CN109608215A - 一种有色冶炼熔化熔炉炉底用耐火材料及其制备方法 - Google Patents

一种有色冶炼熔化熔炉炉底用耐火材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种有色冶炼熔化熔炉炉底用耐火材料，适用于有色冶炼熔化熔炉的炉底位置，所述耐火材料的组成成分为：铝铬共熔体、铝镁尖晶石、铁铝尖晶石和结合剂。本技术方案使用铝铬共熔体、铝镁尖晶石、铁铝尖晶石作为原料。降低了MgO的含量，使得耐火材料中发生的关于MgO的溶解以及的反应大大减少，保证了耐火材料结构。铬铝制材料高温性能优良，抗冲刷能力较强，镁铝质耐火材料抗冲刷能力较好，铁铝尖晶石的加入则使耐火材料气孔率降低，抗渗透能力得到加强。本技术方案使用粘土、磷酸溶液、磷酸二氢铝溶液以及水作为结合剂，使得各种原料与结合剂相互渗透，耐火材料更为致密，有助于提升耐火材料的高温性能。

Description

一种有色冶炼熔化熔炉炉底用耐火材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，具体为一种有色冶炼熔化熔炉炉底用耐火材料。
背景技术
我国是有色金属生产大国，随着我国的交通、能源、建筑、机电、通讯、汽车、家用电器等的发展之快及我国周边国家像日本和南韩资源贫乏国家需要进口大量有色金属，各种类型的复合材料、合金、超薄铜板、管材及化工产品有着广泛的国内外市场，产能不断扩大，随之产生的一系列如：技术老化、设备陈旧、能耗高、成本高、环境污染严重、矿山资源紧张、回收率低等问题亟需解决。特别是随着电子产品的快速迭代，我国正迈入电子产品报废高峰期。面对逐年扩张的电子废物规模，一方面，海量电子垃圾泛滥造成的环境污染日益侵蚀人们的生存空间，另一方面，游商游贩遍地开花，粗放的作坊式电子垃圾处理市场野蛮生长，二噁英等剧毒、有毒有害成分对于大气、土壤、地下水等污染严重，而且提取贵金属工艺，贵金属回收率低，是国家明令禁止的淘汰工艺。如何合理有效的处置及回收电子垃圾—“城市矿产”，实现灰色产业转向绿色经济，是制约有色行业发展的技术瓶颈。
世界最有效的无害的处理方法，现有日本、比利时等国家的再生企业具有先进的处理技术和装备，其技术世界领先。中国依然采用传统方法，简单，原始、落后，国内尚无有效的先进的无污染处理技术。国内一直是引进国外日本、比利时的熔炼炉，其炉衬材料使用寿命为1个多月，有的甚至更短。为了推动有色行业的快速发展，提高有色金属冶炼工艺水平，结合目前有色冶金过程的强化(强化冶炼的比重加大)对耐火材料的使用性能要求，本项目主要就提升有色冶炼特殊和关键、苛刻部位的材料品质，延长高温窑炉炉衬使用寿命，以实现生产过程更加绿色环保展开技术研究。
国内某有色院自行设计的NRTS炉是中国首座电子垃圾熔融-精炼炉，可有效处理电子废料、工业废渣、低品位杂铜和阳极泥等废物料，且稀贵金属回收率较高，其熔炼技术超过国外水平。但是由于苛刻的熔炼环境，要求内衬材料必须有较强的耐酸碱性、抗高温及耐金属渣侵蚀性强等特性，因此，现用材料寿命较低，已无法满足正常使用。因此，亟需研制一种节能环保型先进电子垃圾和有色固废熔炼-精炼炉用高性能、长寿命系列多复合尖晶石高温炉衬材料。
有色冶炼熔化熔炉炉底存在大量高温熔渣和高温溶液，在高温条件下，溶液粘度降低，熔体冲刷和渗透能力变强，且易在传统耐火材料内部孔道处沉积，造成耐火材料物理化学性能的不连续性，热侵蚀的速度加快，工况条件较为复杂。传统炉衬材料多使用固相烧结制得镁铬质、镁铝质炉衬材料。传统镁铬质耐火材料具有良好的抗熔渣、抗侵蚀等特性，但抗冲刷性能弱，且Fe2O3含量高达7％-12％，熔渣中FeO、SiO2含量较高，因此，FeO与Fe2O3之间的分解、氧化过程会在传统耐火材料中频繁交替进行，甚至会有大量Fe3O4熔渣,这些熔渣沉积于炉底，造成炉底耐火材料受热不均匀，进而造成耐火材料的裂开乃至剥落。