CN105016755A - 铝镁尖晶石的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝镁尖晶石的制备方法，该方法按以下步骤进行：步骤1)混料：准备反应原料，并将反应原料混合均匀，得到混合原料；步骤2)装料密封：把混合原料装入坩埚中，并密封坩埚；步骤3)烧结：将密封好的坩埚置入高温炉中进行焙烧，得到块状产品；步骤4)破碎筛分：将块状产品破碎、筛分，得到最终产品。本方法可显著降低铝镁尖晶石的制备温度，原料来源方便，添加剂使用量少，产品纯度高，制备工艺简单，能耗少，制备成本低，适用于冶金生产的耐火材料。

Description

铝镁尖晶石的制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料的制备方法，尤其是涉及一种铝镁尖晶石的制备方法。

背景技术

随着冶金行业的发展，制备和使用高质量的耐火材料对生产高质量的钢铁有着越来越显著地影响。不同的耐火材料有着不同的性质，其中铝镁尖晶石(MgA1₂O₄)，以其良好的化学性质及其较好的热稳定性，备受国内外企业的青睐。天然的铝镁尖晶石非常稀少，工业上所使用的铝镁尖晶石都是人工合成的。人造铝镁尖晶石根据制备工艺的不同可分为烧结尖晶石和电熔尖晶石。由于电熔法主要是间歇操作，浇筑块的冷却导致显微结构的不均匀，难以满足工业要求。固相烧结法由于其工艺成熟、方法简便、效率好和气孔率低等优点成为国内制备铝镁尖晶石的主要方法。然而采用烧结法来制备优质的铝镁尖晶石也是十分困难的，由于铝镁尖晶石聚集再结晶的能力很差，大多需要较高的温度或者较为繁琐的制备过程，对设备要求很高，能耗也较大。因而，降低合成温度和简化工艺过程也成为国内外不同企业的共同夙愿。

低温条件下合成铝镁尖晶石的解决方法通常是添加各种添加剂，其作用是促进晶体生长及再结晶和降低烧结温度等作用，通常是在铝镁尖晶石合成中引入V、Li、Zr、Fe、Ti、Ca、Mn等杂质原子来降低晶相的形成温度。然而，这些添加剂在降低合成温度的同时，杂质也随之带入，降低了产品纯度，影响产品的抗侵蚀性、抗渣渗透性和耐热震性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种铝镁尖晶石的制备方法，本方法可显著降低铝镁尖晶石的制备温度，原料来源方便，添加剂使用量少，产品纯度高，制备工艺简单，能耗少，制备成本低。

本发明的目的是这样实现的：

一种铝镁尖晶石的制备方法，该方法按以下步骤进行：

步骤1)混料：准备反应原料，并将反应原料混合均匀，得到混合原料；

步骤2)装料密封：把混合原料装入坩埚中，并密封坩埚；

步骤3)烧结：将密封好的坩埚置入高温炉中进行焙烧，得到块状产品；

步骤4)破碎筛分：将块状产品破碎、筛分，得到最终产品。

为了制备出杂质较少的铝镁尖晶石，提高产品纯度，优选地，所述反应原料包括A1₂O₃、MgO和添加剂，其中A1₂O₃与MgO的重量比为2.53。

为了使MgO粉、A1₂O₃粉充分混合均匀，节约混料时间，优选地，步骤1)中原料的混料方法为：首先，称取干燥的MgO粉和A1₂O₃粉，并混合均匀，得到初混料；其次，称取添加剂，并加入到初混料中混合均匀，得到混合原料。

为了使MgO粉、A1₂O₃粉、添加剂充分混合均匀，进一步优选地，MgO粉和A1₂O₃粉在搅拌器中混合20-30分钟得到初混料；初混料和添加剂在搅拌器中混合40-60分钟，得到混合原料。

为了在烧结过程中诱导铝镁尖晶石晶核的形成，并促进其长大，降低铝镁尖晶石的合成和烧结温度，且不向原料带入杂质，提高产品纯度，优选地，所述添加剂为金属铝粉、金属镁粉中的一种或两种组合。因为金属铝粉、金属镁粉生成的氧化物的量很少，而且本身是很好的耐火材料，不会影响铝镁尖晶石的性能。

为了在满足低温制备铝镁尖晶石的情况下，尽量减少添加剂的使用量，优选地，所述添加剂的加入量如下：

添加剂为金属铝粉时，金属铝粉的加入量为A1₂O₃和MgO总重量的1.2-2.2％；

添加剂为金属镁粉时，金属镁粉的加入量为A1₂O₃和MgO总重量的1.3-2.0％；

添加剂为金属铝粉和金属镁粉的混合粉时，金属铝粉的加入量为A1₂O₃和MgO总重的1.0-2.0％，金属镁粉的加入量为A1₂O₃与MgO总重的0.5-2.0％。

为了使反应原料可以充分混合，在烧结中，反应更为充分，提高产品纯度，优选地，所述反应原料各成分的粒度均小于0.5mm。

为了对混合原料完成密封，且密封后可以耐高温，优选地，步骤2)中的密封方法为：准备1#坩埚、2#坩埚、3#坩埚；把混合原料装入1#坩埚中并压实，用2#坩埚倒扣在1#坩埚上以进行初步密封；再将1#坩埚、2#坩埚整体嵌套在3#坩埚内，并对2#坩埚和3#坩埚之间的缝隙进行沙封，形成密封结构的套装坩埚。

