CN104909734A - 富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖及其制备方法。以重量百分比表示，所述复合砖主要由粒度5～3mm的合成镁橄榄石25～45％，粒度3～1mm的合成镁橄榄石15～35％，粒度1～0mm的电熔镁铝尖晶石5～20％，粒度小于0.088mm的合成镁橄榄石5～25％，粒度小于0.088mm的电熔镁铝尖晶石5～15％，粒度小于0.088mm的镁砂细粉3～8％和粒度小于0.044mmα-Al₂O₃细粉1～5％制成；制备过程另外加入占上述原料总重量3～6％的纸浆废液作为结合剂。利用本发明制备的产品富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖具有较好的高温性能、体积稳定性、热震稳定性和抗侵蚀性，可完全满足玻璃窑蓄热室墙体的中部和下部使用。

Description

富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖及其制备方法

一、技术领域：

本发明涉及耐火材料技术领域，具体涉及玻璃窑蓄热室墙体用的一种富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖及其制备方法。

二、背景技术：

镁橄榄石(2MgO·SiO₂)由于结构紧密、稳定、静电键强、晶格能高，熔点1890℃，是碱性耐火材料中一种良好的组成矿物，特别对制品的高温结构强度贡献突出。天然橄榄岩主要成分橄榄石，为镁橄榄石和铁橄榄石的固溶体，并常常固溶有Fe₂SiO₄(熔点1205℃)，强烈的影响其高温性能。

菱镁矿是我国的优势矿产，其储量、产量和出口量均居世界首位。菱镁矿尾矿是菱镁矿开采时的工业废弃物，开采时产生大约50％的尾矿，数量巨大、占用土地资源、污染环境，危害很大。

玻璃窑蓄热室墙体的格子体砖应用中，镁橄榄石结合相具有抗硫酸盐侵蚀的特征，且抗蠕变性能较好，镁橄榄石砖常用于蓄热式冷凝区，但由于镁橄榄石抗热震性差而开裂会加速损坏，加之镁橄榄石砖的烧成温度范围较窄，实际生产中的难度较大，产品合格率较低，制品的性能波动较大，性价比不高。

三、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：针对镁橄榄石砖现有生产技术中存在的生产难度大、合格率较低、制品性能波动较大以及性价比较低等不足，本发明提供一种富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖及其制备方法。本发明富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖中加入了电熔镁铝尖晶石，从而大大改善了所制备耐火制品的抗热震性能和抗侵蚀性，大幅扩宽制品的烧成温度和使用温度，使制品综合性能更加优越，且生产工艺易转化，可用于玻璃窑蓄热室墙体的中部和下部，替代有污染的镁铬砖以及价格较高的镁锆砖。

为了解决上述问题，本发明采取的技术方案为：

本发明提供一种富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖，以重量百分比表示，主要由以下原料制备而成：

粒度5～3mm的合成镁橄榄石25～45％，粒度3～1mm的合成镁橄榄石15～35％，粒度1～0mm的电熔镁铝尖晶石5～20％，粒度小于0.088mm的合成镁橄榄石5～25％，粒度小于0.088mm的电熔镁铝尖晶石5～15％，粒度小于0.088mm的镁砂细粉3～8％，粒度小于0.044mmα-Al₂O₃细粉1～5％；另外加入占上述原料总重量3～6％的纸浆废液作为结合剂。

根据上述的富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖，所述合成镁橄榄石是通过以下方法制备而成：

首先将菱镁矿尾矿置于140℃的隧道式干燥器中干燥48小时，干燥后进行破碎，粉磨至粒度≤0.88mm；粉碎后的尾矿粉85wt％配石英砂粉15wt％，并加入4.0wt％的洁净水混碾20分钟，在630吨的压砖机上压制成230×114×65mm的标准砖坯；所得砖坯进入120℃的隧道式干燥器中干燥24小时，最后送入高温隧道窑中进行煅烧，煅烧温度为1700℃，在该温度下保温4.5小时；煅烧后得到的合成镁橄榄石进行破碎，分级后得到各种粒度规格的产品。

根据上述的富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖，所述菱镁矿尾矿为化学浮选尾矿，粒度0～25mm，水分8.5％；化学成分为MgO 45.93％，SiO₂5.98％，Fe₂O₃0.48％，CaO 0.50％，酌减46.2％；

所述石英砂粉的粒度≤0.44mm，化学成分SiO₂≥99.5％。

根据上述的富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖，所述合成镁橄榄石主要成分为：MgO≥61％，SiO₂≤35％，Fe₂O₃≤1％，CaO≤1％。

根据上述的富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖，所述电熔镁铝尖晶石中MgO≥35％；镁砂细粉中MgO≥96.5％；α-Al₂O₃细粉中Al₂O₃≥99％。

