CN104355633B - 一种火法贵金属冶炼用柔韧性复合尖晶石锡耐火材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种火法贵金属冶炼用柔韧性复合尖晶石锡耐火材料及其制备方法以铝铬共熔体、镁铬尖晶石、镁铝尖晶石为主晶相，在基质部分引入电熔氧化锆，利用氧化锆在烧成过程中晶型转变产生微裂纹来改善制品的热震稳定性，同时引入氧化锡形成镁锡尖晶石来改变晶格结构，进而提高制品的柔韧性和抵抗贵金属冶炼熔渣侵蚀的性能。对解决贵金属冶炼窑炉内衬耐火材料在使用过程中的热剥落和结构剥落损坏具有重要意义，整体提高了贵金属冶炼窑炉内衬耐材的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及火法贵金属冶炼用耐火材料技术领域，具体涉及一种火法贵金属冶炼用柔韧性复合尖晶石锡耐火材料及其制备方法。
背景技术
目前，火法贵金属冶炼窑炉大部分使用镁铬砖，镁铬砖具有良好抵抗熔渣侵蚀性能，但柔韧性较差，使用过程中常出现结构剥落及断裂等现象，且镁铬砖抵抗高温熔体冲刷和渗透的性能不能有更好的提高，到目前为止Cr2O3含量在16-24%之间的镁铬砖仍是火法贵金属冶炼中较为常用的耐火材料。
现有的技术是将铬铝质耐火材料和铝铬锆质耐火材料应用于火法贵金属冶炼窑炉中，铬铝质和铝铬锆质耐火材料开始以铬渣为主要原料，逐步改用刚玉和铬矿来制作，其原理是形成Al2O3- Cr2O3共溶体，由于采用倒烟窑烧成，烧结程度充分。因此，铬铝质耐火材料和铝铬锆质耐火材料具有较高的高温强度，抵抗高温熔体冲刷性能优良，但其抵抗贵金属冶炼熔渣侵蚀的性能不能得到良好的改善。且其柔韧性和热震稳定性还不及镁铬砖，导致使用较短的周期内就出现断裂现象，影响窑炉的使用寿命，同时铬铝质和铝铬锆质耐火材料用倒烟窑烧成的生产周期通常在15-20天，远远高于用隧道窑烧成的生产周期6-7天，且用倒烟窑生产热效率低，污染环境。
随着环保要求的日益严格，耐火材料无铬化是一种必然趋势，在钢铁和水泥冶炼工艺中耐火材料无铬化已经取得较大进度，但在贵金属冶炼中由于耐材消耗量较少，冶炼过程中熔体渗透能力较强，熔渣对耐火材料的蚀损非常严重，对耐火材料的柔韧性、热震稳定性、抗高温熔体冲刷性能和抵抗熔渣侵蚀的性能要求较高，因此，在降低耐火材料中Cr2O3含量的同时，使用寿命进一步提高是火法贵金属冶炼用耐火材料的发展方向。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种具有良好的柔韧性、良好的热震稳定性、抗熔渣侵蚀性、抗高温熔体冲刷性和较低的线膨胀性，减少对环境的污染的火法贵金属冶炼用柔韧性复合尖晶石锡耐火材料及其制备方法。
本发明的一种火法贵金属冶炼用柔韧性复合尖晶石锡耐火材料及其制备方法是通过以下技术方案来实现的：
一种火法贵金属冶炼用柔韧性复合尖晶石锡耐火材料，它是由以下原材料按重量份配比和方法制造而成：
配比：5mm～0mm致密刚玉砂 47～76份、3mm～0mm铬渣15～30份、1mm～0mm镁砂6.0～12.5份、≤0.045mm铬绿1.5～4.5份、≤0.045mm电熔氧化锆1～4份和≤0.045mm氧化锡0.5～2.0份；结合剂为磷酸与草酸的混合溶液，其加入量为致密刚玉砂、铬渣、镁砂、铬绿、电熔氧化锆及氧化锡总重量的4～10％。
作为优选，所述的磷酸与草酸的质量比为9:1。
制造方法：
a)按权利要求1所述的原材料重量份配比取料；
b)将取好的原材料加入权利要求1所述的结合剂，并在强力混砂机中进行混料；
c)混好的料在密闭的容器内困料24小时；
d)困料结束后在液压机上成型砖坯；
e)将成型后砖坯送入干燥窑内进行干燥，干燥窑热风温度为100～120℃，干燥时间不小于72小时；
