CN105272275A

CN105272275A - 一种基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖及其制备方法

Info

Publication number: CN105272275A
Application number: CN201510619761.XA
Authority: CN
Inventors: 徐义彪; 李亚伟; 桑绍柏; 王同生; 潘家和; 张志韧
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2035-09-25
Also published as: CN105272275B

Abstract

本发明涉及一种基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖的制备方法。其技术方案是：以65~75wt%的镍铁渣、10~20wt%的轻烧氧化镁细粉、5~15wt%的碳酸镁细粉和5~10wt%的硅微粉为原料，外加所述原料0.5~2.0wt%的添加剂、5~15wt%的炭黑和3~9wt%的纸浆废液，混合均匀，压制成型；在500~700℃条件下保温4~8h，然后在1300~1550℃的条件下烧成，保温2~6h，即得基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖。本发明具有资源回收率高、环境友好和生产成本低的特点；所制备的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖的体积稳定性好、耐压强度高、体积密度较低、微孔率高和导热系数较低。

Description

一种基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖及其制备方法

技术领域

本发明属于轻质隔热砖耐火材料技术领域。具体涉及一种基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖及其制备方法。

背景技术

镁橄榄石(Mg₂SiO₄)属弱碱性耐火材料，具有强度高、熔点高、化学和矿物稳定性好、热导率低（为纯氧化镁的1/3～1/4）等特点，且与大多数的碱性耐火材料具有良好的相容性。目前，镁橄榄石质材料主要是由镁质与硅质原料在高温下合成、或者通过溶胶—凝胶法合成。随着镁橄榄石轻质隔热砖在高温热工设备中广泛应用，制备镁橄榄石的菱镁矿等镁质耐火原料将日益紧张。

近年来，随着红土矿火法冶炼镍铁合金规模逐步扩大，红土镍矿冶炼镍铁渣的排放量逐渐增多，约占冶金渣总排放量的五分之一。与其它冶金渣相比，镍铁渣有价金属回收价值低，排渣量大，已逐步成为冶金废渣处理的一大难题。镍铁渣目前的处理方式以堆存、填埋为主，不仅占用土地、污染环境，还给镍铁冶炼的可持续发展带来严峻挑战。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种资源回收率高、环境友好和生产成本低的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖的制备方法。用该法所制备的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖的体积稳定性好、耐压强度高、体积密度较低、微孔率高和导热系数较低，产业化前景大。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：以65~75wt%的镍铁渣、10~20wt%的轻烧氧化镁细粉、5~15wt%的碳酸镁细粉和5~10wt%的硅微粉为原料，外加所述原料0.5~2.0wt%的添加剂、5~15wt%的炭黑和3~9wt%的纸浆废液，混合均匀，压制成型；在500~700℃条件下保温4~8h，然后在1300~1550℃的条件下烧成，保温2~6h，即得基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖

所述镍铁渣的粒径为0.1~1mm；镍铁渣的主要化学成分是：SiO₂含量≥52.0wt%，MgO含量≥26.0wt%，FeO含量≤8.5wt%，Al₂O₃含量≤7.5wt%，CaO含量≤2.5wt%，NiO含量≤0.1wt%。

所述轻烧氧化镁细粉的粒径≤75μm，MgO含量≥95wt%。

所述碳酸镁细粉的粒径≤75μm，MgO含量≥40wt%。

所述添加剂为TiO₂微粉和ZrO₂微粉中的一种或两种；所述添加剂的粒径均≤10μm，纯度均≥97wt%。

所述炭黑的粒径≤0.2μm，C含量≥99wt%。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

本发明以镍铁渣为主要原料，不仅解决了镍铁渣处理的难题，且变废为宝，故生产成本低，环境友好。本发明中的轻烧氧化镁细粉和硅微粉与水作用，赋予了砖体材料较高的早期强度和较好的体积稳定性。在烧成过程中，轻烧氧化镁细粉与水作用生成的Mg(OH)₂和砖体中加入的碳酸镁细粉会分解成高度分散的高活性MgO，部分添加剂会固溶于氧化镁晶格中，有效地促进固相反应和砖体烧结，使得所制备的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖体积稳定性好和耐压强度高。碳酸镁细粉的分解和炭黑的氧化会使砖体材料内部形成大量的微气孔，固相反应的发生会进一步减小气孔尺寸，赋予材料较低的体积密度、高的微孔率和低的导热系数。此外，添加剂与砖体中CaO的反应产物会均匀分布于镁橄榄石晶粒的晶界处，增加材料的热阻，进一步降低材料的导热系数。

因此，本发明具有资源回收率高、环境友好和生产成本低的特点。所制备的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖的体积稳定性好、耐压强度高、体积密度较低、微孔率高和导热系数较低。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：

