CN104591759A - 一种稳定镁钙砂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种稳定镁钙砂，其特征在于：它是由重量百分比为：53～55%的轻烧白云石、32.5～35.5%的轻烧镁砂、11～14%的硅石细粉、1～1.5%的稳定剂、1～1.5%的作为烧结剂的Fe₂O₃，经过混合、成型、干燥、1650～1700℃保温3～6小时煅烧而成。本发明的稳定镁钙砂保持了良好的高温性能，其CaO以结合态的β-2CaO·SiO₂和3CaO·SiO₂存在，解决了镁钙材料的易水化问题；在无防水化措施的条件下，能够满足生产、长期存放和应用的要求。该产品在高温下的主要平衡物相组成为：方镁石、β-2CaO·SiO₂和3CaO·SiO₂，均为高熔点的矿物相，三者的最低共熔点温度约1850℃；采用稳定镁钙砂制备烧成砖，其荷重软化温度﹥1650℃，保持了镁钙材料良好的高温性能。

Description

一种稳定镁钙砂及其制备方法

技术领域

本发明属于碱性耐火原料技术领域，具体涉及一种稳定镁钙砂及其制备方法。

背景技术

镁钙材料具有优良的高温性能和使用效果，能够取代镁铬砖用于水泥窑高温带，避免六价铬的污染，是一种无环境污染的耐火材料。生产镁钙材料所用的原料白云石和石灰石矿蕴藏量大，远比菱镁矿资源丰富；而且镁白云石矿分布广泛，几乎每个省都有，在使用过程中可就地取材，发展镁钙材料更经济合理。镁钙耐火材料已成为碱性耐火材料的发展趋势。

我国的镁钙材料主要应用在AOD、VOD精炼炉炉衬，其应用范围还不够广泛。北美和欧洲的一些国家在水泥回转窑高温带已用镁钙砖取代了镁铬砖的主导地位。由于我国水泥窑的运转率低，镁钙砖在水泥窑生产间歇期因水化被分解成碎散状态，不能够在水泥窑烧成带中得到广泛应用。镁钙材料在生产、运输和存放过程中都需要有很好的防水化措施，给镁钙产品的应用带来很大困难，易水化性是制约镁钙材料广泛应用的主要因素。因此，要发展镁钙材料，需解决镁钙材料易水化特性。

目前提高镁钙材料抗水化性的措施主要集中在提高原料烧结温度、添加烧结剂和材料表面涂抹有机物来达到降低CaO与H₂O反应活性，提高抗水化的目的，但镁钙材料中的CaO仍以游离态的形式存在，很难解决易水化的特性。

目前对合成稳定镁钙砂的研究很少，王林利用白云石和石棉尾矿生产稳定的镁钙耐火材料（王林，利用白云石和石棉尾矿生产稳定的镁钙材料研究[J].非金属矿,2003(4):19-21），提高了白云石和石棉尾矿的利用率。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种稳定镁钙砂及其制备方法。该产品中的CaO以结合态的β-2CaO·SiO₂和3CaO·SiO₂存在，根本上解决镁钙材料易水化的缺点，能够满足长期存放和应用的要求，从而能够扩展镁钙材料的应用范围。

本发明采用轻烧白云石、轻烧镁砂和硅石细粉为主要原料合成稳定镁钙材料，原料中的杂质相对较少，荷重软化温度高；其CaO在烧结过程中形成结合态的β-2CaO·SiO₂和3CaO·SiO₂，其抗水化性能能够得到很大的改善。合成的稳定镁钙砂在无防水化措施的条件下，能够满足长期存放和应用的要求，能进一步拓展白云石的应用领域。稳定镁钙砂来制备稳定镁钙材料取代部分的镁质耐火材料，可节省有限的菱镁矿资源。

本发明的目的技术方案如下：

本发明的稳定镁钙砂是由重量百分比为： 53～55%的轻烧白云石、32.5～35.5%的轻烧镁砂、11～14%的硅石细粉、1～1.5%的稳定剂、1～1.5%的作为烧结剂的Fe₂O₃经过混合、成型、干燥、在1650～1700℃条件下保温3～6小时煅烧而成。。