f)将干燥好的砖坯送入111米高温隧道窑中，在1650～1700℃下烧成，推车时间为150～180分钟。
本发明替代火法贵金属冶炼窑炉用Cr2O3含量在16-24%之间的高级镁铬砖，柔韧性复合尖晶石锡耐火材料的Cr2O3含量在3.5-9.0%之间，Cr2O3含量大大降低，减少对环境的污染，以一部分铬渣为原料，对铬渣的再利用有重要意义，基质部分引入适量的ZrO2来改变晶相产生微细纹改善制品的热震稳定性，同时引SnO2增强制品的韧性和抵抗熔渣侵蚀的性能，使得制品具有优良的抵抗熔渣侵蚀的性能、抵抗高温熔体冲刷的性能，高温熔体向耐材内部渗透的速率大大降低，体现在柔韧性复合尖晶石锡耐火材料的弹性模量较小、热震稳定性较好、高温抗折强度较高、透气度较小、线膨胀率较低。
将柔韧性复合尖晶石锡耐火材料与目前贵金属冶炼应用较多的高级镁铬砖，Cr2O3含量24%的电熔再结合镁铬砖、Cr2O3含量20%的电熔再结合镁铬砖和贵金属冶炼用到的铝铬锆砖进行抗渣性能对比试验。试验采用静态坩埚法，在Φ40×40mm的不同材质耐火材料坩埚中放置80克贵金属冶炼熔渣，在电炉内1560℃×5h烧结，如此循环5次后，沿坩埚孔中心剖开坩埚，测量各熔渣侵蚀深度，同时观察各坩埚试样表面的裂纹程度来判断不同材质耐火材料的热震稳定性能优劣，抗渣试验所用的渣样成分见表1，抗渣试验结果见表2。
由表2的试验结果可知，柔韧性复合尖晶石锡耐火材料抵抗贵金属冶炼熔渣侵蚀的性能和热震稳定性能都好于目前使用的Cr2O3含量24%的电熔再结合镁铬砖、Cr2O3含量20%的电熔再结合镁铬砖和铝铬锆砖。
本发明具有好于目前贵金属冶炼用Cr2O3含量在16-24%之间的高级镁铬砖的使用性能，且Cr2O3含量大大降低，减少对环境的污染，向贵金属冶炼用耐火材料无铬化迈出重要的一步，同时对铬渣有毒原料的再利用具有重要意义。本发明以铝铬共熔体、镁铬尖晶石、镁铝尖晶石为主晶相，基质部分引入电熔氧化锆和氧化锡来改变晶格结构，提高制品的柔韧性和抵抗贵金属冶炼熔渣侵蚀的性能，体现在柔韧性复合尖晶石锡耐火材料具有弹性模量较小、热震稳定性较高、常温耐压强度更高、高温抗折强度更高、透气度更小、线膨胀率更低等特性。柔韧性复合尖晶石锡砖与Cr2O3含量24%的电熔再结合镁铬砖的物理指标对比如表3。
与现有技术相比，本发明的一种火法贵金属冶炼用柔韧性复合尖晶石锡耐火材料及其制备方法的有益效果是：该柔韧性复合尖晶石锡耐火材料具有良好的柔韧性、较小的弹性模量、良好的热震稳定性、抗熔渣侵蚀性、抗高温熔体冲刷性、抗高温熔体渗透性和较低的线膨胀性等优异性能，替代火法贵金属冶炼窑炉中的高级镁铬砖和铬铝尖晶石砖等，且Cr2O3含量大大降低，减少对环境的污染，向火法贵金属冶炼窑炉用耐火材料无铬化迈出一大步，对解决贵金属冶炼窑炉内衬耐火材料在使用过程中的热剥落和结构剥落损坏具有重要意义，整体提高了贵金属冶炼窑炉内衬耐材的使用寿命。
具体实施方式
实施例1：
一种火法贵金属冶炼用柔韧性复合尖晶石锡耐火材料，它是由以下原材料按重量份配比制成的：
5mm～0mm致密刚玉砂 76份、3mm～0mm铬渣15份、1mm～0mm镁砂 6.0份、≤0.045mm铬绿1.5份、≤0.045mm电熔氧化锆1份；≤0.045mm氧化锡0.5份，结合剂为磷酸与草酸的混合溶液（磷酸与草酸的质量比为9:1），其加入量为致密刚玉砂、铬渣、镁砂、铬绿、电熔氧化锆及氧化锡总重量的4％。
上述柔韧性复合尖晶石锡耐火材料的制造方法如下：
a)按权利要求1所述的原材料重量份配比取料；
b)将取好的原材料加入权利要求1所述的结合剂，并在强力混砂机中进行混料；
c)混好的料在密闭的容器内困料24小时；
d)困料结束后在液压机上成型砖坯；