传统镁铝质炉衬材料具有相对良好的抗冲刷性，但无法较好地应对原料、熔渣、溶液的侵蚀，传统镁铝耐火材料中的MgO、Al2O3会向FeO-SiO2系熔渣中溶解，这些变化会严重破坏耐火材料结构。且传统的镁铬质、镁铝质耐火材料气孔率高，气孔孔径大，更易使这些熔渣与溶液迁移到耐火材料内部，与传统镁铝质或镁铬质耐火材料的组成物质发生反应，生成MgSO4等物质填充在耐火材料的气孔中。由于受到高温，MgSO4等又会再次分解形成MgO，如此往复，使得耐火材料的理化性质变得不再连续，降低了耐火材料的使用寿命。因此，需要针对传统耐火材料出现抗渗透、抗冲刷、抗侵蚀方面的问题，提出新的解决方案。
专利申请号为CN201410583333.1的发明专利公开了一种火法贵金属冶炼用柔韧性复合尖晶石锡耐火材料及其制备方法。该方法将致密刚玉砂、铬渣、镁砂、铬绿、电熔氧化锆、氧化锡及磷酸与草酸的混合溶液制作的结合剂混合，困料24h，在液压机上压成砖坯，在100-120℃条件下干燥不少于72h，在1650-1700℃下烧成，烧成时间150-180分钟，得到一种火法贵金属冶炼用柔韧性复合尖晶石锡耐火材料。该方法引入ZrO2与SnO2改变晶相，使得该耐火材料的抗熔渣渗透与侵蚀的能力得到增强。但同时，晶间存在细微裂纹，一定程度上，该裂纹提高了耐火材料的热震稳定性，但细微裂纹也可能会因为ZrO2与SnO2等的含量不当而扩大，从而对耐火材料的内部结构造成破坏，降低其使用寿命与高温性能。
专利申请号为CN201611160536.5的发明专利公开了一种有色冶炼用低气孔镁铬砖及其制备方法。该方法将电熔镁铬砂，铬精矿，镁砂、添加剂和混炼结合剂混炼，使用压力机制得砖坯，干燥后烧成并保温，再将镁铬砖置于压力容器中，在真空度为1000-1500Pa的条件下，加入纳米氧化铝悬浮液至完全淹没镁铬砖，接着加压浸渍处理，将浸渍后的镁铬砖微波干燥，得到产品低气孔镁铬砖。使用纳米氧化铝本意是降低气孔率，缩小气孔孔径，以减少溶液、熔渣对耐火材料的渗透与反应，但纳米氧化铝易与熔渣反应生成FeO-Al2O3尖晶石，使熔渣粘度增大，并在耐火材料中不均匀的积存，破坏耐火材料的结构，逐渐降低耐火材料的高温性能。
专利申请号为CN201710580820.6的发明专利公开了一种铜复合高性能镁铬砖及其制造方法。该方法首先将镁铬废砖破碎成粒，水化除去可溶性硫酸盐，干燥后细碎成颗粒料，按配方加入轻烧镁粉，铬精矿细粉，氧化铬，氧化铜粉，共磨混匀加工成粒度不大于0.088mm的粉料，压球或压坯，干燥后烧结，粗碎、细碎，加工制得不同粒度的铜复合镁铬合成砂，将其与铬精矿细粉与配方中所选用的电熔镁铬砂细粉(或电熔镁砂细粉)进行混合，加入结合剂亚硫酸纸浆废液混炼，最后加入粒度不大于0.088mm的粉料混炼，然后制砖、干燥、烧成，用CuSO4溶液进行真空浸渍处理，最后干燥制得镁铬砖。其使用CuSO4溶液浸渍，想要达到使用温度下生成CuO–Cu2O氧化还原体系熔融自封闭气孔的目的，使得耐火材料理化性质更为均匀，抗渗透能力更强，但引入的CuO–Cu2O氧化还原体系会与Fe2O3–FeO氧化还原体系共同作用于耐火材料，使得耐火材料上的反应更为频繁，损毁加剧。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明要解决的第一个技术问题是提供一种有色冶炼熔化炉炉底用耐火材料。
本发明要解决的第二个技术问题是提供有色冶炼熔化炉炉底用耐火材料的制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种有色冶炼熔化熔炉炉底用耐火材料，适用于有色冶炼熔化熔炉的炉底位置，所述耐火材料的组成成分为：铝铬共熔体、铝镁尖晶石、铁铝尖晶石和结合剂。
为了进一步改进技术方案，本发明所述耐火材料的组成成分重量份数为：铝铬共熔体60～70份；铝镁尖晶石15～25份；铁铝尖晶石5～15份；结合剂5～6份。
