一种耐高温镁橄榄石型耐火材料的制备方法技术

一种耐高温镁橄榄石型耐火材料的制备方法，以镍铁渣为原料，以镁砂细粉为添加剂，通过同步调控[w(MgO)+w(FeO)]/[w(Al2O3)+w(Cr2O3)]＝10.50～13.57、w(MgO)/w(Cr2O3)＝34.90～48.12及w(MgO)/w(SiO2)＝1.19～1.61，外加结合剂，并通过控制1360℃～1450℃的焙烧温度，诱导镍铁渣的矿相重构，优化耐火(Mg2SiO4、MgO·Fe2O3、MgO·Al2O3、MgO·Cr2O3)晶型转变历程，从而提高耐火材料的耐火度，获得耐火材料的耐火度为1700～1800℃，并且还具有耐压强度高、体积密度大、显气孔率低的优点，可以完全满足耐火材料的工业需求。本发明专利技术具有资源利用率高、生产效率高、附加值高、环境友好、工艺易于控制、生产成本低等诸多优点。

Preparation method of forsterite refractory with high temperature resistance

A preparation method of high temperature resistant forsterite refractory material, nickel slag as raw material, with magnesia powder as additive, through the synchronous regulation of [w (MgO) +w (FeO)]/[w (Al2O3) +w (Cr2O3)] = 10.50 ~ 13.57, w (MgO) /w (Cr2O3) = 34.90 ~ 48.12 and W (MgO) / w (SiO2) = 1.19 ~ 1.61, plus the binder, and through the control of 1360 to 1450 DEG C calcination temperature, nickel iron ore phase induced reconstruction, optimization of refractory (Mg2SiO4, Fe2O3, MgO, MgO, Al2O3, MgO, Cr2O3) crystal transformation process, thereby improving refractories refractoriness, refractoriness refractory material obtained is 1700 to 1800 DEG C, and also has high compressive strength, volume density, apparent advantages of low porosity, can fully meet the demand of refractory industry. The invention has the advantages of high resource utilization, high production efficiency, high added value, environment friendly, easy process control, low production cost and so on.

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温镁橄榄石型耐火材料的制备方法
本专利技术属于耐火材料领域，具体涉及一种耐高温镁橄榄石型耐火材料的制备方法，尤其是涉及利用镍铁渣制备耐高温镁橄榄石型耐火材料的方法。
技术介绍
纯镁橄榄石理论上由57.1％的MgO和42.9％的SiO2组成，镁硅比为1.33。镁橄榄石是MgO～SiO2体系中最稳定的耐火相，熔点一般为1890℃，其晶体结构为斜方晶系，其中硅氧四面体为孤立分布，由镁离子按照镁氧八面体的方式相连构成，Mg～O键和Si～O键之间有着较强的键能，因此，镁橄榄石的整体结构比较稳定。镁橄榄石型耐火材料是以镁橄榄石(Mg2SiO4)作为主晶相，主晶相含量在65％～75％之间。镁橄榄石型耐火材料属弱碱性耐火材料，具有强度高、熔点高、化学和矿物稳定性好、热导率低，且与大多数的碱性耐火材料具有良好的相容性等特点，可部分代替镁砖，主要用作有色金属冶炼炉炉衬材料，炼钢转炉的安全衬，锻造加热炉和水泥窑的内衬材料，玻璃窑蓄热室格子砖等。