CN103242053A - 基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法 - Google Patents

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顾华志
段辉
谢静
李洪明
邵志君
孙光思
李霞
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Abstract

本发明具体涉及一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。其技术方案是：先将50～80wt%的富铝镁铝尖晶石骨料和20～50wt%的富铝镁铝尖晶石细粉混合为混合料，外加上述混合料4～15wt%的结合剂，然后进行搅拌、施工、养护和烘烤，制得基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料。本发明所制备的富铝镁铝尖晶石无铬抗碱性耐火材料的主要物理性能是：体积密度为2.60～2.85g/cm3；耐压强度为30～45MPa；线变化率为0.19～0.47%。本发明具有工艺简单和能耗低的特点，所制备的富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料不含铬和耐碱腐蚀性优良。

Description

基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法
技术领域
本发明属于碱回收炉炉衬材料技术领域，具体涉及一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。
背景技术
造纸厂的碱回收炉长期使用铬质耐火材料作为炉衬材料，使用中，砖中的部分铬会从Cr3+转变为剧毒和制癌的Cr6+，从而破坏环境和威胁人类的健康，随着人们环保意识的不断增强，研制无铬抗碱碱回收炉用耐火材料势在必行。
    近年国内外在寻找镁铬砖的替代材料方面作了大量工作，其替代材料主要为白云石质耐火材料和镁铝尖晶石质耐火材料。白云石质耐火材料尽管抗热震性、耐侵蚀性好，但容易水化；镁铝尖晶石质耐火材料同样抗热震性、耐侵蚀性优良，成为取代铬质材料的首选材料。但是镁铝尖晶石(MgAl2O4)的熔点高(2135℃)，在制备方镁石-镁铝尖晶石砖或镁铝尖晶石砖时，需要在1000℃～2000℃条件下烧成，能源消耗大，工艺复杂。
发明内容
    本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单和能耗低的基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料的制备方法，用该方法制备的基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料不含铬和具有优良的抗碱性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先将50～80wt%的富铝镁铝尖晶石骨料和20～50wt%的富铝镁铝尖晶石细粉混合为混合料，外加上述混合料4～15wt%的结合剂，然后进行搅拌、施工、养护和烘烤，制得基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料。
所述的富铝镁铝尖晶石骨料为富铝90镁铝尖晶石骨料、富铝85镁铝尖晶石骨料和富铝78镁铝尖晶石骨料中的一种；富铝镁铝尖晶石骨料的Al2O3含量为72～95wt%，富铝镁铝尖晶石骨料的颗粒级配是：5～3mm为10～35wt%，3～1mm为15～45wt%，1～0.088mm为20～50wt%。
所述的富铝镁铝尖晶石细粉为富铝90镁铝尖晶石细粉、富铝85镁铝尖晶石细粉和富铝78镁铝尖晶石细粉中的一种；富铝镁铝尖晶石细粉的Al2O3含量为72～95wt%，富铝镁铝尖晶石细粉的粒度为0.088mm以下。
所述的结合剂为水玻璃、磷酸二氢铝、磷酸和铝溶胶溶液中的一种。
所述的施工为捣打、浇注和喷射方式中的一种。 
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下经济效果：
本发明所采用的结合剂经低温烘烤即可硬化，所产生的耐压强度为30～45Mpa，该强度完全可以满足现场的施工要求，不需要高温烧成，能耗低，工艺简单；本发明以富铝镁铝尖晶石为主要原料制备基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料，采用无铬的富铝镁铝尖晶石为原料，避免了Cr6+对人类和环境的危害；同时利用富铝尖晶石固溶Al2O3，发生3Mg2+—2Al3+置换，离子半径较小的Al3+替换离子半径较大的Mg2+，导致晶面间距减小，晶格常数减小，体积密度变大，材料变得致密，有效地减少了碱液以及碱蒸气对材料的侵蚀，故制备的富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料的抗碱性能优良。本发明所制备的富铝镁铝尖晶石无铬抗碱性耐火材料的主要物理性能是：体积密度为2.60～2.85g/cm3；耐压强度为30～45MPa；线变化率为0.19～0.47%。
因此，本发明具有工艺简单和能耗低的特点，所制备的富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料不含铬和耐碱腐蚀性优良。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式中原料的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：
富铝90镁铝尖晶石骨料、富铝85镁铝尖晶石骨料和富铝78镁铝尖晶石骨料的Al2O3含量均为72～95wt%；富铝90镁铝尖晶石骨料、富铝85镁铝尖晶石骨料和富铝78镁铝尖晶石骨料的颗粒级配均是：5～3mm为10～35wt%，3～1mm为15～45wt%，1～0.088mm为20～50wt%。
富铝90镁铝尖晶石细粉、富铝85镁铝尖晶石细粉和富铝78镁铝尖晶石细粉的Al2O3含量均为72～95wt%；富铝90镁铝尖晶石细粉、富铝85镁铝尖晶石细粉和富铝78镁铝尖晶石细粉的粒度均为0.088mm以下。
实施例1
一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。先将50～60wt%的富铝78镁铝尖晶石骨料和40～50wt%的富铝78镁铝尖晶石细粉混合为混合料，外加上述混合料4～8.5wt%的结合剂，然后进行搅拌、捣打、养护和烘烤处理，制得基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料。
本实施例中，结合剂为水玻璃。
实施例2
一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。除结合剂为磷酸二氢铝外，其余同实施例1。