本发明所述的稳定剂为Ca₃(PO₄)₂或H₃BO₃的一种。

所述的轻烧白云石各主要成分质量百分含量为：MgO 37～42%，CaO 54～59%，SiO₂ 0.5～3%，Al₂O₃ 0.3～0.8%，Fe₂O₃ 0.5～1.5%；轻烧镁砂的各主要成分质量百分含量为：MgO 90～95%，CaO 1～5%，SiO₂ 0.5～5%，Al₂O₃ 0.2～0.8%，Fe₂O₃ 0.3～0.6%；硅石细粉各主要成分质量百分含量为：SiO₂ 96～99%，Al₂O₃ 0.2～0.6%，Fe₂O₃ 0.2～0.5%；所述轻烧镁砂、硅石细粉、稳定剂和烧结剂的粒度均小于0.074mm。

所述的稳定镁钙砂中CaO含量为28～32%，CaO/SiO₂(摩尔比)在2.3～3.0。

本发明所述稳定镁钙砂的制备方法是采用下述步骤来实现的：

a、称取原料：按重量百分比称取53～55%轻烧白云石、32.5～35.5%轻烧镁砂、11～14%硅石细粉；外加1～1.5%稳定剂、1～1.5%烧结剂；

b、轻烧白云石消化：将轻烧白云石加水使其充分消化；

c、湿法共磨：原料放入滚筒磨中，加水湿法共磨1小时，使其原料混合均匀，粒度≤0.044mm；

d、成型、干燥：将共磨的混合料脱水后挤出或压制成型，在60～110℃的条件下充分烘干，得到坯体；

e、高温烧成：将坯体放入电炉中煅烧，烧成温度为1650～1700℃，保温3～6小时，冷却后破碎成颗粒得到稳定镁钙砂。

本发明制备的稳定镁钙砂的显气孔率≤5.0%；其主要物相组成为：方镁石、β-2CaO·SiO₂和3CaO·SiO₂。

    本发明的有益效果如下：

本发明以轻烧白云石、轻烧菱镁矿和硅石细粉为主要原料合成稳定镁钙砂，原料较纯，杂质少。采用湿法工艺制备稳定镁钙砂，产生的粉尘少。XRD衍射表明，稳定镁钙砂的主晶相为方镁石、β-2CaO·SiO₂和3CaO·SiO₂，三者的最低熔点高，采用稳定镁钙砂制备的烧成镁钙砖，其荷重软化温度﹥1650℃，保持了镁钙材料良好的高温性能。稳定镁钙砂在常温条件下性能稳定，抗水化性能优良，在无防水化措施的环境下，能够满足常规碱性耐火砖的生产、长期存放和使用的要求，可拓展镁钙材料的使用领域，其制品有很好的应用前景。

本发明的经济和社会意义：

生产碱性耐火材料所需的原料主要有菱镁矿和白云石等，其中白云石资源远比菱镁石资源丰富，并且价格低廉。以白云石为主要原料生产的镁钙材料，其高温性能优良且对环境无任何污染。开发镁钙材料满足耐火材料“低碳”和“绿色”的发展要求。普通镁钙产品的易水化性使其在应用范围上受到很大限制。稳定镁钙材料不易水化，与普通镁钙相比应用范围更广，且稳定镁钙制品荷重软化温度﹥1650℃，可用于取代部分的镁质和镁铬质材料，节省有限的菱镁矿资源，减少含铬材料的应用。

附图说明

图1为稳定镁钙砂的物相组成。

图2为稳定镁钙材料的显微结构。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例作进一步描述：

实施例1：

按照重量百分比分别称取轻烧白云石54.5%、轻烧镁砂31.5%和石英砂细粉14%；外加1.0%的Fe₂O₃，1.5%的Ca₃(PO₄)₂。轻烧白云石加水使其充分消化；将各原料放入滚筒磨中湿法共磨1小时，使其原料混合均匀、粒度≤0.044mm；混合料脱水后挤出成型，在60～110℃条件下干燥；坯体干燥后放入电炉中烧结，烧结温度为1650℃保温5小时，冷却后将其破碎成颗粒得到稳定镁钙砂。