现有的镁橄榄石型耐火材料耐火度1650～1700℃，耐压强度为22.6～51MPa，显气孔率为17.2～22.1％，体积密度为2.43～2.67g/cm3。然而对于耐火材料来说，普通耐火材料工业应用要求为耐火度为1580℃～1770℃，而对于目前的镁橄榄石耐火材料耐火度小于1700℃，因而现有的镁橄榄石耐火材料在应用上还是很受限制的。目前，作为镁橄榄石质耐火材料的原料主要有天然镁橄榄石和利用镁质与硅质原料合成镁橄榄石两种。由于天然镁橄榄石难以直接进行烧制耐火材料，且天然镁橄榄石中含有较多的铁、钙、铝等杂质，严重影响了其在冶金领域的应用。利用镁质与硅质原料合成镁橄榄石型耐火材料的原料主要包括直接利用纯物质合成和利用非纯物质合成两种，直接利用纯物质合成的镁橄榄石型耐火材料的原料性能高于天然原料，但是所需的条件比较苛刻，尤其是温度条件，不利于大规模生产。目前，国内外均有以镍铁渣、铁尾矿、硼泥、蛇纹石尾矿等非纯物质为原料，通过配加添加剂调节成分，生产出质量合格的镁橄榄石质耐火材料的例子。随着镁橄榄石型耐火材料在高温热工设备中的逐步展开应用，以冶金渣、尾矿等二次资源为原料，生产出质量合格且具有高性能参数的镁橄榄石质耐火材料，不仅可以降低耐火材料的生产成本，而且可以减小冶金渣的大量堆存给环境带来的不利影响，具有良好的经济效益、社会效益。近年来，随着红土镍矿火法冶炼镍铁合金规模逐步扩大，我国镍铁冶炼渣的年产量已达400万吨，且逐年增加。与其它冶金渣相比，镍铁渣排渣量大，每生产1吨的镍会产生6～16吨镍渣。由于其主要成分为镁、硅，同时含有Fe、Mg、Ni以及少量有害重金属元素(如Cr)，成分复杂，具有典型的氧化物渣相结构，回收处理难度大，因此，目前镍渣的利用率仅约为10％，已逐步成为冶金废渣处理的一大难题。目前，镍铁渣的处理方式主要以堆存和填埋为主，其资源化利用主要集中于将镍铁渣用于井下充填、建材原料、合成聚合物、制备耐火纤维、回收有价金属、制备隔热砖等方面。简单的堆存、填埋不仅占用了大量的土地资源，还带来了严重的环境污染，不利用镍铁冶炼的可持续发展。而镍铁渣中镁、硅含量高，钙含量低，活性低，导致其在井下充填、建材原料、合成聚合物等方面的应用受到很大限制，镍铁渣的使用量小，附加价值低。针对镍铁渣镁、硅含量高，以及物相组成主要为镁铁橄榄石的特点，学者开始研究利用其制备镁橄榄石耐火材料。专利CN201510619761.X公开了一种基于镍铁渣的镁橄榄石轻质隔热砖及其制备方法，镍铁渣、轻烧镁砂细粉、碳酸镁细粉、硅微粉为原料，以二氧化钛微粉、氧化锆微粉和炭黑为添加剂，在500～700℃条件下保温4～8h，然后在1300～1550℃的条件下保温2～6h，制备得镁橄榄石轻质耐火材料。该方法较好地利用了镍铁渣的成分和物相特点，镍铁渣的配加量可达75％，资源利用率高，然而，该工艺采用两段保温过程，添加剂成分复杂，生产时间长，耐压强度仅为5.5～8.5MPa,，负荷软化点≤1380℃，其性能基本还无法满足实际的应用。专利CN106810281A公开了一种利用镍铁渣制备得到的镁橄榄石耐火砖的制备方法，以镍铁渣、镁砂作为原料，外加水和结合剂，通过调控各组分的质量比，在1200～1350℃焙烧2～3.5h获得镁橄榄石耐火材料，该方法可控性好、工艺简单、生产成本低、资源利用率高、环境友好，所制备的材料耐压强度高，然而其耐火度≤1680℃，仍然大幅限制了其在高温环镜下的应用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种耐高温镁橄榄石型耐火材料的制备方法，通过调控组成比例诱导镍铁渣的矿相重构，获得了耐火度1700℃～1800℃的耐火材料，大幅拓宽了其工业应用。本专利技术一种耐高温镁橄榄石型耐火材料的制备方法，包括如下步骤：将镍铁渣、镁砂、结合剂混合均匀，压制成型，干燥处理；处理后进行焙烧，焙烧完成即得到镁橄榄石型耐火材料；所述镍铁渣中含有Cr2O3；所述焙烧温度为1360℃～1450℃；混合均匀后混合物中组分的质量比的关系为：[w(MgO)+w(FeO)]/[w(Al2O3)+w(Cr2O3)]＝10.50～13.57；w(MgO)/w(Cr2O3)＝34.90～48.12；w(MgO)/w(SiO2)＝1.19～1.61；所述的镁橄榄石型耐火材料耐火度为1700℃～1800℃。其中w(MgO)为混合物中MgO的质量百份含量，w(FeO)为混合物中FeO的质量百份含量，w(Al2O3)为混合物中Al2O3的质量百份含量，w(Cr2O3)为混合物中Cr2O3的质量百份含量，w(SiO2)为混合物中SiO2的质量百份含量。