根据上述的富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖，所述纸浆废液中主要成分为木质素磺酸镁或木质素磺酸钙；所述纸浆废液的比重为1.1～1.4g/cm³。

一种富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)按照上述富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖的原料配比比例准备各种原料；

(2)将准备好的各种原料混合均匀后加入湿碾机，然后加入结合剂纸浆废液进行混碾，混碾15～25min；

(3)混碾后所得物料在1000T的压砖机上进行成型，成型后所得砖坯体积密度控制在2.90～3.05g/cm³；

(4)将所得砖坯置于温度为105～140℃的隧道干燥窑内干燥，干燥时间24～28小时；干燥后送入高温隧道窑中在1500～1700℃下烧成，在烧成温度条件下保温5～8h；保温后得到产品富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖。

本发明的积极有益效果：

1、本发明技术方案中采用的合成镁橄榄石是由低铁菱镁矿尾矿作为主要原料高温烧结制得的，这样可有效防止铁相对制品的高温性能产生影响，所得产品合成镁橄榄石产品中杂质成分(如Fe₂O₃等)含量极低，较低的铁含量避免了使用过程中氧化、还原气氛的更替所带来的膨胀应力而引起的结构破坏。采用尾矿制作耐火材料原料合成镁橄榄石，更能起到利废、防止污染的作用，具有显著的经济社会效益。

2、利用本发明技术方案制备的产品富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖具有优良的高温物理化学稳定性，并且热震稳定性高、抗侵蚀性好，制造方便且合格率较高等特点，可用于玻璃窑蓄热室墙体的中部和下部，可替代有污染的镁铬砖以及价格较高的镁锆砖。

3、利用本发明技术方案制备的产品富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖具有较好的高温性能、体积稳定性、热震稳定性和抗侵蚀性，可完全满足玻璃窑蓄热室墙体的中部和下部使用。

4、本发明富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖中通过引入电熔镁铝尖晶石，可以大大提高所得制品的强度、高温性能以及体积稳定性，同时提升了制品的热震稳定性和抗侵蚀性。

5、本发明富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖中引入镁砂细粉和α-Al₂O₃细粉，基质中镁砂(MgO)与α-Al₂O₃发生原位反应生成镁铝尖晶石，且MgO有富余，既有起补偿收缩的作用，也可增强制品的抗侵蚀性和抗热震性能，弥补镁橄榄石制品的不足。

由此可知：本发明技术方案中采用由低铁菱镁矿尾矿合成的镁橄榄石，通过加入电熔镁铝尖晶石、镁砂粉和α-Al₂O₃细粉改善镁橄榄石制品抗热震性能的不足，提高制品的抗侵蚀性，制备出高性能的富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖，用于玻璃窑蓄热室，替代有污染的镁铬砖以及价格较高的镁锆砖，节能环保，且为利用废弃资源提供了新的途径，意义深远。具有显著的经济效益和社会效益。

四、具体实施方式：

以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明的内容。

以下实施例中采用的原料合成镁橄榄石的制备方法为：

首先将菱镁矿尾矿(菱镁矿尾矿为化学浮选尾矿，粒度0～25mm，水分8.5％；化学成分为MgO 45.93％，SiO₂5.98％，Fe₂O₃0.48％，CaO 0.50％，酌减46.2％)置于140℃的隧道式干燥器中干燥48小时，干燥后进行破碎，粉磨至粒度≤0.88mm；粉碎后的尾矿粉85wt％配石英砂粉15wt％(石英砂粉的粒度≤0.44mm，化学成分SiO₂≥99.5％)，并加入4.0wt％的洁净水混碾20分钟，在630吨的压砖机上压制成230×114×65mm的标准砖坯；所得砖坯进入120℃的隧道式干燥器中干燥24小时，最后送入高温隧道窑中进行煅烧，煅烧温度为1700℃，在该温度下保温4.5小时；煅烧后得到的合成镁橄榄石进行破碎，分级后得到各种所需粒度规格的产品。所得合成镁橄榄石中主要成分为：MgO≥61％，SiO₂≤35％，Fe₂O₃≤1％，CaO≤1％。

实施例1：

本发明富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖，以重量百分含量表示，原料组成为：

粒度5～3mm的合成镁橄榄石45％，粒度3～1mm的合成镁橄榄石15％，粒度1～0mm的电熔镁铝尖晶石10％，粒度小于0.088mm的合成镁橄榄石18％，粒度小于0.088mm的电熔镁铝尖晶石5％，粒度小于0.088mm的镁砂细粉5％，粒度小于0.044mmα-Al₂O₃细粉2％；另外加入占上述原料总重量3％的纸浆废液(纸浆废液的比重为1.1g/cm³)。