为了填充1#坩埚、3#坩埚之间出现大量空隙，使热量可以充分传导至1#坩埚中的混合原料，使混合原料均匀受热，优选地，所述3#坩埚的底部铺设有1-1.5cm厚度的沙层。

为了低温制备铝镁尖晶石，优选地，所述步骤3)高温炉的升温及保温工艺为：先由室温升温到400℃后保温1小时，再升温到800℃并保温1.5小时，然后升温到1100℃，保温2个小时，最后升高至1390-1460℃并保温27-36小时，断电并自然冷却至600℃以下，出炉冷却至常温。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明工艺简单，可大幅降低铝镁尖晶石的合成温度，制备成本低、能耗少。而且由于使用的添加剂为金属铝粉、金属镁粉或金属铝和金属镁的混合粉，不带入其它元素杂质，产品纯度高，具有较高的耐火度、良好的抗侵蚀能力和抗热震性能力。本发明原料价格低，添加剂用量少，成本低；制备工艺简单，烧结温度低，设备简单，操作简便，易于控制，便于工业化生产。因此，本发明具有操作简单、易控制、成本低和产品性能好的特点，是一种性价比高的优质铝镁尖晶石制备方法。

本发明与现有镁铝尖晶石的低温制备技术相比具有以下的主要优点：

第一，本发明方法工艺简单，设备简单，烧结温度低，成本低，产品纯度高，适合工业化生产，制备出的铝镁尖晶石可用作耐高温炉衬。

第二，原料为A1₂O₃、MgO和添加剂，其中添加剂可为金属铝粉、金属镁粉或金属铝和金属镁的复合粉。添加剂熔点较低，在烧结过程中可诱导铝镁尖晶石晶核的形成，并促进其长大，显著降低了铝镁尖晶石的合成和烧结温度，且不向原料带入杂质，产品纯度高；且添加剂用量少，使用成本低。

第三，设计了一种新颖的烧结沙封装置，既能有效防止烧结过程中杂质的带入，又能让添加剂发挥作用的同时缓慢氧化，最终以氧化物的形式参与到烧结过程。

具体实施方式

一种铝镁尖晶石的制备方法，该方法按以下步骤进行：

步骤1)混料：

准备反应原料，所述反应原料包括A1₂O₃、MgO和添加剂，其中A1₂O₃与MgO的重量比为2.53。所述添加剂为金属铝粉、金属镁粉中的一种或两种组合。所述反应原料各成分的粒度均小于0.5mm。所述添加剂的加入量如下：添加剂为金属铝粉时，金属铝粉的加入量为A1₂O₃和MgO总重量的1.2-2.2％；添加剂为金属镁粉时，金属镁粉的加入量为A1₂O₃和MgO总重量的1.3-2.0％；添加剂为金属铝粉和金属镁粉的混合粉时，金属铝粉的加入量为A1₂O₃和MgO总重的1.0-2.0％，金属镁粉的加入量为A1₂O₃与MgO总重的0.5-2.0％。

将反应原料混合均匀，得到混合原料；混料方法为：首先，称取干燥的MgO粉和A1₂O₃粉，MgO粉和A1₂O₃粉在搅拌器中混合20-30分钟，得到初混料；其次，称取添加剂，并加入到初混料中，初混料和添加剂在搅拌器中混合40-60分钟，得到混合原料。

步骤2)装料密封：

密封方法为：准备1#坩埚、2#坩埚、3#坩埚；所述2#坩埚的内径和高度分别略大于1#坩埚的外径和高度，所述3#坩埚的内径和高度分别略大于2#坩埚的外径和高度。

把混合原料装入1#坩埚中并压实，用2#坩埚倒扣在1#坩埚上以进行初步密封；在3#坩埚的底部铺设1-1.5cm厚度的沙层，再将1#坩埚、2#坩埚整体嵌套在3#坩埚内，并对2#坩埚和3#坩埚之间的缝隙进行沙封，形成密封结构的套装坩埚。

步骤3)烧结：

将密封好的坩埚置入高温炉中进行焙烧，得到块状产品；高温炉的升温及保温工艺为：先由室温升温到400℃后保温1小时，再升温到800℃并保温1.5小时，然后升温到1100℃，保温2个小时，最后升高至1390-1460℃并保温27-36小时，断电并自然冷却至600℃以下，出炉冷却至常温。

