CN104909769B - 一种镁基复合耐火原料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镁基复合耐火原料及其制备方法，采用的技术方案是：由83‑86％低品位菱镁矿或尾矿制得轻烧菱镁矿，加入1‑3％的添加剂、1‑2％的金属铝粉、3‑5％的金属硅粉、3‑5％的α‑Al₂O₃细粉和3‑4％的复合结合剂，经共磨、混合、压制成型、烘烤及高温氮化烧成工序制备成一种镁基复合耐火原料。本发明与普通的高纯镁砂耐火原料相比，具有较好的抗热震性，抗侵蚀性等高温使用性能；本发明在低品位菱镁矿及尾矿现有杂质成分的基础上，添加复合添加剂，通过自扩散式高温氮化处理的方法，改变其基质组成及液相分布，提高了低品位菱镁矿及尾矿的综合利用率。

Description

一种镁基复合耐火原料及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料原材料加工制备领域，特别是一种镁基复合耐火原料及其制备方法。

背景技术

目前菱镁矿资源进入了快速消耗时期，多年来的无序开采以及采富弃贫的传统资源利用模式，使得菱镁矿正面临着严重的资源危机，优质矿产资源急剧减少，低品位矿石被废弃并占地堆放，造成资源的极大浪费，且形成白色污染，严重污染环境，缩短矿山服务年限。由于菱镁资源属不可再生资源，因此对低品位矿及尾矿的开发利用就显得迫在眉睫。

合理利用低品位菱镁矿及尾矿，加快优质镁基复合耐火原料的合成是今后菱镁矿的研究重点。镁质材料尤其是低品位镁质材料中含有CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等杂质成分，形成的低熔点矿相会显著降低镁质材料的高温使用性能和抗渣侵蚀性能，这在很大程度上限制了镁质材料在高温乃至超高温领域的应用。在低品位菱镁矿石的基础上，开发性能优异的镁基复相材料，可以减少液相量的生成并可控制液相的几何分布，有效地解决单相镁质材料的以上弊端。

Sialon是上世纪70年代初期首先由日本的Oyama和Kamigaito(1971)及英国的Jack和Wilson(1972)所发现并迅速发展起来的一类Si-Al-O-N四元系高温结构材料，sialon陶瓷在烧结过程中形成的瞬时液相的离子在烧结后期能进入晶格形成sialon相,使晶界得到净化,有利于提高材料的高温性能。因此，以其为结合相的材料具有优异的高温性能、强度、抗冲击性和抗侵蚀性。

以低品位菱镁矿或菱镁矿尾矿轻烧后制得的轻烧菱镁矿为主要原料，加入复合添加剂共磨，之后添加复合结合剂，混合均匀后压制成球或成坯，干燥后经高温氮化处理，制备一种新型镁基复合耐火材料，实现基质部分组成由低熔相向高熔相转变，低品位菱镁矿由低附加值产品向高附加值产品转变。这不仅可以提高低品位菱镁矿及尾矿的综合利用率，拓宽镁质材料的应用领域，还可以节约能源，降低污染，保护环境。