e)将成型后砖坯送入干燥窑内进行干燥，干燥窑热风温度为100～120℃，干燥时间不小于72小时；
f)将干燥好的砖坯送入111米高温隧道窑中，在1650～1700℃下烧成，推车时间为150～180分钟。
实施效果：产品检测结果见表4
实施例2：
一种火法贵金属冶炼用柔韧性复合尖晶石锡耐火材料，它是由以下原材料按重量份配比制成的：
5mm～0mm致密刚玉砂 66份、3mm～0mm铬渣20份、1mm～0mm镁砂 8.5份、≤0.045mm铬绿2.5份、≤0.045mm电熔氧化锆2份；≤0.045mm氧化锡1份，结合剂为磷酸与草酸的混合溶液（磷酸与草酸的质量比为9:1），其加入量为致密刚玉砂、铬渣、镁砂、铬绿、电熔氧化锆及氧化锡总重量的6％。
制备方法同实施例1。
实施效果：产品检测结果见表4
实施例3：
一种火法贵金属冶炼用柔韧性复合尖晶石锡耐火材料，它是由以下原材料按重量份配比制成的：
5mm～0mm致密刚玉砂 57份、3mm～0mm铬渣25份、1mm～0mm镁砂10份、≤0.045mm铬绿3.5份、≤0.045mm电熔氧化锆3份；≤0.045mm氧化锡1.5份，结合剂为磷酸与草酸的混合溶液（磷酸与草酸的质量比为9:1），其加入量为致密刚玉砂、铬渣、镁砂、铬绿、电熔氧化锆及氧化锡总重量的8％。
制备方法同实施例1。
实施效果：产品检测结果见表4
实施例4：
一种火法贵金属冶炼用柔韧性复合尖晶石锡耐火材料，它是由以下原材料按重量份配比制成的：
5mm～0mm致密刚玉砂 47份、3mm～0mm铬渣30份、1mm～0mm镁砂 12.5份、≤0.045mm铬绿4.5份、≤0.045mm电熔氧化锆4份；≤0.045mm氧化锡2份，结合剂为磷酸与草酸的混合溶液（磷酸与草酸的质量比为9:1），其加入量为致密刚玉砂、铬渣、镁砂、铬绿、电熔氧化锆及氧化锡总重量的10％。
制备方法同实施例1。
实施效果：产品检测结果见表4
表1 抗渣试验所用渣样的化学成分（%）
| 渣样主要成分 | Cu | As | Sb2O3 | PbO | Te | Bi |
| 百分含量（%） | 3.96 | 4.74 | 28.41 | 20.32 | 1.04 | 9.84 |
表2 抗渣试验的侵蚀对比结果
| 项目 | 柔韧性复合尖晶石锡砖 | Cr2O3含量24%的电熔再结合镁铬砖 | Cr2O3含量20%的电熔再结合镁铬砖 | 铝铬锆砖 |
| 熔渣渗透深度，mm | 8.4 | 12.3 | 15.8 | 11.5 |
| 坩埚试样裂纹程度 | 无裂纹 | 裂纹严重 | 裂纹较少 | 裂纹严重 |
表3 柔韧性复合尖晶石锡砖与Cr2O3含量24%的电熔再结合镁铬砖物理指标对比
| 项目 | 柔韧性复合尖晶石锡砖 | Cr2O3含量24%的电熔再结合镁铬砖 |
| 体积密度 g/cm3 | 3.55 | 3.32 |
| 常温耐压强度 MPa | 160 | 70 |
| 高温抗折强度（1400℃）MPa | 32 | 9 |
| 弹性模量 Pa | 25.4 | 48.7 |
| 热震稳定性 950℃·风冷，次 | 50 | 12 |
| 透气度 μm2 | 0.587 | 1.115 |
| 线膨胀系数 % 600℃ | 0.38 | 0.61 |
| 线膨胀系数 % 800℃ | 0.56 | 0.95 |
| 线膨胀系数 % 1000℃ | 0.67 | 1.12 |
| 线膨胀系数 % 1200℃ | 0.81 | 1.23 |
表4 产品检测结果
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| w（MgO） % | 5.82 | 8.24 | 9.70 | 12.12 |
| w（Al2O3） % | 87.15 | 81.24 | 76.51 | 70.78 |