实施例2：

实施例1所述富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖的制备方法，详细步骤如下：

(1)按照实施例1所述富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖的原料配比比例准备各种原料；

(2)将准备好的各种原料混合均匀后加入湿碾机，然后加入结合剂纸浆废液进行混碾，混碾15min；

(3)混碾后所得物料在1000吨的压砖机上进行成型，成型后所得砖坯体积密度控制在2.90～3.05g/cm³；

(4)将所得砖坯置于温度为105℃的隧道干燥窑内干燥，干燥28h；干燥后送入高温隧道窑中在1600℃下烧成，在烧成温度条件下保温6h，从而制得本发明产品。

所得产品的性能指标详见表1。

表1利用实施例1原料配比所得制品的性能指标

体积密度(g/cm3)	2.85
		显气孔率(％)	16.1
重烧线变化率/1550℃下保温6小时(％)	-0.27
		耐压强度/MPa	55
常温抗折强度/MPa	4.8
		荷重软化温度(T0.6℃)	1633
热震稳定性/1100℃水冷(次)	≥4

实施例3：

本发明富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖，以重量百分含量表示，原料组成为：

粒度5～3mm的合成镁橄榄石35％，粒度3～1mm的合成镁橄榄石23％，粒度1～0mm的电熔镁铝尖晶石10％，粒度小于0.088mm的合成镁橄榄石5％，粒度小于0.088mm的电熔镁铝尖晶石15％，粒度小于0.088mm的镁砂细粉8％，粒度小于0.044mmα-Al₂O₃细粉4％；另外加入占上述原料总重量4.5％的纸浆废液(纸浆废液的比重为1.25g/cm³)。

实施例4：

实施例3所述富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖的制备方法，详细步骤如下：

(1)按照实施例3所述富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖的原料配比比例准备各种原料；

(2)将准备好的各种原料混合均匀后加入湿碾机，然后加入结合剂纸浆废液进行混碾，混碾20min；

(3)混碾后所得物料在1000吨的压砖机上进行成型，成型后所得砖坯体积密度控制在2.90～3.05g/cm³；

(4)将所得砖坯置于温度为140℃的隧道干燥窑内干燥，干燥26h；干燥后送入高温隧道窑中在1650℃下烧成，在烧成温度条件下保温6h，从而制得本发明产品。

所得产品的性能指标详见表2。

表2利用实施例3原料配比所得制品的性能指标

体积密度(g/cm3)	2.90
		显气孔率(％)	15.1
重烧线变化率/1550℃下保温6小时(％)	-0.22
		耐压强度/MPa	65
常温抗折强度/MPa	6.1
		荷重软化温度(T0.6℃)	1665
热震稳定性/1100℃水冷(次)	≥5

实施例5：

本发明富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖，以重量百分含量表示，原料组成为：

粒度5～3mm的合成镁橄榄石30％，粒度3～1mm的合成镁橄榄石25％，粒度1～0mm的电熔镁铝尖晶石5％，粒度小于0.088mm的合成镁橄榄石25％，粒度小于0.088mm的电熔镁铝尖晶石6％，粒度小于0.088mm的镁砂细粉4％，粒度小于0.044mmα-Al₂O₃细粉5％；另外加入占上述原料总重量5％的纸浆废液，(纸浆废液的比重为1.3g/cm³)。

实施例6：

实施例5所述富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖的制备方法，详细步骤如下：

(1)按照实施例5所述富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖的原料配比比例准备各种原料；

(2)将准备好的各种原料混合均匀后加入湿碾机，然后加入结合剂纸浆废液进行混碾，混碾25min；

(3)混碾后所得物料在1000吨的压砖机上进行成型，成型后所得砖坯体积密度控制在2.90～3.05g/cm³；

(4)将所得砖坯置于温度为110℃的隧道干燥窑内干燥，干燥24h；干燥后送入高温隧道窑中在1500℃下烧成，在烧成温度条件下保温8h，从而制得本发明产品。

所得产品的性能指标详见表3。

表3利用实施例5原料配比所得制品的性能指标

体积密度(g/cm3)	2.80
		显气孔率(％)	16.8
重烧线变化率/1550℃下保温6小时(％)	-0.3
		耐压强度/MPa	51
常温抗折强度/MPa	4.2
		荷重软化温度(T0.6℃)	1608
热震稳定性/1100℃水冷(次)	≥3

