣在金属镁的生产过程中产生的废料，从还原罐中取出时仍然保持块状形态，在空气中自然冷却后，表层逐渐粉化为细小的粉末状物质。对于镁渣的处理，目前主要采用倾倒在荒地和填埋山洼的堆放、掩埋等办法进行处理，利用率低下。镁渣的危害主要体现在以下两方面：一方面，金属镁渣为粉尘物，其中的细粉含量很高，直径小于150μm的颗粒超过60％，细于常见的煤灰粉尘、类似于水泥颗粒，悬浮在空气中很难沉降，在自然环境中极易形成粉尘污染，吸入呼吸道，造成呼吸道疾病，加上我国气候多风，其危害性更大。另一方面，金属镁渣还具有很强的吸潮性，容易使土壤盐碱化，造成土壤板结。堆积过金属镁渣的土地及其周边范围基本无法再用于农业耕种，造成农田的大量减少，随着我国耕地面积的减少和近年全球粮食价格的上涨，这一危害逐渐凸现。如何使其资源化利用尚在初步研发之中

真空炉、电阻炉等设备所用发热体常采用石墨、钼材等。以石墨为原材料制备的发热体制造工艺复杂，生产成本高昂，并且制备的发热体的强度较低。以钼板或钼丝为原材料制备的发热体的成本昂贵，并且其电阻温度系数比常规金属要大，一般用感应变压器或自耦变压器来调节调压，另外钼丝在1600度的电阻率比常温下大将近9倍，在升温过程中，功率变化很大，不易实现与加热设备供电参数的匹配。

截止目前，尚未发现有关镁渣发热体及其制备方法的研究见诸报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种成本低廉、工艺简单的镁渣发热体；该镁渣发热体以工业废渣－镁渣为原料组分，具有低投入、高产出的显著特点，开辟了一条将镁渣回收利用的新道路；该镁渣发热体在25℃的电阻率可精确控制在0.02Ω·m～0.1Ω·m，易于实现与加热设备供电参数的匹配。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种镁渣发热体，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：镁渣30%～70%，石墨20%～60%，粘接剂8%～28%；所述粘接剂由热固性酚醛树脂与有机溶剂按质量比1∶1～5混合制成；所述热固性酚醛树脂在25℃的粘度为50mPa·s～500mPa·s，残炭率为50%～60%；所述镁渣由以下质量百分比的成分组成：氧化钙50%～60%，氧化镁3%～10%，三氧化二铁1%～4%，二氧化硅30%～36%，氧化铝1%～4%，余量为不可避免的杂质。

上述的一种镁渣发热体，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：镁渣30%～60%，石墨30%～55%，粘接剂9%～20%。

上述的一种镁渣发热体，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：镁渣50%，石墨40%，粘接剂10%。

上述的一种镁渣发热体，其特征在于，所述有机溶剂为无水甲醇、无水乙醇、乙醚或甲苯。

另外，本发明还提供了一种制备上述镁渣发热体的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将镁渣球磨破碎后过200目筛，得到镁渣粉体；将石墨过100目筛，得到石墨粉体；

步骤二、将步骤一中所述镁渣粉体和石墨粉体与粘接剂加入混捏机中混捏，经挤压成型或模压成型后得到镁渣坯体；

步骤三、将步骤二中所述镁渣坯体干燥后对镁渣坯体的表面进行打磨处理，然后按照设计进行打孔，再次对镁渣坯体的表面进行打磨处理，得到处理后的镁渣坯体；

步骤四、将步骤三中所述处理后的镁渣坯体在真空条件或惰性气氛中烧结，自然冷却后得到镁渣发热体；所述烧结的温度为1400℃～1450℃，所述烧结的时间为3h～5h。

上述的方法，其特征在于，步骤二中所述混捏的时间为60min～120min。

上述的方法，其特征在于，步骤二中所述模压成型的压力为160MPa～200MPa。

上述的方法，其特征在于，步骤三中所述干燥的温度为80℃～120℃。

上述的方法，其特征在于，步骤三中所述干燥的时间为12h～24h。

本发明的镁渣发热体的使用方法与现有石墨发热体相同，使用温度≤1300℃，适用于真空烧结炉、真空电阻炉、气氛电阻炉等加热设备。

本发明采用镁渣、石墨和热固性酚醛树脂类粘接剂为原料制备发热体，石墨具有优良的导电性能，而镁渣中的三氧化二铁、氧化镁、二氧化硅等成分能够有效调节发热体的电阻性能和烧结工艺，再加上热固性酚醛树脂的粘接性能和增强作用，最终得到的镁渣发热体致密、均匀、电阻率稳定，易于实现与加热设备供电参数的匹配。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