| w（Cr2O3） % | 3.74 | 5.48 | 7.21 | 8.96 |
| w(ZrO2) % | 0.99 | 1.98 | 2.97 | 3.96 |
| w(SnO2) % | 0.50 | 0.99 | 1.48 | 1.98 |
| 体积密度 g/cm3 | 3.45 | 3.48 | 3.52 | 3.55 |
| 常温耐压强度 MPa | 110 | 130 | 150 | 160 |
| 高温抗折强度 1400℃·MPa | 18 | 24 | 28 | 32 |
| 弹性模量 Pa | 32.5 | 30.1 | 27.8 | 25.4 |
| 热震稳定性 950℃·风冷，次 | 20 | 28 | 36 | 50 |
| 透气度 μm2 | 0.641 | 0.632 | 0.607 | 0.587 |
| 线膨胀系数 % 600℃ | 0.48 | 0.42 | 0.40 | 0.38 |
| 线膨胀系数 % 800℃ | 0.74 | 0.69 | 0.61 | 0.56 |
| 线膨胀系数 % 1000℃ | 0.85 | 0.78 | 0.75 | 0.67 |
| 线膨胀系数 % 1200℃ | 0.98 | 0.94 | 0.91 | 0.81 |
以上所述仅为本发明的四种具体实施例，但本发明的实施例并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种火法贵金属冶炼用柔韧性复合尖晶石锡耐火材料，其特征在于：它是由以下原材料按重量份配比制成的：5mm～0mm致密刚玉砂 47～76份、3mm～0mm铬渣15～30份、1mm～0mm镁砂 6.0～12.5份、≤0.045mm铬绿1.5～4.5份、≤0.045mm电熔氧化锆1～4份和≤0.045mm氧化锡0.5～2.0份；结合剂为磷酸与草酸的混合溶液，其加入量为致密刚玉砂、铬渣、镁砂、铬绿、电熔氧化锆及氧化锡总重量的4～10％；所述的磷酸与草酸的质量比为9:1。
2.根据权利要求1所述的一种火法贵金属冶炼用柔韧性复合尖晶石锡耐火材料的制造方法，其特征在于：它包括下述步骤：
a)按权利要求1所述的原材料重量份配比取料；
b)将取好的原材料加入权利要求1所述的结合剂，并在强力混砂机中进行混料；
c)混好的料在密闭的容器内困料24小时；
d)困料结束后在液压机上成型砖坯；
e)将成型后砖坯送入干燥窑内进行干燥，干燥窑热风温度为100～120℃，干燥时间不小于72小时；
f)将干燥好的砖坯送入111米高温隧道窑中，在1650～1700℃下烧成，推车时间为150～180分钟。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410583333.1A CN104355633B (zh) | 2014-10-28 | 一种火法贵金属冶炼用柔韧性复合尖晶石锡耐火材料及其制备方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410583333.1A CN104355633B (zh) | 2014-10-28 | 一种火法贵金属冶炼用柔韧性复合尖晶石锡耐火材料及其制备方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104355633A CN104355633A (zh) | 2015-02-18 |
| CN104355633B true CN104355633B (zh) | 2017-01-04 |
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