实施例3
一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。先将50～60wt%的富铝85镁铝尖晶石骨料和40～50wt%的富铝85镁铝尖晶石细粉混合为混合料，外加上述混合料4～8.5wt%的结合剂，然后进行搅拌、捣打、养护和烘烤处理，制得基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料。
本实施例中，结合剂为水玻璃。
实施例4
一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。除结合剂为磷酸外，其余同实施例3。
实施例5
一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。先将50～60wt%的富铝90镁铝尖晶石骨料和40～50wt%的富铝90镁铝尖晶石细粉混合为混合料，外加上述混合料4～8.5wt%的结合剂，然后进行搅拌、捣打、养护和烘烤处理，制得基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料。
本实施例中，结合剂为磷酸二氢铝。
实施例6
一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。除结合剂为铝溶胶溶液外，其余同实施例5。
实施例7
一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。先将60～70wt%的富铝78镁铝尖晶石骨料和30～40wt%的富铝90镁铝尖晶石细粉混合为混合料，外加上述混合料8～11.5wt%的结合剂，然后进行搅拌、浇注、养护和烘烤处理，制得基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料。
本实施例中，结合剂为水玻璃。
实施例8
一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。除结合剂为磷酸二氢铝外，其余同实施例7。
实施例9
一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。先将60～70wt%的富铝85镁铝尖晶石骨料和30～40wt%的富铝78镁铝尖晶石细粉混合为混合料，外加上述混合料8～11.5wt%的结合剂，然后进行搅拌、浇注、养护和烘烤处理，制得基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料。
本实施例中，结合剂为水玻璃。
实施例10
一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。除结合剂为磷酸外，其余同实施例9。
实施例11
一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。先将60～70wt%的富铝90镁铝尖晶石骨料和30～40wt%的富铝85镁铝尖晶石细粉混合为混合料，外加上述混合料8～11.5wt%的结合剂，然后进行搅拌、浇注、养护和烘烤处理，制得基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料。
本实施例中，结合剂为磷酸二氢铝。
实施例12
一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。除结合剂为铝溶胶溶液外，其余同实施例11。
实施例13
一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。先将70～80wt%的富铝78镁铝尖晶石骨料和20～30wt%的富铝85镁铝尖晶石细粉混合为混合料，外加上述混合料11～15wt%的结合剂，然后进行搅拌、喷射、养护和烘烤处理，制得基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料。
本实施例中，结合剂为水玻璃。
实施例14
一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。除结合剂为磷酸二氢铝外，其余同实施例13。
实施例15
一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。先将70～80wt%的富铝85镁铝尖晶石骨料和20～30wt%的富铝90镁铝尖晶石细粉混合为混合料，外加上述混合料11～15wt%的结合剂，然后进行搅拌、喷射、养护和烘烤处理，制得基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料。
本实施例中，结合剂为水玻璃。
实施例16
一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。除结合剂为磷酸外，其余同实施例15。
实施例17
一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。先将70～80wt%的富铝90镁铝尖晶石骨料和20～30wt%的富铝78镁铝尖晶石细粉混合为混合料，外加上述混合料11～15wt%的结合剂，然后进行搅拌、喷射、养护和烘烤处理，制得基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料。
本实施例中，结合剂为磷酸二氢铝。
实施例18
一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料及其制备方法。除结合剂为铝溶胶溶液外，其余同实施例17。
本具体实施方式与现有技术相比，具有如下经济效果：
本具体实施方式所采用的结合剂经低温烘烤即可硬化，所产生的耐压强度为30～45MPa， 该强度完全可以满足现场的施工要求，不需要高温烧成，能耗低，工艺简单；本具体实施方式以富铝镁铝尖晶石为主要原料制备基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料，采用无铬的富铝镁铝尖晶石为原料，避免了Cr6+对人类和环境的危害；同时利用富铝尖晶石固溶Al2O3，发生3Mg2+—2Al3+置换，离子半径较小的Al3+替换离子半径较大的Mg2+，导致晶面间距减小，晶格常数减小，体积密度变大，材料变得致密，能有效地减少碱液以及碱蒸气对材料的侵蚀，故制备的富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料的抗碱性能优良。本具体实施方式所制备的富铝镁铝尖晶石无铬抗碱性耐火材料的主要物理性能是：体积密度为2.60～2.85g/cm3；耐压强度为30～45MPa；线变化率为0.19～0.47%。
因此，本具体实施方式具有工艺简单和能耗低的特点，所制备的富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料不含铬和耐碱腐蚀性优良。