步骤4)破碎筛分：

将块状产品破碎、筛分，得到最终产品。

本发明提供的一种铝镁尖晶石的低温制备方法，提出了一种新型的添加剂，即金属铝粉、金属镁粉或金属铝和金属镁的混合粉，这种添加剂的熔点较低(铝熔点660℃，镁熔点648℃)，在烧结过程中可诱导铝镁尖晶石晶核的形成，并促进其长大，显著降低了铝镁尖晶石的合成和烧结温度，且不向原料带入杂质，产品纯度高；同时设计了一种新颖的烧结沙封装置，既能有效防止烧结过程中杂质的带入，又能让添加剂发挥作用的同时缓慢氧化，最终以氧化物的形式参与到烧结过程。

实施例1

按A1₂O₃/MgO重量比值为2.53的比例，称取A1₂O₃和MgO 200克，镁添加剂量为A1₂O₃和MgO总重的1.5％，烧结温度1450℃、烧结时间29小时，获得的铝镁尖晶石百分含量大于95％。

实例2

按A1₂O₃/MgO重量比值为2.53的比例，称取A1₂O₃和MgO 200克，添加剂中，镁的加入量为A1₂O₃和MgO总重的0.8％，铝的加入量为A1₂O₃和MgO总重的1.5％，烧结温度为1390℃时，烧结时间30小时，获得的铝镁尖晶石百分含量为98％。

实例3

按A1₂O₃/MgO重量比值为2.53的比例，称取A1₂O₃和MgO 200克，铝添加剂添加量为A1₂O₃和MgO总重的1.8％；烧结温度为1450℃，烧结时间30小时以上保温时间为30小时，获得的铝镁尖晶石百分含量为97％。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种铝镁尖晶石的制备方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：

步骤1)混料：准备反应原料，并将反应原料混合均匀，得到混合原料；

步骤2)装料密封：把混合原料装入坩埚中，并密封坩埚；

步骤3)烧结：将密封好的坩埚置入高温炉中进行焙烧，得到块状产品；

步骤4)破碎筛分：将块状产品破碎、筛分，得到最终产品。

2.根据权利要求1所述的铝镁尖晶石的制备方法，其特征在于：所述反应原料包括A1₂O₃、MgO和添加剂，其中A1₂O₃与MgO的重量比为2.53。

3.根据权利要求2所述的铝镁尖晶石的制备方法，其特征在于，步骤1)中原料的混料方法为：首先，称取干燥的MgO粉和A1₂O₃粉，并混合均匀，得到初混料；其次，称取添加剂，并加入到初混料中混合均匀，得到混合原料。

4.根据权利要求3所述的铝镁尖晶石的制备方法，其特征在于：MgO粉和A1₂O₃粉在搅拌器中混合20-30分钟得到初混料；初混料和添加剂在搅拌器中混合40-60分钟，得到混合原料。

5.根据权利要求2所述的铝镁尖晶石的制备方法，其特征在于：所述添加剂为金属铝粉、金属镁粉中的一种或两种组合。

6.根据权利要求5所述的铝镁尖晶石的制备方法，其特征在于：所述添加剂的加入量如下：

添加剂为金属铝粉时，金属铝粉的加入量为A1₂O₃和MgO总重量的1.2-2.2％；

添加剂为金属镁粉时，金属镁粉的加入量为A1₂O₃和MgO总重量的1.3-2.0％；

添加剂为金属铝粉和金属镁粉的混合粉时，金属铝粉的加入量为A1₂O₃和MgO总重的1.0-2.0％，金属镁粉的加入量为A1₂O₃与MgO总重的0.5-2.0％。

7.根据权利要求1至5任一所述的铝镁尖晶石的制备方法，其特征在于：所述反应原料各成分的粒度均小于0.5mm。

8.根据权利要求1所述的铝镁尖晶石的制备方法，其特征在于：步骤2)中的密封方法为：准备1#坩埚、2#坩埚、3#坩埚；把混合原料装入1#坩埚中并压实，用2#坩埚倒扣在1#坩埚上以进行初步密封；再将1#坩埚、2#坩埚整体嵌套在3#坩埚内，并对2#坩埚和3#坩埚之间的缝隙进行沙封，形成密封结构的套装坩埚。

9.根据权利要求8所述的铝镁尖晶石的制备方法，其特征在于：所述3#坩埚的底部铺设有1-1.5cm厚度的沙层。

10.根据权利要求1所述的铝镁尖晶石的制备方法，其特征在于：所述步骤3)高温炉的升温及保温工艺为：先由室温升温到400℃后保温1小时，再升温到800℃并保温1.5小时，然后升温到1100℃，保温2个小时，最后升高至1390-1460℃并保温27-36小时，断电并自然冷却至600℃以下，出炉冷却至常温。