发明内容

本发明提供了一种镁基复合耐火原料及其制备方法，有效提高低品位菱镁矿及尾矿综合利用率。

一种镁基复合耐火原料，该原料的化学组份及各组分的重量百分比含量为：

所述的轻烧菱镁矿中重量百分比含量MgO≥75％，SiO₂≤10.0％，CaO≥2.0％；

所述的金属硅粉重量百分比含量Si≥99.0％，粒度≤0.074mm；

所述的金属铝粉重量百分比含量Al≥99.0％，粒度≤0.074mm；

所述的α-Al₂O₃细粉重量百分比含量Al₂O₃≥99.5％，粒度≤0.045mm；

所述的添加剂为粒度≤0.045mm的稀土氧化物Y₂O₃、Dy₂O₃和Er₂O₃中的一种或任意两种及三种的组合物；

所述的复合结合剂为按重量百分比，由30～50％的乙二醇和50～70％的酚醛树脂配制而成。

一种镁基复合耐火原料的制备方法，该方法包括如下步骤：

a.按下列一种镁基复合耐火材料的化学组份及各组分的重量百分比含量称取物料：

所述的轻烧菱镁矿中重量百分比含量MgO≥75％，SiO₂≤10.0％，CaO≥2.0％；

所述的金属硅粉重量百分比含量Si≥99.0％，粒度≤0.074mm；

所述的金属铝粉重量百分比含量Al≥99.0％，粒度≤0.074mm；

所述的α-Al₂O₃细粉重量百分比含量Al₂O₃≥99.5％，粒度≤0.045mm；

所述的添加剂为粒度≤0.045mm的稀土氧化物Y₂O₃、Dy₂O₃和Er₂O₃中的一种或任意两种及三种的组合物；

所述的复合结合剂为按重量百分比，由30～50％的乙二醇和50～70％的酚醛树脂配制而成；

b.将低品位菱镁矿或尾矿置于马弗炉中，经900℃轻烧处理，制得轻烧菱镁矿；

c.将轻烧菱镁矿和添加剂置于球磨机中共磨，出粉率≤10t/h；

d.将轻烧菱镁矿、金属铝粉、α-Al₂O₃细粉和添加剂混合，混合好的物料加入复合结合剂，经100～180MPa压力，压制成直径为φ50mm的球体或230×114×65mm的砖坯；

e.成型后的坯体置于干燥箱内，在180-190℃下干燥24h，干燥后的坯体经1550-1600℃的高温氮化处理3-5h。

本发明与现有同类技术相比，其显著地的有益效果体现在：

1.对低品位菱镁矿及尾矿进行基质改性处理，提高了其综合利用率，节约能源，保护环境；

2.充分利用了低品位菱镁矿及尾矿中CaO、SiO₂、Al₂O₃等杂质成分，并通过引入单一或复合添加剂，制备新型镁基复合耐火原料，充分利用方镁石和塞隆陶瓷各自的优异性能，扬长避短，提高了低品位镁质材料的抗热震性和抗渣渗透性。

3.与普通的单相镁质原料相比，本发明的新型镁基复合耐火原料由于引入了单一或复合添加剂，因此体积密度及热导率较单相镁质原料较低，显气孔率则较单相镁质原料略高，而这正是新型镁基复合耐火原料抗热震性能得以提高的原因，热导率的下降则使得新型镁基复合耐火原料可以用来制作隔热保温材料。

