CN105837180B - 一种ZrSiO4‑MgO材料及其制备方法 - Google Patents

一种ZrSiO4‑MgO材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种ZrSiO4‑MgO材料及其制备方法。其技术方案是：先将镁砂细粉和含镍混合液按质量比为1∶2置于球磨机中，混磨0.5~6小时，得混合浆料；再将混合浆料滤干，在110℃条件下干燥24小时，得混合料块；将混合料块在1000~1400℃条件下保温1~6小时，冷却，球磨至粒度为1~200μm，制得ZrSiO4‑MgO材料。含镍混合液的制备方法是：先按Si和Zr的原子摩尔比为1∶1，将四氯化硅和四正丁氧基锆溶液混合，得混合溶液；再按混合溶液与硝酸镍的质量比为1∶（0.001~0.02），向混合溶液中加入硝酸镍，混合，制得含镍混合液。本发明所制制品具有耐火度高、抗水化能力强、耐磨蚀性能好、耐侵蚀性能高和抗渣渗透能力优良的特点。

Description

一种ZrSiO4-MgO材料及其制备方法
技术领域
本发明属于镁质耐火材料技术领域。尤其涉及一种ZrSiO4-MgO材料及其制备方法。
背景技术
镁质材料是目前应用最广泛的耐火材料品种，其主要矿物原料为镁砂。镁砂主要分为烧结镁砂、海水镁砂和电熔镁砂三种。烧结镁砂主要由菱镁矿、水镁矿或从海水中提取的氢氧化镁经高温煅烧而成。以天然菱镁矿为原料烧制的烧死镁砂称为烧结镁砂，以菱镁矿等为原料经电弧炉熔炼达到熔融状态冷却后形成的称为电熔镁砂，从海水中提取氧化镁制成的称为海水镁砂。随着高温工业的技术的进步和耐火材料技术的发展，对镁砂的品位提出了多种要求。其中，高纯镁砂是选用天然特级菱镁矿石浮选提纯经轻烧、细磨、压球、超高温竖窑煅烧而成，是制砖和不定耐火材料优质原料；中档镁砂是以轻烧氧化镁为原料，经压球、高温竖窑煅烧等工艺生产而成，产品烧结程度好，结晶致密，是生产中档镁质耐火制品的优质原料，也可用于制造各种镁砖、镁铝砖、捣打料、补炉料等。含镁砂的镁质耐火材料具有烧后线变化较小、强度高、抗碱性渣侵蚀的能力强以及耐钠盐熔融物侵蚀能力强等优点，而且制造成本适中，因而在高温工业中有着广泛的应用，既可以制成定型产品也可以制成不定形产品，如镁碳砖、镁铝碳砖、镁钙砖、镁质涂料和镁质浇注料等等。
但是，不定形和不含碳的镁质耐火材料有着普遍的缺点，即：抗渣渗透性较差、易剥落、易水化及干燥过程容易产生裂纹等问题影响到镁质产品的使用效果，这就导致了浇注料已成为目前国内外主要不定形耐火材料品种，而镁质浇注料在其中的比重却很低。其原因主要有两个方面：1）镁砂容易水化及镁质浇注料在干燥过程容易产生裂纹；2）镁砂的化学成分为MgO，高温下MgO容易和其它杂质氧化物如CaO、SiO2、Fe2O3和Al2O3等发生化学反应形成低熔点化合物，即降低了镁质材料的荷重软化温度，又降低了镁质材料的抗渣渗透能力。因此，对镁砂进行改性，已成为提高镁质材料尤其是镁质浇注料性能的重要途径。
发明内容
本发明旨在克服现有技术不足，目的是提供一种ZrSiO4-MgO材料的制备方法，所制备的ZrSiO4-MgO材料耐火度高、抗水化能力强、抗渣渗透能力好、耐磨蚀性能优良和耐侵蚀性能高，能作为制备高温工业用高级耐火材料的原材料。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先将镁砂细粉和含镍混合液按质量比为1∶2置于球磨机中，混磨0.5~6小时，得混合浆料；再将混合浆料滤干，在110℃条件下干燥24小时，得到混合料块；将混合料块在1000~1400℃条件下保温1~6小时，冷却，球磨至粒度为1~200μm，制得ZrSiO4-MgO材料。
所述含镍混合液的制备方法是：先按Si和Zr的原子摩尔比为1∶1，将四氯化硅和四正丁氧基锆溶液混合，得混合溶液；再按混合溶液与硝酸镍的质量比为1∶（0.001~0.02），向混合溶液中加入硝酸镍，混合，制得含镍混合液。
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：
本发明在高温制备过程中，镁砂颗粒表面会形成ZrSiO4（包裹在MgO颗粒表面的四氯化硅和四正丁氧基锆在镍基催化剂的作用下发生反应并生成ZrSiO4），即MgO颗粒表面将包裹一薄层ZrSiO4，ZrSiO4层的存在，可以带来如下显著效果：
1）制备浇注料时，ZrSiO4层将镁砂和水隔离，能保护镁砂颗粒免于水化，避免因镁砂颗粒水化后在其表面形成的Mg(OH)2在预热过程中导致材料开裂的现象；
2）位于镁砂颗粒间的ZrSiO4抗渣渗透和侵蚀能力强，能提高ZrSiO4-MgO材料的抗渣渗透性能；
3）ZrSiO4层将镁砂和其它杂质氧化物隔离，避免高温下产生过多的低熔点物相，有利于提高ZrSiO4-MgO材料的荷重软化温度。
本发明制备的ZrSiO4-MgO材料经检测：MgO含量≥96wt%；体积密度≥3.35g/cm3；在126℃水蒸气环境中处理3小时，质量增重率≤0.3%