（1）本发明采用工业废渣－镁渣作为主要原料，不仅能够有效地遏制废渣污染行为，而且能够大幅度降低生产成本，提高生产效率，具有低投入、高产出的显著特点，开辟了一条将镁渣回收利用的新道路；

（2）本发明操作简单方便，工艺流程短，能够在真空条件或惰性气氛中烧结制得致密、均匀、电阻率稳定的发热体，具有快速、高效、节能、环保的显著优势；

（3）本发明生产成本低廉，生产工艺简单，产品收率高；本发明通过配方设计和工艺优化，制备的镁渣发热体致密、均匀且在25℃的电阻率能精确控制在0.02Ω·m～0.1Ω·m，易于实现与加热设备供电参数的匹配。

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

实施例1

本实施例的镁渣发热体，由以下质量百分比的原料制成：镁渣50%，石墨40%，粘接剂10%；所述镁渣为陕西渭南某炼镁厂镁渣，测得其原料组成为：氧化钙60%，氧化镁3%，三氧化二铁1.0%，二氧化硅34%，氧化铝1.9%，杂质0.1%；所述石墨为天然石墨；所述粘接剂由热固性酚醛树脂与无水甲醇按质量比1∶1混合制成；所述热固性酚醛树脂采用NDJ-4旋转粘度计测得25℃的粘度为90mPa·s～130mPa·s，采用热重分析仪以10℃/min的速率升温至700℃测得的残炭率为52%～54%。

本实施例的镁渣发热体的制备方法包括以下步骤：

步骤二、将步骤一中所述镁渣粉体和石墨粉体与粘接剂按质量百分比加入混捏机中混捏120min，经压力为200MPa的模压成型后得到厚度为30mm的板状镁渣坯体；

步骤三、将步骤二中所述板状镁渣坯体在温度为80℃的条件下干燥24h后对镁渣坯体的表面进行打磨处理，然后按照设计进行打孔，再次对镁渣坯体的表面进行打磨处理，得到处理后的镁渣坯体；

步骤四、将步骤三中处理后的镁渣坯体置于真空度为2×10^-1Pa的真空烧结炉中进行烧结，烧结过程中控制以50℃/min的升温速率升至1400℃保持4h，自然冷却后得到镁渣发热体。

本实施例的镁渣发热体在25℃的电阻率为0.04Ω·m～0.05Ω·m，易于实现与加热设备供电参数的匹配。

实施例2

本实施例的镁渣发热体，由以下质量百分比的原料制成：镁渣60%，石墨32%，粘接剂8%；所述镁渣为陕西省榆林市某炼镁厂镁渣，测得其原料组成为：氧化钙50%，氧化镁10%，三氧化二铁3.9%，二氧化硅34%，氧化铝2.0%，杂质0.1%；所述石墨为人造石墨；所述粘接剂由热固性酚醛树脂与无水乙醇按质量比1∶3混合制成；所述热固性酚醛树脂采用NDJ-4旋转粘度计测得25℃的粘度为50mPa·s～90mPa·s，采用热重分析仪以10℃/min的速率升温至700℃测得的残炭率为50%～52%。

本实施例的镁渣发热体的制备方法包括以下步骤：

步骤二、将步骤一中所述镁渣粉体和石墨粉体与粘接剂按质量百分比加入混捏机中混捏80min，经压力为160MPa的模压成型后得到厚度为20mm的板状镁渣坯体；

步骤三、将步骤二中所述板状镁渣坯体在温度为100℃的条件下干燥18h后对镁渣坯体的表面进行打磨处理，然后按照设计进行打孔，再次对镁渣坯体的表面进行打磨处理，得到处理后的镁渣坯体；

步骤四、将步骤三中处理后的镁渣坯体置于真空度为1×10^-1Pa的真空烧结炉中进行烧结，烧结过程中控制以40℃/min的升温速率升至1450℃保持3h，自然冷却后得到镁渣发热体。