为了进一步改进技术方案，本发明所述结合剂为粘土、磷酸溶液、磷酸二氢铝溶液以及水的混合物。
为了进一步改进技术方案，本发明所述粘土、磷酸溶液、磷酸二氢铝溶液以及水的质量比例为3：3：3：1。
为了进一步改进技术方案，本发明所述铝铬共熔体、铝镁尖晶石和铁铝尖晶石的粒度分布区间为：5～3mm、3～1mm、1～0.1mm、180目以下、325目以下和5μ以下。
为了进一步改进技术方案，本发明所述铝铬共熔体、铝镁尖晶石和铁铝尖晶石的粒度按以下粒度及质量占比分配：
粒度5～3mm占上述三者组分总粒度质量比的20％；
粒度3～1mm占上述三者组分总粒度质量比的30％；
粒度1～0.1mm占上述三者组分总粒度质量比的10％；
粒度180目以下的细粉占上述三者组分总粒度质量比的20％；
粒度325目以下的细粉占上述三者组分总粒度质量比的15％；
粒度5μ以下的微粉占上述三者组分总粒度质量比的5％。
一种有色冶炼熔化熔炉炉底用耐火材料的制备方法，将铝铬共熔体、铝镁尖晶石和铁铝尖晶石按照粒度组成，按照先粗后细的原则，先在湿碾机里干混，待颗粒与细粉混合均匀后加粘土、磷酸溶液、磷酸二氢铝溶液以及水的质量比例为3：3：3：1的混合物作为结合剂，以630T～1000T的压力压制，成型为砖坯，将所得砖坯置于干燥器中，在200～250℃的温度环境下干燥24h～48h，然后将干燥后的砖坯置于高温隧道窑中进行烧制，烧制温度为1300～1500℃，在烧成温度条件下保温时间为6～8小时。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本技术方案使用铝铬共熔体、铝镁尖晶石、铁铝尖晶石作为原料。降低了MgO的含量，使得耐火材料中发生的关于MgO的溶解以及的反应大大减少，保证了耐火材料结构。铬铝制材料高温性能优良，抗冲刷能力较强，镁铝质耐火材料抗冲刷能力较好，铁铝尖晶石的加入则使耐火材料气孔率降低，抗渗透能力得到加强。本技术方案使用粘土、磷酸溶液、磷酸二氢铝溶液以及水作为结合剂，使得各种原料与结合剂相互渗透，耐火材料更为致密，有助于提升耐火材料的高温性能。
通过《GB/T 2997致密定形耐火制品体积密度、显气孔率和真气孔率试验方法》、《GB/T 3002高温抗折强度试验方法》、《GB/T 5072耐火材料常温耐压强度试验方法》给出的测试方法进行测试，发现本技术方案制得的有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料的显气孔率≤14％，说明耐火材料具有良好的抗渗透性能，1300℃×0.5h条件下的高温抗折强度≥16MPa,耐压强度≥180MPa，表明耐火材料具有良好的抗冲刷性能。通过本技术方案制得的耐火材料有色冶炼熔化熔炉炉底用耐火材料很好地满足了有色冶炼熔化熔炉炉底用耐火材料的使用环境的要求，使得使用寿命大大延长，避免了频繁修补、更换炉衬，节省了大量人力、财力。
具体实施方式
通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
实施例一
将60份铝铬共熔体、20份铝镁尖晶石和5份铁铝尖晶石按照粒度组成，按照先粗后细的原则，先在湿碾机里干混，待颗粒与细粉混合均匀后加5份质量比例为3：3：3：1的粘土、磷酸溶液、磷酸二氢铝溶液以及水的的混合物作为结合剂，以630T的压力压制，成型为砖坯，将所得砖坯置于干燥器中，在250℃的温度环境下干燥24h，然后将干燥后的砖坯置于高温隧道窑中进行烧制，烧制温度为1500℃，在烧成温度条件下保温时间为6小时。
实施例二
将63份铝铬共熔体、15份铝镁尖晶石和15份铁铝尖晶石按照粒度组成，按照先粗后细的原则，先在湿碾机里干混，待颗粒与细粉混合均匀后加5.5份质量比例为3：3：3：1的粘土、磷酸溶液、磷酸二氢铝溶液以及水的的混合物作为结合剂，以800T的压力压制，成型为砖坯，将所得砖坯置于干燥器中，在200℃的温度环境下干燥48h，然后将干燥后的砖坯置于高温隧道窑中进行烧制，烧制温度为1300℃，在烧成温度条件下保温时间为6小时。
实施例三
将70份铝铬共熔体、25份铝镁尖晶石和10份铁铝尖晶石按照粒度组成，按照先粗后细的原则，先在湿碾机里干混，待颗粒与细粉混合均匀后加6份质量比例为3：3：3：1的粘土、磷酸溶液、磷酸二氢铝溶液以及水的的混合物作为结合剂，以1000T的压力压制，成型为砖坯，将所得砖坯置于干燥器中，在230℃的温度环境下干燥36h，然后将干燥后的砖坯置于高温隧道窑中进行烧制，烧制温度为1400℃，在烧成温度条件下保温时间为8小时。
实施例四
将67份铝铬共熔体、22份铝镁尖晶石和8份铁铝尖晶石按照粒度组成，按照先粗后细的原则，先在湿碾机里干混，待颗粒与细粉混合均匀后加5份质量比例为3：3：3：1的粘土、磷酸溶液、磷酸二氢铝溶液以及水的的混合物作为结合剂，以1000T的压力压制，成型为砖坯，将所得砖坯置于干燥器中，在250℃的温度环境下干燥36h，然后将干燥后的砖坯置于高温隧道窑中进行烧制，烧制温度为1500℃，在烧成温度条件下保温时间为6小时。
上述实施例一～实施例四的组分重量份数如表1所示：
表1实施例一～实施例四中的组分重量份
组分 实施例一 实施例二 实施例三 实施例四
铝铬共熔体 60 63 70 67
铝镁尖晶石 20 15 25 22
铁铝尖晶石 5 15 10 8
结合剂 5 5.5 6 5
上述实施例一～实施例四中的有色冶炼熔化熔炉炉底用耐火材料的主要技术指标如表2所示：
表2实施例一～实施例四的理化指标
本发明未详述部分为现有技术。

Claims (7)

1.一种有色冶炼熔化熔炉炉底用耐火材料，适用于有色冶炼熔化熔炉的炉底位置，其特征是：所述耐火材料的组成成分为：铝铬共熔体、铝镁尖晶石、铁铝尖晶石和结合剂。
2.如权利要求1所述的有色冶炼熔化熔炉炉底用耐火材料，其特征是：所述耐火材料的组成成分重量份数为：铝铬共熔体60~70份；铝镁尖晶石15~25份；铁铝尖晶石5~15份；结合剂5~6份。
3.如权利要求1所述的有色冶炼熔化熔炉炉底用耐火材料，其特征是：所述结合剂为粘土、磷酸溶液、磷酸二氢铝溶液以及水的混合物。
4.如权利要求2所述的有色冶炼熔化熔炉炉底用耐火材料，其特征是：所述粘土、磷酸溶液、磷酸二氢铝溶液以及水的质量比例为3：3：3：1。
5.如权利要求1所述的有色冶炼熔化熔炉炉底用耐火材料，其特征是：所述铝铬共熔体、铝镁尖晶石和铁铝尖晶石的粒度分布区间为：5~3mm、3~1mm、1~0.1mm、180目以下、325目以下和5μ以下。
6.如权利要求5所述的有色冶炼熔化熔炉炉底用耐火材料，其特征是：所述铝铬共熔体、铝镁尖晶石和铁铝尖晶石的粒度按以下粒度及质量占比分配：
粒度5~3mm占上述三者组分总粒度质量比的20%；
粒度3~1mm占上述三者组分总粒度质量比的30%；
粒度1~0.1mm占上述三者组分总粒度质量比的10%；
粒度180目以下的细粉占上述三者组分总粒度质量比的20%；
粒度325目以下的细粉占上述三者组分总粒度质量比的15%；
粒度5μ以下的微粉占上述三者组分总粒度质量比的5%。
7.一种如权利要求1~6中的任一项所述的有色冶炼熔化熔炉炉底用耐火材料的制备方法，其特征是：将铝铬共熔体、铝镁尖晶石和铁铝尖晶石按照粒度组成，按照先粗后细的原则，先在湿碾机里干混，待颗粒与细粉混合均匀后加粘土、磷酸溶液、磷酸二氢铝溶液以及水的质量比例为3：3：3：1的混合物作为结合剂，以630T~1000T的压力压制，成型为砖坯，将所得砖坯置于干燥器中，在200~250℃的温度环境下干燥24h~48h，然后将干燥后的砖坯置于高温隧道窑中进行烧制，烧制温度为1300～1500℃，在烧成温度条件下保温时间为6～8小时。
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