为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料技术参数统一描述如下，具体实施例中不再赘述：

所述轻烧氧化镁细粉的粒径≤75μm，MgO含量≥95wt%。

所述碳酸镁细粉的粒径≤75μm，MgO含量≥40wt%。

所述TiO₂微粉和ZrO₂微粉的粒径均≤10μm，纯度均≥97wt%。

所述炭黑的粒径≤0.2μm，C含量≥99wt%。

实施例1

一种基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖及其制备方法。以65~68wt%的镍铁渣、17~20wt%的轻烧氧化镁细粉、5~8wt%的碳酸镁细粉和8~10wt%的硅微粉为原料，外加所述原料0.5~1.0wt%的TiO₂微粉、5~8wt%的炭黑和3~5wt%的纸浆废液，混合均匀，压制成型；在500~550℃条件下保温4~6h，然后在1300~1350℃的条件下烧成，保温2~3h，即得基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖。

本实施例1制备的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖：荷重软化点为1330~1350℃；耐压强度为5.5~6.0MPa；体积密度为1.55~1.60g/cm³；小于20μm的气孔为86~88%；1000℃时导热系数为0.605~0.635w/(m．k)。

实施例2

一种基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖及其制备方法。以67~70wt%的镍铁渣、15~18wt%的轻烧氧化镁细粉、6~9wt%的碳酸镁细粉和7~9wt%的硅微粉为原料，外加所述原料0.9~1.4wt%的TiO₂微粉、7~10wt%的炭黑和4~6wt%的纸浆废液，混合均匀，压制成型；在540~590℃条件下保温5~7h，然后在1340~1390℃的条件下烧成，保温3~4h，即得基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖。

本实施例2制备的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖：荷重软化点为1340~1360℃；耐压强度为5.9~6.4MPa；体积密度为1.60~1.65g/cm³；小于20μm的气孔为84~86%；1000℃时导热系数为0.615~0.645w/(m．k)。

实施例3

一种基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖及其制备方法。以69~72wt%的镍铁渣、13~16wt%的轻烧氧化镁细粉、7~10wt%的碳酸镁细粉和6~8wt%的硅微粉为原料，外加所述原料1.3~1.8wt%的TiO₂微粉、9~12wt%的炭黑和5~7wt%的纸浆废液，混合均匀，压制成型，在580~630℃条件下保温6~8h，然后在1380~1430℃的条件下烧成，保温4~5h，即得基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖。

本实施例3制备的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖：荷重软化点为1350~1370℃；耐压强度为6.3~6.8MPa；体积密度为1.65~1.70g/cm³；小于20μm的气孔为82~84%；1000℃时导热系数为0.625~0.655w/(m．k)。

实施例4

一种基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖及其制备方法。以71~74wt%的镍铁渣、11~14wt%的轻烧氧化镁细粉、8~11wt%的碳酸镁细粉和5~7wt%的硅微粉为原料，外加所述原料1.5~2.0wt%的TiO₂微粉、11~14wt%的炭黑和6~8wt%的纸浆废液，混合均匀，压制成型；在620~670℃条件下保温5~7h，然后在1420~1470℃的条件下烧成，保温5~6h，即得基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖。

本实施例4制备的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖：荷重软化点为1360~1380℃；耐压强度为6.7~7.2MPa；体积密度为1.67~1.72g/cm³；小于20μm的气孔为80~82%；1000℃时导热系数为0.635~0.665w/(m．k)。

实施例5

一种基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖及其制备方法。以72~75wt%的镍铁渣、10~13wt%的轻烧氧化镁细粉、10~13wt%的碳酸镁细粉和5~7wt%的硅微粉为原料，外加所述原料0.5~1.0wt%的ZrO₂微粉、12~15wt%的炭黑和7~9wt%的纸浆废液，混合均匀，压制成型；在650~700℃条件下保温理6~8h，然后在1460~1510℃的条件下烧成，保温4~5h，即得基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖。

本实施例5制备的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖：荷重软化点为1350~1370℃；耐压强度为7.1~7.6MPa；体积密度为1.68~1.73g/cm³；小于20μm的气孔为78~80%；1000℃时导热系数为0.645~0.675w/(m．k)。

实施例6

一种基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖及其制备方法。以67~70wt%的镍铁渣、11~14wt%的轻烧氧化镁细粉、12~15wt%的碳酸镁细粉和5~7wt%的硅微粉为原料，外加所述原料0.9~1.4wt%的ZrO₂微粉、8~11wt%的炭黑和4~6wt%的纸浆废液，混合均匀，压制成型；在630~680℃条件下保温4~6h，然后在1500~1550℃的条件下烧成，保温5~6h，即得基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖。

本实施例6制备的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖：荷重软化点为1360~1380℃；耐压强度为7.5~8.0MPa；体积密度为1.69~1.74g/cm³；小于20μm的气孔为76~78%；1000℃时导热系数为0.655~0.685w/(m．k)。