Claims (6)

1.一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料的制备方法，其特征在于：先将50～80wt%的富铝镁铝尖晶石骨料和20～50wt%的富铝镁铝尖晶石细粉混合为混合料，外加上述混合料4～15wt%的结合剂，然后进行搅拌、施工、养护和烘烤，制得基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料。
2.根据权利要求1所述的基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料的制备方法，其特征在于所述的富铝镁铝尖晶石骨料为富铝90镁铝尖晶石骨料、富铝85镁铝尖晶石骨料和富铝78镁铝尖晶石骨料中的一种；富铝镁铝尖晶石骨料的Al2O3含量为72～95wt%，富铝镁铝尖晶石骨料的颗粒级配是：5～3mm为10～35wt%，3～1mm为15～45wt%，1～0.088mm为20～50wt%。
3.根据权利要求1所述的基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料的制备方法，其特征在于所述的富铝镁铝尖晶石细粉为富铝90镁铝尖晶石细粉、富铝85镁铝尖晶石细粉和富铝78镁铝尖晶石细粉中的一种；富铝镁铝尖晶石细粉的Al2O3含量为72～95wt%，富铝镁铝尖晶石细粉的粒度为0.088mm以下。
4.根据权利要求1所述的基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料的制备方法，其特征在于所述的结合剂为水玻璃、磷酸二氢铝、磷酸和铝溶胶溶液中的一种。
5.根据权利要求1所述的基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料的制备方法，其特征在于所述的施工为捣打、浇注和喷射方式中的一种。
6.一种基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料，其特征在于所述炉衬材料是根据权利要求1～5项中任一项所述的基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料的制备方法所制备的基于富铝镁铝尖晶石的碱回收炉炉衬材料。
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