本实施例的镁渣发热体在25℃的电阻率为0.06Ω·m～0.08Ω·m，易于实现与加热设备供电参数的匹配。

实施例3

本实施例的镁渣发热体，由以下质量百分比的原料制成：镁渣70%，石墨20%，粘接剂10%；所述镁渣为陕西省榆林市某炼镁厂镁渣，测得其原料组成为：氧化钙54%，氧化镁7%，三氧化二铁1.2%，二氧化硅36%，氧化铝1.7%，杂质0.1%；所述石墨为人造石墨；所述粘接剂由热固性酚醛树脂与乙醚按质量比1∶5混合制成；所述热固性酚醛树脂采用NDJ-4旋转粘度计测得25℃的粘度为430mPa·s～480mPa·s，采用热重分析仪以10℃/min的速率升温至700℃测得的残炭率为57%～58%。

本实施例的镁渣发热体的制备方法包括以下步骤：

步骤二、将步骤一中所述镁渣粉体和石墨粉体与粘接剂按质量百分比加入混捏机中混捏60min，然后置于挤压机中挤压成型，得到截面直径为30mm的柱状镁渣坯体；

步骤三、将步骤二中所述柱状镁渣坯体在温度为120℃的条件下干燥12h后对镁渣坯体的表面进行打磨处理，然后按照设计进行打孔，再次对镁渣坯体的表面进行打磨处理，得到处理后的镁渣坯体；

步骤四、将步骤三中处理后的镁渣坯体在气氛烧结炉中进行烧结，保持惰性气氛，以50℃/min的升温速率升至1400℃保持5h，自然冷却后得到镁渣发热体。

本实施例的镁渣发热体在25℃的电阻率为0.08Ω·m～0.1Ω·m，易于实现与加热设备供电参数的匹配。

实施例4

本实施例的镁渣发热体，由以下质量百分比的原料制成：镁渣30%，石墨55%，粘接剂15%；所述镁渣为陕西省渭南市某炼镁厂镁渣，测得其原料组成为：氧化钙57.5%，氧化镁4.9%，三氧化二铁3.5%，二氧化硅30%，氧化铝4.0%，杂质 0.1%；所述石墨为天然石墨；所述粘接剂由热固性酚醛树脂与甲苯按质量比1∶4混合制成；所述热固性酚醛树脂采用NDJ-4旋转粘度计测得25℃的粘度为50mPa·s～90mPa·s，采用热重分析仪以10℃/min的速率升温至700℃测得的残炭率为50%～52%.

本实施例的镁渣发热体的制备方法包括以下步骤：

步骤二、将步骤一中所述镁渣粉体和石墨粉体与粘接剂按质量百分比加入混捏机中混捏120min，然后置于挤压机中挤压成型，得到截面直径为20mm的柱状镁渣坯体；

步骤三、将步骤二中所述柱状镁渣坯体在温度为120℃的条件下干燥24h后对镁渣坯体的表面进行打磨处理，然后按照设计进行打孔，再次对镁渣坯体的表面进行打磨处理，得到处理后的镁渣坯体；

步骤四、将步骤三中处理后的镁渣坯体在气氛烧结炉中进行烧结，保持惰性气氛，以20℃/min的升温速率升至1400℃保持5h，自然冷却后得到镁渣发热体。

本实施例的镁渣发热体在25℃的电阻率为0.02Ω·m～0.04Ω·m，易于实现与加热设备供电参数的匹配。

实施例5

本实施例的镁渣发热体，由以下质量百分比的原料制成：镁渣50%，石墨30%，粘接剂20%；所述镁渣为陕西省榆林市某炼镁厂镁渣，测得其原料组成为：氧化钙55%，氧化镁5%，三氧化二铁4.0%，二氧化硅33%，氧化铝2.9%，杂质0.1%；所述石墨为人造石墨；所述粘接剂由热固性酚醛树脂与甲苯按质量比1∶1混合制成；所述热固性酚醛树脂采用NDJ-4旋转粘度计测得25℃的粘度为480mPa·s～500mPa·s，采用热重分析仪以10℃/min的速率升温至700℃测得的残炭率为59%～60%。

本实施例的镁渣发热体的制备方法包括以下步骤：

步骤二、将步骤一中所述镁渣粉体和石墨粉体与粘接剂按质量百分比加入混捏机中混捏60min，然后置于挤压机中挤压成型，得到直径为30mm的柱状镁渣坯体；

步骤三、将步骤二中所述柱状镁渣坯体在温度为80℃的条件下干燥12h后对镁渣坯体的表面进行打磨处理，然后按照设计进行打孔，再次对镁渣坯体的表面进行打磨处理，得到处理后的镁渣坯体；