优选的，本专利技术一种耐高温镁橄榄石型耐火材料的制备方法，混合均匀后混合物中组分的质量比的关系为：[w(MgO)+w(FeO)]/[w(Al2O3)+w(Cr2O3)]＝10.97～12.62；w(MgO)/w(Cr2O3)＝40.69～44.39；w(MgO)/w(SiO2)＝1.19～1.50。进一步的优选方案为，本专利技术一种耐高温镁橄榄石型耐火材料的制备方法，混合均匀后混合物中组分的质量比的关系为：[w(MgO)+w(FeO)]/[w(Al2O3)+w(Cr2O3)]＝10.97；w(MgO)/w(Cr2O3)＝40.69；w(MgO)/w(SiO2)＝1.38。在实际应用中，此优选方案，用于耐火度高的工况环境。进一步的优选方案或为，本专利技术一种耐高温镁橄榄石型耐火材料的制备方法，混合均匀后混合物中组分的质量比的关系为：[w(MgO)+w(FeO)]/[w(Al2O3)+w(Cr2O3)]＝12.62；w(MgO)/w(Cr2O3)＝44.39；w(MgO)/w(SiO2)＝1.50。在实际应用中，此优选方案，用于所需耐压强度高的工况环境。本专利技术一种耐高温镁橄榄石型耐火材料的制备方法，所述镍铁渣按质量百分比计其成分如下：SiO2含量为44.02～48.67wt％，MgO含量为27.63～31.55wt％，FeO含量为7.29～12.84wt％，Al2O3含量3.86～5.93wt％，Cr2O3含量为2.08～3.14wt％，余量为杂质。本专利技术一种耐高温镁橄榄石型耐火材料的制备方法，所述镁砂中氧化镁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐高温镁橄榄石型耐火材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将镍铁渣、镁砂、结合剂混合均匀，压制成型，干燥处理；处理后进行焙烧，焙烧完成即得到镁橄榄石型耐火材料；所述镍铁渣中含有Cr2O3；所述焙烧温度为1360℃～1450℃；混合均匀后混合物中组分的质量比的关系为：[w(MgO)+w(FeO)]/[w(Al2O3)+w(Cr2O3)]＝10.50～13.57；w(MgO)/w(Cr2O3)＝34.90～48.12；w(MgO)/w(SiO2)＝1.19～1.61；所述镁橄榄石型耐火材料的耐火度为1700℃～1800℃。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温镁橄榄石型耐火材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将镍铁渣、镁砂、结合剂混合均匀，压制成型，干燥处理；处理后进行焙烧，焙烧完成即得到镁橄榄石型耐火材料；所述镍铁渣中含有Cr2O3；所述焙烧温度为1360℃～1450℃；混合均匀后混合物中组分的质量比的关系为：[w(MgO)+w(FeO)]/[w(Al2O3)+w(Cr2O3)]＝10.50～13.57；w(MgO)/w(Cr2O3)＝34.90～48.12；w(MgO)/w(SiO2)＝1.19～1.61；所述镁橄榄石型耐火材料的耐火度为1700℃～1800℃。2.根据权利要求1所述的一种耐高温镁橄榄石型耐火材料的制备方法，其特征在于，混合均匀后混合物中组分的质量比的关系为：[w(MgO)+w(FeO)]/[w(Al2O3)+w(Cr2O3)]＝10.97～12.62；w(MgO)/w(Cr2O3)＝40.69～44.39；w(MgO)/w(SiO2)＝1.19～1.50。3.根据权利要求1所述的一种耐高温镁橄榄石型耐火材料的制备方法，其特征在于，混合均匀后混合物中组分的质量比的关系为：[w(MgO)+w(FeO)]/[w(Al2O3)+w(Cr2O3)]＝10.97；w(MgO)/w(Cr2O3)＝40.69；w(MgO)/w(SiO2)＝1.38。4.根据权利要求1所述的一种耐高温镁橄榄石型耐火材料的制备方法，其特征在于，混合均匀后混合物中组分的质量比的关系为：[...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志伟，李光辉，姜涛，古佛全，张元波，饶明军，林小龙，颜加兴，李志忠，范晓慧，郭宇峰，杨永斌，李骞，徐斌，杨凌志，易凌云，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43