具体实施方式

下面用实施例更详细描述本发明。

实施例1

一种镁基复合耐火原料，该原料的化学组份及各组分的重量百分比含量见表1中实施例1，其中，复合结合剂按重量百分比，由30％的乙二醇和70％的酚醛树脂配制而成。

一种镁基复合耐火原料的制备方法，该方法的步骤如下：

a.按表1实施例1的化学组分及重量百分比，称取各种物料；

b.将低品位菱镁矿或尾矿置于马弗炉中，经900℃轻烧处理，制得轻烧菱镁矿；

c.将轻烧菱镁矿和复合添加剂置于球磨机中共磨，出粉率≤10t/h；

d.将轻烧菱镁矿、金属铝粉、α-Al₂O₃细粉和添加剂混合，混合好的物料加入复合结合剂，经100MPa压力，压制成直径为φ50mm的球体；

e.成型后的坯体置于干燥箱内，在180-190℃下干燥24h，干燥后的坯体经1550-1600℃的高温氮化处理3-5h。

成品检测结果见表1的实施例1。

实施例2

一种镁基复合耐火原料，该原料的化学组份及各组分的重量百分比含量见表1中实施例2，其中，复合结合剂按重量百分比，由50％的乙二醇和50％的酚醛树脂配制而成。

一种镁基复合耐火原料的制备方法，该方法的步骤如下：

a.按表1实施例2的化学组分及重量百分比，称取各种物料；

b.将低品位菱镁矿或尾矿置于马弗炉中，经900℃轻烧处理，制得轻烧菱镁矿；

c.将轻烧菱镁矿和复合添加剂置于球磨机中共磨，出粉率≤10t/h；

d.将轻烧菱镁矿、金属铝粉、α-Al₂O₃细粉和添加剂混合，混合好的物料加入复合结合剂，经120MPa压力，压制成直径为φ50mm的球体；

e.成型后的坯体置于干燥箱内，在180-190℃下干燥24h，干燥后的坯体经1550-1600℃的高温氮化处理3-5h。

成品检测结果见表1的实施例2。

实施例3

一种镁基复合耐火原料，该原料的化学组份及各组分的重量百分比含量见表1中实施例3，其中，复合结合剂按重量百分比，由40％的乙二醇和60％的酚醛树脂配制而成。

一种镁基复合耐火原料的制备方法，该方法的步骤如下：

a.按表1实施例3的化学组分及重量百分比，称取各种物料；

b.将低品位菱镁矿或尾矿置于马弗炉中，经900℃轻烧处理，制得轻烧菱镁矿；

c.将轻烧菱镁矿和复合添加剂置于球磨机中共磨，出粉率≤10t/h；

d.将轻烧菱镁矿、金属铝粉、α-Al₂O₃细粉和添加剂混合，混合好的物料加入复合结合剂，经150MPa压力，压制成230×114×65mm的砖坯；

e.成型后的坯体置于干燥箱内，在180-190℃下干燥24h，干燥后的坯体经1550-1600℃的高温氮化处理3-5h。

成品检测结果见表1的实施例3。

实施例4

一种镁基复合耐火原料，该原料的化学组份及各组分的重量百分比含量见表1中实施例4，其中，复合结合剂按重量百分比，由35％的乙二醇和65％的酚醛树脂配制而成。

一种镁基复合耐火原料的制备方法，该方法的步骤如下：

a.按表1实施例4的化学组分及重量百分比，称取各种物料；

b.将低品位菱镁矿或尾矿置于马弗炉中，经900℃轻烧处理，制得轻烧菱镁矿；

c.将轻烧菱镁矿和复合添加剂置于球磨机中共磨，出粉率≤10t/h；

d.将轻烧菱镁矿、金属铝粉、α-Al₂O₃细粉和添加剂混合，混合好的物料加入复合结合剂，经180MPa压力，压制成230×114×65mm的砖坯；

e.成型后的坯体置于干燥箱内，在180-190℃下干燥24h，干燥后的坯体经1550-1600℃的高温氮化处理3-5h；

成品检测结果见表1的实施例4。

对比例

一种高纯镁砂耐火原料，该原料的化学组份及各组分的重量百分比含量见表1中对比例，其中高纯镁砂的纯度按重量百分比为97％。

一种高纯镁砂耐火原料的制备方法，该方法的步骤如下：

a.按表1对比例的化学组分及重量百分比，称取物料；

b.将高纯镁砂置于球磨机中细磨，出粉率≤10t/h；

c.混合好的物料加入复合结合剂，经120MPa压力或150MPa压力，压制成φ50mm的球体或230×114×65mm的砖坯；

d.成型后的坯体置于干燥箱内，在110-120℃下干燥24h，干燥后的坯体经1550-1600℃的高温氮化处理3-5h；

成品检测结果见表1的对比例。

表1：一种镁基复合耐火原料配比及性能与高纯镁砂耐火原料性能对比

通过以上数据，可以看出在低品位菱镁矿及尾矿的基础上，通过添加复合添加剂制备的新型镁基复合耐火原料各项物理性能检测结果与97高纯镁砂相近，但是高温性能却优于普通的优质镁砂。由此可见，利用低品位菱镁矿及尾矿的固有杂质，通过轻烧后加入复合添加剂共磨，添加复合结合剂，混合均匀后压制成球或成坯，干燥后经高温氮化处理制备的新型镁基复合耐火原料不仅可以提高低品位菱镁矿及尾矿的综合利用率，拓宽镁质材料的应用领域，还可以节约能源，降低污染，保护环境，具有很好的开发推广价值。

Claims (1)

1.一种镁基复合耐火原料的制备方法，其特征是该方法包括如下步骤：

a.按下列一种镁基复合耐火材料的化学组份及各组分的重量百分比含量称取物料：

所述的轻烧菱镁矿中重量百分比含量MgO≥75％，SiO₂≤10.0％，CaO≥2.0％；

所述的金属硅粉重量百分比含量Si≥99.0％，粒度≤0.074mm；

所述的金属铝粉重量百分比含量Al≥99.0％，粒度≤0.074mm；

所述的α-Al₂O₃细粉重量百分比含量Al₂O₃≥99.5％，粒度≤0.045mm；

所述的添加剂为粒度≤0.045mm的稀土氧化物Y₂O₃、Dy₂O₃和Er₂O₃中的一种或任意两种及三种的组合物；

所述的复合结合剂为按重量百分比，由30～50％的乙二醇和50～70％的酚醛树脂配制而成；

b.将低品位菱镁矿或尾矿置于马弗炉中，经900℃轻烧处理，制得轻烧菱镁矿；

c.将轻烧菱镁矿和添加剂置于球磨机中共磨，出粉率≤10t/h；

d.将轻烧菱镁矿、金属铝粉、α-Al₂O₃细粉和添加剂混合，混合好的物料加入复合结合剂，经100～180MPa压力，压制成直径为φ50mm的球体或230×114×65mm的砖坯；

e.成型后的坯体置于干燥箱内，在180-190℃下干燥24h，干燥后的坯体经1550-1600℃的高温氮化处理3-5h。