步骤四、将步骤三中处理后的镁渣坯体在气氛烧结炉中进行烧结，保持惰性气氛，以50℃/min的升温速率升至1450℃保持3h，自然冷却后得到镁渣发热体。

实施例6

本实施例的镁渣发热体，由以下质量百分比的原料制成：镁渣31%，石墨60%，粘接剂9%；所述镁渣为陕西省榆林市某炼镁厂镁渣，测得其原料组成为：氧化钙52%，氧化镁9%，三氧化二铁3.5%，二氧化硅34.4%，氧化铝1.0%，杂质 0.1%；所述石墨为天然石墨；所述粘接剂由热固性酚醛树脂与无水甲醇按质量比1∶3混合制成；所述热固性酚醛树脂采用NDJ-4旋转粘度计测得25℃的粘度为50mPa·s～70mPa·s，采用热重分析仪以10℃/min的速率升温至700℃测得的残炭率为50%～51%。

本实施例的镁渣发热体的制备方法包括以下步骤：

步骤二、将步骤一中所述镁渣粉体和石墨粉体与粘接剂按质量百分比加入混捏机中混捏80min，经过压力为160MPa的模压成型后得到厚度为20mm的板状镁渣坯体；

步骤三、将步骤二中所述板状镁渣坯体在温度为100℃的条件下干燥20h后对镁渣坯体的表面进行打磨处理，然后按照设计进行打孔，再次对镁渣坯体的表面进行打磨处理，得到处理后的镁渣坯体；

步骤四、将步骤三中处理后的镁渣坯体在真空度为1×10^-2Pa的真空电阻炉中进行烧结，以25℃/min的升温速率升至1400℃保持5h，自然冷却后得到镁渣发热体。

本实施例的镁渣发热体在25℃的电阻率为0.02Ω·m～0.03Ω·m，易于实现与加热设备供电参数的匹配。

实施例7

本实施例的镁渣发热体，由以下质量百分比的原料制成：镁渣30%，石墨42%，粘接剂28%；所述镁渣为榆林市某炼镁厂镁渣，测得其原料组成为：氧化钙51%，氧化镁10%，三氧化二铁3.7%，二氧化硅32%，氧化铝3.2%，杂质 0.1%；所述石墨为人造石墨；所述粘接剂由热固性酚醛树脂与乙醚按质量比1∶5混合制成；所述热固性酚醛树脂采用NDJ-4旋转粘度计测得25℃的粘度为120mPa·s～150mPa·s，采用热重分析仪以10℃/min的速率升温至700℃测得的残炭率为52%～55%。

本实施例的镁渣发热体的制备方法包括以下步骤：

步骤二、将步骤一中所述镁渣粉体和石墨粉体与粘接剂按质量百分比加入混捏机中混捏80min，经压力为200MPa的模压成型后得到厚度为30mm的板状镁渣坯体；

步骤三、将步骤二中所述板状镁渣坯体在温度为120℃的条件下干燥16h后对镁渣坯体的表面进行打磨处理，然后按照设计进行打孔，再次对镁渣坯体的表面进行打磨处理，得到处理后的镁渣坯体；

步骤四、将步骤三中处理后的镁渣坯体在真空度为5×10^-1Pa的真空电阻炉中进行烧结，以45℃/min的升温速率至1450℃保持4h，自然冷却后得到镁渣发热体。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种镁渣发热体，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：镁渣30%～70%，石墨20%～60%，粘接剂8%～28%；

所述粘接剂由热固性酚醛树脂与有机溶剂按质量比1∶1～5混合制成；所述热固性酚醛树脂在25℃的粘度为50mPa·s～500mPa·s，残炭率为50%～60%；

所述镁渣由以下质量百分比的成分组成：氧化钙50%～60%，氧化镁3%～10%，三氧化二铁1%～4%，二氧化硅30%～36%，氧化铝1%～4%，余量为不可避免的杂质；

镁渣发热体的制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种镁渣发热体，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：镁渣30%～60%，石墨30%～55%，粘接剂9%～20%。

3.根据权利要求2所述的一种镁渣发热体，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：镁渣50%，石墨40%，粘接剂10%。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种镁渣发热体，其特征在于，所述有机溶剂为无水甲醇、无水乙醇、乙醚或甲苯。

5.一种制备如权利要求1、2或3所述镁渣发热体的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤二中所述混捏的时间为60min～120min。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤二中所述模压成型的压力为160MPa～200MPa。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤三中所述干燥的温度为80℃～120℃。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤三中所述干燥的时间为12h～24h。