实施例7：

本发明富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖，以重量百分含量表示，原料组成为：

粒度5～3mm的合成镁橄榄石25％，粒度3～1mm的合成镁橄榄石35％，粒度1～0mm的电熔镁铝尖晶石20％，粒度小于0.088mm的合成镁橄榄石6％，粒度小于0.088mm的电熔镁铝尖晶石10％，粒度小于0.088mm的镁砂细粉3％，粒度小于0.044mmα-Al₂O₃细粉1％；另外加入占上述原料总重量6％的纸浆废液(纸浆废液的比重为1.4g/cm³)。

实施例8：

实施例7所述富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖的制备方法，详细步骤如下：

(1)按照实施例7所述富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖的原料配比比例准备各种原料；

(2)将准备好的各种原料混合均匀后加入湿碾机，然后加入结合剂纸浆废液进行混碾，混碾25min；

(3)混碾后所得物料在1000吨的压砖机上进行成型，成型后所得砖坯体积密度控制在2.90～3.05g/cm³；

(4)将所得砖坯置于温度为140℃的隧道干燥窑内干燥，干燥24h；干燥后送入高温隧道窑中在1700℃下烧成，在烧成温度条件下保温5h，从而制得本发明产品。

所得产品的性能指标详见表4。

表4利用实施例7原料配比所得制品的性能指标

体积密度(g/cm3)	2.93
		显气孔率(％)	14.8
重烧线变化率/1550℃下保温6小时(％)	-0.15
		耐压强度/MPa	74
常温抗折强度/MPa	6.5
		荷重软化温度(T0.6℃)	≥1700
热震稳定性/1100℃水冷(次)	≥6

由以上实施例所得产品可知：利用本发明技术方案制备的产品富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖具有优良的高温物理化学稳定性，并且热震稳定性高、抗侵蚀性好，制造方便且合格率较高等特点，可用于玻璃窑蓄热室墙体的中部和下部。

Claims (7)

1.一种富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖，其特征在于，以重量百分比表示，主要由以下原料制备而成：

粒度5～3mm的合成镁橄榄石25～45％，粒度3～1mm的合成镁橄榄石15～35％，粒度1～0mm的电熔镁铝尖晶石5～20％，粒度小于0.088mm的合成镁橄榄石5～25％，粒度小于0.088mm的电熔镁铝尖晶石5～15％，粒度小于0.088mm的镁砂细粉3～8％，粒度小于0.044mmα-Al₂O₃细粉1～5％；另外加入占上述原料总重量3～6％的纸浆废液作为结合剂。

2.根据权利要求1所述的富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖，其特征在于，所述合成镁橄榄石是通过以下方法制备而成：

首先将菱镁矿尾矿置于140℃的隧道式干燥器中干燥48小时，干燥后进行破碎，粉磨至粒度≤0.88mm；粉碎后的尾矿粉85wt％配石英砂粉15wt％，并加入4.0wt％的洁净水混碾20分钟，在630吨的压砖机上压制成230×114×65mm的标准砖坯；所得砖坯进入120℃的隧道式干燥器中干燥24小时，最后送入高温隧道窑中进行煅烧，煅烧温度为1700℃，在该温度下保温4.5小时；煅烧后得到的合成镁橄榄石进行破碎，分级后得到各种粒度规格的产品。

3.根据权利要求2所述的富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖，其特征在于：所述菱镁矿尾矿为化学浮选尾矿，粒度0～25mm，水分8.5％；化学成分为MgO45.93％，SiO₂5.98％，Fe₂O₃0.48％，CaO 0.50％，酌减46.2％；

所述石英砂粉的粒度≤0.44mm，化学成分SiO₂≥99.5％。

4.根据权利要求1所述的富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖，其特征在于：所述合成镁橄榄石主要成分为：MgO≥61％，SiO₂≤35％，Fe₂O₃≤1％，CaO≤1％。

5.根据权利要求1所述的富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖，其特征在于：所述电熔镁铝尖晶石中MgO≥35％；镁砂细粉中MgO≥96.5％；α-Al₂O₃细粉中Al₂O₃≥99％。

6.根据权利要求1所述的富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖，其特征在于：所述纸浆废液中主要成分为木质素磺酸镁或木质素磺酸钙；所述纸浆废液的比重为1.1～1.4g/cm³。

7.一种权利要求1所述的富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)按照权利要求1所述富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖的原料配比比例准备各种原料；

(2)将准备好的各种原料混合均匀后加入湿碾机，然后加入结合剂纸浆废液进行混碾，混碾15～25min；

(3)混碾后所得物料在1000T的压砖机上进行成型，成型后所得砖坯体积密度控制在2.90～3.05g/cm³；

(4)将所得砖坯置于温度为105～140℃的隧道干燥窑内干燥，干燥时间24～28小时；干燥后送入高温隧道窑中在1500～1700℃下烧成，在烧成温度条件下保温5～8h；保温后得到产品富镁镁橄榄石-尖晶石复合砖。