实施例7

一种基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖及其制备方法。以66~69wt%的镍铁渣、16~19wt%的轻烧氧化镁细粉、5~8wt%的碳酸镁细粉和8~10wt%的硅微粉为原料，外加所述原料1.3~1.8wt%的ZrO₂微粉、6~9wt%的炭黑和5~7wt%的纸浆废液，混合均匀，压制成型；在600~650℃条件下保温5~7h，然后在1320~1370℃的条件下烧成，保温2~3h，即得基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖。

本实施例7制备的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖：荷重软化点为1330~1350℃；耐压强度为7.7~8.2MPa；体积密度为1.70~1.75g/cm³；小于20μm的气孔为76~78%；1000℃时导热系数为0.665~0.695w/(m．k)。

实施例8

一种基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖及其制备方法。以68~71wt%的镍铁渣、14~17wt%的轻烧氧化镁细粉、6~9wt%的碳酸镁细粉和7~9wt%的硅微粉为原料，外加所述原料1.5~2.0wt%的ZrO₂微粉、10~13wt%的炭黑和6~8wt%的纸浆废液，混合均匀，压制成型；在530~580℃条件下保温6~8h，然后在1360~1410℃的条件下烧成，保温3~4h，即得基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖。

本实施例8制备的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖：荷重软化点为1340~1360℃；耐压强度为7.3~7.8MPa；体积密度为1.68~1.73g/cm³；小于20μm的气孔为78~80%；1000℃时导热系数为0.645~0.675w/(m．k)。

实施例9

一种基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖及其制备方法。以70~73wt%的镍铁渣、12~15wt%的轻烧氧化镁细粉、7~10wt%的碳酸镁细粉和6~8wt%的硅微粉为原料，外加1.5~2.0wt%的TiO₂微粉和ZrO₂微粉的混合物、12~15wt%的炭黑和7~9wt%的纸浆废液，混合均匀，压制成型；在570~620℃条件下处理5~7h，然后在1400~1450℃的条件下烧成，保温4~5h，即得基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖。

本实施例9制备的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖：荷重软化点为1350~1370℃；耐压强度为8.0~8.5MPa；体积密度为1.70~1.75g/cm³；小于20μm的气孔为77~79%；1000℃时导热系数为0.665~0.695w/(m．k)。

本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：

本具体实施方式以镍铁渣为主要原料，不仅解决了镍铁渣处理的难题，且变废为宝，故生产成本低，环境友好。本具体实施方式中的轻烧氧化镁细粉和硅微粉与水作用，赋予了砖体材料较高的早期强度和较好的体积稳定性。在烧成过程中，轻烧氧化镁细粉与水作用生成的Mg(OH)₂和砖体中加入的碳酸镁细粉会分解成高度分散的高活性MgO，部分添加剂会固溶于氧化镁晶格中，有效地促进固相反应和砖体烧结，使得所制备的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖体积稳定性好和耐压强度高。碳酸镁细粉的分解和炭黑的氧化会使砖体材料内部形成大量的微气孔，固相反应的发生会进一步减小气孔尺寸，赋予材料较低的体积密度、高的微孔率和低的导热系数。此外，添加剂与砖体中CaO的反应产物会均匀分布于镁橄榄石晶粒的晶界处，增加材料的热阻，进一步降低材料的导热系数。

因此，本具体实施方式具有资源回收率高、环境友好和生产成本低的特点。所制备的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖的体积稳定性好、耐压强度高、体积密度较低、微孔率高和导热系数较低。

Claims

1.一种基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于以65~75wt%的镍铁渣、10~20wt%的轻烧氧化镁细粉、5~15wt%的碳酸镁细粉和5~10wt%的硅微粉为原料，外加所述原料0.5~2.0wt%的添加剂、5~15wt%的炭黑和3~9wt%的纸浆废液，混合均匀，压制成型；在500~700℃条件下保温4~8h，然后在1300~1550℃的条件下烧成，保温2~6h，即得基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖。

2.根据权利要求1所述的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述镍铁渣的粒径为0.1~1mm；镍铁渣的主要化学成分是：SiO₂含量≥52.0wt%，MgO含量≥26.0wt%，FeO含量≤8.5wt%，Al₂O₃含量≤7.5wt%，CaO含量≤2.5wt%，NiO含量≤0.1wt%。

3.根据权利要求1所述的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述轻烧氧化镁细粉的粒径≤75μm，MgO含量≥95wt%。

4.根据权利要求1所述的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述碳酸镁细粉的粒径≤75μm，MgO含量≥40wt%。

5.根据权利要求1所述的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述添加剂为TiO₂微粉和ZrO₂微粉中的一种或两种；所述添加剂的粒径均≤10μm，纯度均≥97wt%。

6.根据权利要求1所述的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于所述炭黑的粒径≤0.2μm，C含量≥99wt%。

7.一种基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖，其特征在于所述基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖是根据权利要求1~6项中任一项所述的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖的制备方法所制备的基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖。