CN112250423A - 一种防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖及其制备方法 - Google Patents

一种防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖，其原料包括镁橄榄石粉、镁砂粉、电熔镁铝尖晶石粉和造孔材料，所述镁砂粉、镁橄榄石粉的粒径d≤0.044mm，电熔镁铝尖晶石粉的粒径d≤0.088mm，造孔材料的粒径d≤0.3mm，所述镁橄榄石粉、镁砂粉、电熔镁铝尖晶石粉和造孔材料的质量比为：30~42：8~15：5~10：40~60。该制备方法的步骤是：S1、购入原料并将原料加工到所需的粒度；将造孔材料、结合剂加入到造粒机中进行造粒；S4、选取镁砂粉、镁橄榄石粉、电熔镁铝尖晶石粉和粒状的造孔材料一起投入到混合机中进行充分混合；S5、困料，然后放入混合机中进行二次混合；S6、机压成型然后装窑烧成。

Description

一种防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖及其制备方法。
背景技术
有色冶炼工业炉，根据不同的使用环境，需要选定具有独特使用功能的高强度隔热耐火材料。
例如大型的工业铝电解槽，首先槽底需要强保温,这样可减少电解槽底部热损失,降低炉底电压降、减少槽内沉淀、控制炉底上抬，延长阴极内衬的使用寿命,有利于生产的稳定和电流效率的提高。其次是槽底防渗层，槽底防渗层对延长阴极内衬使用寿命尤为重要。槽底防渗层位于隔热保温砖和耐火重质砖之间,其作用是防止电解质碱性物质和铝液穿过槽底防渗层后渗入保温层。现有技术常用氧化铝粉作为槽底防渗层，它可缓冲阴极炭块向上隆起的作用力,并可增强槽底部的保温能力,减少炉底热损失,同时也减少了阴极炭块上下面之间的温度梯度。
综上所述，现有技术的一般做法是在铝电解槽最底部先铺设一层一定厚度的硅酸钙板,其导热系数为0.05Cal/m·h·℃,可以大大增强电解槽底部的保温性能，其次在硅酸钙板上面再干铺设几层隔热保温砖，在每一层的隔热保温砖上表面用氧化铝粉干砌防渗层作为槽底防渗层以保证炉防渗，防止电解质碱性物质和铝液穿过槽底防渗层后渗入保温层，最后在槽底防渗层上方再砌几层重质耐火砖，再上就是干式防渗层。
氧化铝作为防渗层有其优点,也有不足之处。这是因为在生产过程中,电解槽槽壳的变形是不可避免的,而阴极内衬各部位必然会出现或多或少的相对位移，产生缝隙，而由于氧化铝流动性较好导致下渗,使阴极内衬的稳定性相应减弱,失去防渗层应有的作用。又由于NaF在850℃以下会结晶可能导致炭阴极材料发生体积膨胀,影响阴极内衬的寿命，所以阻挡槽底防渗层要保证炭块阴极材料的温度在850℃以上时还具有能够防Na与NaF等渗入到保温层的能力。
发明内容
本发明目的是针对上述问题，提供一种防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖及其制备方法。本发明的轻质隔热保温砖也具有一定的防渗作用，使本发明的电解槽槽底更加稳定，隔热效果更好，使用寿命更长。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖，其原料包括镁橄榄石粉、镁砂粉、电熔镁铝尖晶石粉和造孔材料，所述镁砂粉、镁橄榄石粉的粒径d≤0.044mm，电熔镁铝尖晶石粉的粒径d≤0.088mm，造孔材料的粒径d≤0.3mm，所述镁橄榄石粉、镁砂粉、电熔镁铝尖晶石粉和造孔材料的质量比为：30～42：8～15：5～10：40～60。
作为对上述技术方案的改进，所述造孔材料为石油焦粉、稻壳粉、锯末粉中的一种或二种以上的混合物。
作为对上述技术方案的改进，所述原料还包括结合剂，所述结合剂与原料中其它原料总合的质量比为3～8：100。
作为对上述技术方案的改进，所述结合剂为硅溶胶或糊精或MgCl2·6H2O。
作为对上述技术方案的改进，所述原料还包括结合剂外加剂，所述外加剂与原料中其它原料总合的质量比为5～6：100
作为对上述技术方案的改进，所述外加剂为轻烧镁砂微粉和镁铝尖晶石微粉的混合物，，所述轻烧镁砂微粉和镁铝尖晶石微粉的质量比为2：1。
作为对上述技术方案的改进，本发明并提供了一种防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖的制备方法，该制备方法的步骤是：
S1、购入各原料，化验检测后进行分类堆放备用；
S2、将镁砂粉、镁橄榄石粉、电熔镁铝尖晶石粉加工成所需要的粒度；将造孔材料中的石油焦粉、稻壳粉、锯末粉加工成所需的粒度，必要时对造孔材料进行烘干；
S3、将造孔材料、结合剂加入到造粒机中进行造粒，粒度d≤0.3mm，烘干后备用；
S4、按原料的质量比分别选取镁砂粉、镁橄榄石粉、电熔镁铝尖晶石粉和粒状的造孔材料，一起投入到混合机中进行充分混合；
S5、将混合的原料投放到保湿困料器中进行困料，然后放入混合机中进行二次混合；
S6、机压成型，然后放到自然环境中风干；
S7装窑烧成，然后出窑得到防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖成品。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
本发明采用镁橄榄石加防渗材料制作的新型碱性隔热保温砖用于槽底部的保温层，利用复相改性原理，添加防铝材料，三者兼顾。基本上满足：1、电解槽底部隔热保温；2、防止电解质碱性物质；3、铝液继续下渗。
这样在铝电解生产工艺中,所产生的Na与NaF蒸气和液体就很难再通过槽底炭块阴极材料渗入到下面的碱性隔热层，更不会导致隔热层隔热保温性能下降,铝电解槽热效率相对保障,使得铝电解槽工作状况更加良好。通过对隔热保温砖材料的改善，让其本身就可以防止电解质碱性物质和铝液继续下渗，成了铝电解槽底部最后阻挡层。
研发的新型高强度镁橄榄石隔热砖是根据碱性耐火材料复相改性原理，使砖在高温烧制过程中生成多种复合尖晶石，既具有隔热保温效果，同时也解决了碱性物质和金属铝液的渗透问题。产品不仅抗碱侵蚀，而且强度高，隔热保温性能好，不易炸裂，而且外观尺寸准确，满足施工要求，原材料丰富，价格低廉，不会对环境造成危害，属环保产品。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的制作流程示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
如图1所示，本实施例中的防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖，其原料包括镁橄榄石粉、镁砂粉、电熔镁铝尖晶石粉和造孔材料，所述镁砂粉、镁橄榄石粉的粒径d≤0.044mm，电熔镁铝尖晶石粉的粒径d≤0.088mm，造孔材料的粒径d≤0.3mm，所述镁橄榄石粉、镁砂粉、电熔镁铝尖晶石粉和造孔材料的质量比为：30～42：8～15：5～10：40～60。
所述造孔材料为石油焦粉、稻壳粉、锯末粉中的一种或二种以上的混合物。
所述原料还包括结合剂，所述结合剂与原料中其它原料总合的质量比为3～8：100。所述结合剂为硅溶胶或糊精或MgCl2·6H2O。
所述原料还包括结合剂外加剂，所述外加剂与原料中其它原料总合的质量比为5～6：100。所述外加剂为轻烧镁砂微粉和镁铝尖晶石微粉的混合物，所述轻烧镁砂微粉和镁铝尖晶石微粉的质量比为2：1。
本发明并提供了一种防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖的制备方法，该制备方法的步骤是：
S1、购入各原料，化验检测后进行分类堆放备用；
S2、将镁砂粉、镁橄榄石粉、电熔镁铝尖晶石粉加工成所需要的粒度；将造孔材料中的石油焦粉、稻壳粉、锯末粉加工成所需的粒度，必要时对造孔材料进行烘干；
S3、将造孔材料、结合剂加入到造粒机中进行造粒，粒度d≤0.3mm，烘干后备用；
S4、按原料的质量比分别选取镁砂粉、镁橄榄石粉、电熔镁铝尖晶石粉和粒状的造孔材料，一起投入到混合机中进行充分混合；
S5、将混合的原料投放到保湿困料器中进行困料，然后放入混合机中进行二次混合；
S6、机压成型，然后放到自然环境中风干；
S7装窑烧成，然后出窑得到防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖成品。
主要原料的理化性能指标如下：
Figure BDA0002746748350000061
原料的粒度要求和加工
1、镁橄榄石：我国镁橄榄石分布较广，天然原料产地主要有湖北省宜昌市、河南省南阳市、陕西省商南县等。在碱性耐火材料中,镁橄榄石熔点高,不水化,化学和矿物稳定性好,与大多数碱性耐火材料具有良好的相容性,导热率低(是纯氧化镁的1/3～1/4),因此,我们选择镁橄榄石制备高温隔热耐火材料。镁橄榄石矿中主要矿物相为镁橄榄石，但还有一定量的蛇纹石、滑石、玩火辉石等，为了使这些物质在烧结过程中能充分转化生成各类稳定的尖晶石，所以必须把镁橄榄石矿加工成比较细的粉，粒径主要集中在40μm左右，325目筛下料。
2、镁砂：加入使用镁砂的作用是增加配比中的MgO含量，与镁橄榄石生矿中其它成分在烧结过程中充分反应，形成各种尖晶石稳定高温相。同样加工成粒度325目的细粉。
3、电熔镁铝尖晶石加工成粒度200目细粉。
4、石油焦粉是用来作造孔剂材料的其中之一。该粉不与基体主材反应，灰分较小，石油焦也是不好烧掉，粒度要求较细，粒径小于0.074mm。
5、稻壳粉：稻壳粉也是造孔剂材料之一。粒度要求小于0.3mm，稻壳灰是稻壳粉燃尽后的残留物。
6、锯末粉：锯末粉是造孔剂材料的主要材料，价格便宜，来源广，但一定保证质量，不可混入其它物质，与稻壳一样，用特种的加工设备，使之加工成小于0.3mm的粒度，才能得到使用要求。
7、糊精：糊精是一种改性淀粉，用它作为增塑剂。一般是粉状，用时把它用水溶解成一定浓度的溶液。加入物料中使用后也会燃尽，亦具有造孔功能。
8、硅溶胶：硅溶胶是一种结合剂，是有一定浓度的溶液，在配料中可以作为硅源加入，亦是一种结合剂，可增加半成品强度。
9、MgCl2·6H2O俗称卤水，作为结合剂，可增加半成品强度，改善制品的烧结性能。
各材料的粒度要求
镁橄榄石粉 d≤0.044mm325目
镁砂粉 d≤0.044mm325目
电熔镁铝尖晶石粉 d≤0.088mm180目
锯木粉 d≤0.3mm50目
稻壳粉 d≤0.3mm50目
石油焦粉 d≤0.074mm200目
本产品新型防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖原料配比：
镁砂粉d≤0.044mm 8～15wt％
电熔镁铝尖晶石粉d≤0.044mm 5～10wt％
镁橄榄石粉d≤0.044mm 30～42wt％
造孔粒d≤0.3mm 40～60wt％
其中造孔粒各材料配比
锯木粉d≤0.2mm 10～25wt％
稻壳粉d≤0.3mm 10～20wt％
石油焦粉d≤0.074mm 5～15wt％
糊精一定浓度水溶液外加1.5～3.5wt％
硅溶胶一定浓度水溶液外加0.5～2.5wt％
外加剂外加1～5wt％
新型防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖的工艺优势：
1、镁橄榄石轻质隔热砖传统的工艺是采用泡沫注浆法或可塑拉坯法成型，本产品是直接采用机压半干法成型，砖坯半成品强度高，水分少，工艺过程好控制，易于大批量生产，不用烧后再加工。2、本产品没有加聚轻球,由于是没有加聚苯乙烯(EPS)等材料，燃烧时不产生一些高分子有机有毒物质，不造成环境污染，是环保绿色生产工艺。3、本产品的造孔剂是用多种燃烧物通过特殊的处理方式，以至于可以机压成型，方便生产，同时在烧结过程中可以充分燃尽，烧成裂纹好控制，微细气孔多，无污染，利废利用。4、本产品是通过高温烧成，温度1300～1500℃，在隧道窑烧制4～12h，主相是镁橄榄石(M2S)，还有多种尖晶石(MA、MF)和CMS等高熔点相，反应完全晶相稳定。
新型防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖的性能：
1、本产品气孔率高，微气孔分布均匀，高低温状态下隔热效果都好。体积密度为0.8g/cm3～1.2g/cm3之间，体积密度的需要可以通过调整配比达到。2、本产品采用小粒度造孔剂，适当的调大了产品烧后的收缩，烧结性能有所改变，所以强度大，常温耐压强度一般大于3.5MPa。3、本产品同等烧结温度下重烧线变化小于1％。4、本产品主要高温晶相M2S，还有MA、MF、CMS，属弱碱性高温材料，但其抗碱性物质碱性渣比较好。5、本产品通过添加了电熔尖晶石，以及材料中完全转化生成的高温尖晶石，都均匀分布在基质中，有利于阻止电解槽底金属铝液的进一步向下渗透，完好的保护槽底。
产品主要理化指标
项目 新型防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖
MgO％ ≥50
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>％ ≤4.5
SiO<sub>2</sub>％ ≤20
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>％ ≤5
显气孔率％ ≥50
体积密度g/cm<sup>3</sup> 0.8～1.2
常温耐压强度Mpa ≥3.5
重烧线变化(1350℃*6h)％ ≤1
热导率W/MK ≤0.5
产品的应用根据本产品的理化指标，完全可以代替其它轻质隔热砖，用于有色冶炼炉的保温层，更能体现碱性镁橄榄石质轻质隔热砖的优良性能，用于有色行业铝电解槽槽底保温层，不失保温功能，还能抗碱防渗，意义超大。

Claims (7)

1.一种防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖，其特征在于：其原料包括镁橄榄石粉、镁砂粉、电熔镁铝尖晶石粉和造孔材料，所述镁砂粉、镁橄榄石粉的粒径d≤0.044mm，电熔镁铝尖晶石粉的粒径d≤0.088mm，造孔材料的粒径d≤0.3mm，所述镁橄榄石粉、镁砂粉、电熔镁铝尖晶石粉和造孔材料的质量比为：30~42：8~15：5~10：40~60。
2.如权利要求1所述的防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖，其特征在于：所述造孔材料为石油焦粉、稻壳粉、锯末粉中的一种或二种以上的混合物。
3.如权利要求1所述的防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖，其特征在于：所述原料还包括结合剂，所述结合剂与原料中其它原料总合的质量比为3~8：100。
4.如权利要求3所述的防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖，其特征在于：所述结合剂为硅溶胶或糊精或MgCl2·6H2O。
5.如权利要求1所述的防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖，其特征在于：所述原料还包括结合剂外加剂，所述外加剂与原料中其它原料总合的质量比为5~6：100。
6.如权利要求1所述的防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖，其特征在于：所述外加剂为轻烧镁砂微粉和镁铝尖晶石微粉的混合物，所述轻烧镁砂微粉和镁铝尖晶石微粉的质量比为2：1。
7.一种防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖的制备方法，其特征在于：该制备方法的步骤是：
S1、购入各原料，化验检测后进行分类堆放备用；
S2、将镁砂粉、镁橄榄石粉、电熔镁铝尖晶石粉加工成所需要的粒度；将造孔材料中的石油焦粉、稻壳粉、锯末粉加工成所需的粒度，必要时对造孔材料进行烘干；
S3、将造孔材料、结合剂加入到造粒机中进行造粒，粒度d≤0.3mm，烘干后备用；
S4、按原料的质量比分别选取镁砂粉、镁橄榄石粉、电熔镁铝尖晶石粉和粒状的造孔材料，一起投入到混合机中进行充分混合；
S5、将混合的原料投放到保湿困料器中进行困料，然后放入混合机中进行二次混合；
S6、机压成型，然后放到自然环境中风干；
S7装窑烧成，然后出窑得到防渗高强镁橄榄石轻质隔热砖成品。
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