实施例2：

外加1.0%的H₃BO₃取代1.5%的Ca₃(PO₄)₂，其余步骤同实施例1。

实施例1和实施例2中稳定镁钙砂中CaO含量为31%，CaO/SiO₂摩尔比为2.3。

实施例3：

按照重量百分比分别称取轻烧白云石53.5%、轻烧镁砂34%和石英砂细粉12.5%；外加1.5%的Fe₂O₃，1.0%的Ca₃(PO₄)₂。轻烧白云石加水使其充分消化；将各原料放入滚筒磨中湿法共磨1小时，使其原料混合均匀、粒度≤0.044mm；混合料脱水后本挤出成球，在60～110℃条件下干燥；坯体干燥后放入电炉中烧结，烧结温度为1700℃保温3小时，冷却后将其破碎成颗粒得到稳定镁钙砂。

实施例4：

外加1%的H₃BO₃取代1.0%的Ca₃(PO₄)₂，其余步骤同实施例3。

实施例3和实施例4中稳定镁钙砂中CaO含量为30.5%，CaO/SiO₂摩尔比为2.6。

实施例5：

按照重量百分比分别称取轻烧白云石53%、轻烧镁砂36%和石英砂细粉11%；外加1.5%的Fe₂O₃，1.0%的Ca₃(PO₄)₂。轻烧白云石加水使其充分消化；将各原料放入滚筒磨中湿法共磨1小时，使其原料混合均匀、粒度≤0.044mm；混合料压制成型，在60～110℃条件下干燥；坯体干燥后放入电炉中烧结，烧结温度为1700℃保温3小时，冷却后得到稳定镁钙砂。

实施例6：

外加1.0%的H₃BO₃取代1.0%的Ca₃(PO₄)₂，，其余步骤同实施例5。

实施例5和实施例6中稳定镁钙砂中CaO含量为29.5%，CaO/SiO₂摩尔比为2.9。

Claims (4)

1.一种稳定镁钙砂，其特征在于：它是由重量百分比为： 53～55%的轻烧白云石、32.5～35.5%的轻烧镁砂、11～14%的硅石细粉、1～1.5%的稳定剂、1～1.5%的作为烧结剂的Fe₂O₃经过混合、成型、干燥、在1650～1700℃条件下保温3～6小时煅烧而成。

2.根据权利要求1所述的稳定镁钙砂，其特征在于：所述的稳定剂为Ca₃(PO₄)₂或H₃BO₃的一种。

3.根据权利要求1所述的稳定镁钙砂，其特征在于：所述的轻烧白云石各主要成分质量百分含量为：MgO 37～42%，CaO 54～59%，SiO₂ 0.5～3%，Al₂O₃ 0.3～0.8%，Fe₂O₃ 0.5～1.5%；轻烧镁砂的各主要成分质量百分含量为：MgO 90～95%，CaO 1～5%，SiO₂ 0.5～5%，Al₂O₃ 0.2～0.8%，Fe₂O₃ 0.3～0.6%；硅石细粉各主要成分质量百分含量为：SiO₂ 96～99%，Al₂O₃ 0.2～0.6%，Fe₂O₃ 0.2～0.5%；所述轻烧镁砂、硅石细粉、稳定剂和烧结剂的粒度均小于0.074mm。

4.一种用于制备权利要求1所述稳定镁钙砂的方法，其特征在于：所述方法采用下述步骤来实现：

a、称取原料：按重量百分比称取53～55%轻烧白云石、32.5～35.5%轻烧镁砂、11～14%硅石细粉；外加1～1.5%稳定剂、1～1.5%烧结剂；

b、轻烧白云石消化：将轻烧白云石加水使其充分消化；

c、湿法共磨：原料放入滚筒磨中，加水湿法共磨1小时，使其原料混合均匀，粒度≤0.044mm；

d、成型、干燥：将共磨的混合料脱水后挤出或压制成型，在60～110℃的条件下充分烘干，得到坯体；

e、高温烧成：将坯体放入电炉中煅烧，烧成温度为1650～1700℃，保温3～6小时，冷却后破碎成颗粒得到稳定镁钙砂。