因此，本发明制备的ZrSiO4-MgO材料具有耐火度高、抗水化能力强、耐磨蚀和耐侵蚀性能高、抗渣渗透能力好等特点，可作为制备高温工业用高级耐火材料的原材料。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，现将本具体实施方式所涉及的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述镁砂细粉中MgO含量≥97wt%；粒径为1~500μm。
所述硝酸镍中Ni(NO)3·6H2O含量≥97wt%；粒径为1~500μm。
实施例1
一种ZrSiO4-MgO材料及其制备方法。先将镁砂细粉和含镍混合液按质量比为1∶2置于球磨机中，混磨0.5~2小时，得混合浆料；再将混合浆料滤干，在110℃条件下干燥24小时，得到混合料块，将混合料块在1000~1100℃条件下保温4~6小时，冷却，球磨至粒度为1~200μm，制得ZrSiO4-MgO材料。
本实施例所述含镍混合液的制备方法是：先按Si和Zr的原子摩尔比为1∶1，将四氯化硅和四正丁氧基锆溶液混合，得混合溶液；再按混合溶液与硝酸镍的质量比为1∶（0.001~0.008），向混合溶液中加入硝酸镍，混合，制得含镍混合液。
本实施例制备的ZrSiO4-MgO材料经检测：MgO含量≥96wt%；体积密度≥3.35g/cm3；在126℃水蒸气环境中处理3小时，质量增重率≤0.2%
实施例2
一种ZrSiO4-MgO材料及其制备方法。先将镁砂细粉和含镍混合液按质量比为1∶2置于球磨机中，混磨2~4小时，得混合浆料；再将混合浆料滤干，在110℃条件下干燥24小时，得到混合料块，将混合料块在1100~1200℃条件下保温3~5小时，冷却，球磨至粒度为1~200μm，制得ZrSiO4-MgO材料。
本实施例所述含镍混合液的制备方法是：先按Si和Zr的原子摩尔比为1∶1，将四氯化硅和四正丁氧基锆溶液混合，得混合溶液；再按混合溶液与硝酸镍的质量比为1∶（0.008~0.014），向混合溶液中加入硝酸镍，混合，制得含镍混合液。
本实施例制备的ZrSiO4-MgO材料经检测：MgO含量≥97wt%；体积密度≥3.40g/cm3；在126℃水蒸气环境中处理3小时，质量增重率≤0.1%。
实施例3
一种ZrSiO4-MgO材料及其制备方法。先将镁砂细粉和含镍混合液按质量比为1∶2置于球磨机中，混磨4~6小时，得混合浆料；再将混合浆料滤干，在110℃条件下干燥24小时，得到混合料块，将混合料块在1200~1400℃条件下保温2~4小时，冷却，球磨至粒度为1~200μm，制得ZrSiO4-MgO材料；
本实施例所述含镍混合液的制备方法是：先按Si和Zr的原子摩尔比为1∶1，将四氯化硅和四正丁氧基锆溶液混合，得混合溶液；再按混合溶液与硝酸镍的质量比为1∶（0.014~0.02），向混合溶液中加入硝酸镍，混合，制得含镍混合液。
本实施例制备的ZrSiO4-MgO材料经检测：MgO含量≥98wt%；体积密度≥3.45g/cm3；在126℃水蒸气环境中处理3小时，质量增重率≤0.03%。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式在高温制备过程中，镁砂颗粒表面会形成ZrSiO4（包裹在MgO颗粒表面的四氯化硅和四正丁氧基锆在镍基催化剂的作用下发生反应并生成ZrSiO4），即MgO颗粒表面将包裹一薄层ZrSiO4，ZrSiO4层的存在，能带来如下显著效果：
1）制备浇注料时，ZrSiO4层将镁砂和水隔离，能保护镁砂颗粒免于水化，避免因镁砂颗粒水化后在其表面形成的Mg(OH)2在预热过程中导致材料开裂的现象；
2）位于镁砂颗粒间的ZrSiO4抗渣渗透和侵蚀能力强，能提高ZrSiO4-MgO材料的抗渣渗透性能；
3）ZrSiO4层将镁砂和其它杂质氧化物隔离，避免高温下产生过多的低熔点物相，有利于提高ZrSiO4-MgO材料的荷重软化温度。
本具体实施方式制备的ZrSiO4-MgO材料经检测：MgO含量≥96wt%；体积密度≥3.35g/cm3；在126℃水蒸气环境中处理3小时，质量增重率≤0.3%
因此，本具体实施方式制备的ZrSiO4-MgO材料具有耐火度高、抗水化能力强、耐磨蚀性能优良、耐侵蚀性能高和抗渣渗透能力好的特点，可作为制备高温工业用高级耐火材料的原材料。

Claims (2)

1.一种ZrSiO4-MgO材料的制备方法，其特征在于所述制备方法是：先将镁砂细粉和含镍混合液按质量比为1∶2置于球磨机中，混磨0.5～6小时，得混合浆料；再将混合浆料滤干，在110℃条件下干燥24小时，得到混合料块；将混合料块在1000～1400℃条件下保温1～6小时，冷却，球磨至粒度为1～200μm，制得ZrSiO4-MgO材料；
所述含镍混合液的制备方法是：先按Si和Zr的原子摩尔比为1∶1，将四氯化硅和四正丁氧基锆溶液混合，得混合溶液；再按混合溶液与硝酸镍的质量比为1∶(0.001～0.02)，向混合溶液中加入硝酸镍，混合，制得含镍混合液；
所述镁砂细粉中MgO含量≥97wt％；粒径为1～500μm。
2.根据权利要求1所述的ZrSiO4-MgO材料的制备方法，其特征在于所述硝酸镍中Ni(NO)3·6H2O含量≥97wt％；粒径为1～500μm。
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