轻量化方镁石-镁铁铝复合尖晶石耐火材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种轻量化方镁石‑镁铁铝复合尖晶石耐火材料及其制备方法。其技术方案是：以10～22wt％、25～41wt％和15～31wt％的粒径依次为3～5mm、1～2.8mm和0.1～0.8mm的多孔方镁石‑镁铁铝复合尖晶石陶瓷颗粒为骨料，以4～8wt％的粒径小于0.074mm的多孔方镁石‑镁铁铝复合尖晶石陶瓷细粉、15～27wt％的镁砂细粉为基质，以骨料与基质之和为原料。先将骨料置于搅拌锅中，搅拌，再外加原料3～8wt％的亚硫酸纸浆溶液，搅拌，再加入基质，搅拌，成型，干燥，在1520～1620℃保温，冷却，即得轻量化方镁石‑镁铁铝复合尖晶石耐火材料。本发明专利技术所制制品具有导热系数低、微结构分布均匀、挂窑皮性能好、抗侵蚀性能好的特点，能应用于第二代新型水泥回转窑。

Lightweight magnesia magnesium iron aluminum composite spinel refractories and their preparation

【技术实现步骤摘要】
轻量化方镁石-镁铁铝复合尖晶石耐火材料及其制备方法
本专利技术属于方镁石-镁铁铝复合尖晶石耐火材料
尤其涉及一种轻量化方镁石-镁铁铝复合尖晶石耐火材料及其制备方法。
技术介绍
氧化镁基碱性耐火材料具有抗热震性能好、挂窑皮性能好、抗侵蚀能力强的特点，广泛用于水泥回转窑的烧成带。但传统氧化镁基耐火材料为致密材料，体积密度大，导热系数高，在水泥生产过程中窑内大量的热量通过耐火材料内衬散热而损失，导致水泥回转窑筒体温度过高；同时，耐火材料大的体积密度也会造成水泥回转窑筒体过重；这些不仅造成能源的过度消耗，还会对安全生产造成隐患。因此，有必要发展轻量化氧化镁基碱性耐火材料。与此同时，随着城镇化、城市工业化和现代化战略的稳步推进，城市生活垃圾以及废弃物给城市周边环境带来了巨大压力。生活垃圾以及废弃物中存在大量有机物，这些有机物作为替代燃料使用时，既能节约能源，又能合理有效地处理生活垃圾以及废弃物。但替代燃料燃烧后会增加窑内盐碱和重金属氧化物含量，对水泥回转窑内耐火材料产生更强的化学侵蚀，这将对现有水泥回转窑烧成带用耐火材料、特别是轻量化耐火材料的性能提出更加严峻的挑战。目前，关于轻量化氧化镁基碱性耐火材料已有报道。如“轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料及其制备方法”(CN201710632853.0)专利技术，以多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷材料等为原料，制备了轻量化方镁石-镁铝尖晶石耐火材料，但是其使用的菱镁矿品位较高(MgO含量44～50wt％)，成本较高，而且制品的挂窑皮性能较差。又如“轻量化方镁石-铁铝尖晶石耐火材料及其制备方法”(CN201710631762.5)专利技术，以多孔方镁石-镁铝尖晶石陶瓷材料和铁铝尖晶石-刚玉复合细粉为原料，制得了轻量化方镁石-铁铝尖晶石耐火材料，但该技术使用的菱镁矿品位较高(MgO含量44～50wt％)，且铁铝尖晶石中铁离子在基于替代燃料水泥回转窑的富氧环境中极不稳定，应用于第二代新型干法水泥回转窑时极易损毁，而且在高温条件下，与水泥熟料反应形成液相粘结水泥熟料和耐火材料的铁铝尖晶石相只分布在制品的基质中，使得制品中物相分布不均匀，导致制品挂窑皮性能有限。又如“一种镁质轻量耐火材料及其制备方法”(CN201610172528.6)专利技术，采用氧化镁碳热还原输运氧化法结合反应烧结法虽制得镁质轻量耐火材料，但其烧成气氛控制严苛，所得制品表面致密、内部疏松和物相种类单一，表面致密层损毁后内部疏松的多孔结构与侵蚀介质接触，制品会受到严重侵蚀，难以满足基于替代燃料水泥回转窑的使用。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有的技术缺陷，目的是提供一种成本低廉的轻量化方镁石-镁铁铝复合尖晶石耐火材料的制备方法，用该方法制得的制品导热系数低、微结构分布均匀、挂窑皮性能好、抗侵蚀能力强，能应用于第二代新型干法水泥回转窑。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案的步骤是：第一步、多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷颗粒和多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷细粉的制备先将低品位高铁菱镁矿细粉以5～10℃/min的速率升温至500～700℃，保温1～3小时；再以3～8℃/min的速率升温至1000～1200℃，保温3～7小时，冷却，得到方镁石-橄榄石复合粉体。以67～80wt％的所述方镁石-橄榄石复合粉体、0.7～4wt％的氧化铁粉、10～23wt％的铝溶胶和5.5～10.9wt％的氢氧化铝微粉为原料，将所述原料中的方镁石-橄榄石复合粉体与氢氧化铝微粉预混，得到预混料Ⅰ，同时将所述原料中的氧化铁粉与铝溶胶预混，得到预混料Ⅱ，再将所述预混料Ⅰ和所述预混料Ⅱ置于真空搅拌机中，抽真空至2.0～3.0kPa，搅拌15～25分钟，然后在常压和110℃～180℃条件下保温5～9h，冷却，得到混合粉体。将所述混合粉体在50～100MPa条件下机压成型，在110℃～150℃条件下干燥12～36h；然后以3～8℃/min的速率升温至500～800℃，保温2～4h，再以3～8℃/min的速率升温至1550～1600℃，保温3～5h，随炉冷却，得到多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷。将所述多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷破碎，筛分，分别得到粒径为3～5mm的多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷颗粒、粒径为1～2.8mm的多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷颗粒、粒径为0.1～0.8mm的多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷颗粒和粒径小于0.074mm的多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷细粉。所述多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷：显气孔率为25～42％；体积密度为1.95～2.50g/cm3；平均孔径为850nm～10μm；物相组成为方镁石和镁铁铝复合尖晶石，所述镁铁铝复合尖晶石的分子式为MgFe0.2Al1.8O4。第二步、轻量化方镁石-镁铁铝复合尖晶石耐火材料的制备以10～22wt％的粒径为3～5mm的多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷颗粒、25～41wt％的粒径为1～2.8mm的多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷颗粒和15～31wt％的粒径为0.1～0.8mm的多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷颗粒为骨料，以4～8wt％的粒径小于0.074mm的多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷细粉、15～27wt％的镁砂细粉为基质，所述骨料和所述基质之和为原料。先将所述骨料置于搅拌器内，混合均匀，加入所述原料3～8wt％的亚硫酸纸浆废液，混合均匀，再加入所述基质，混合均匀；在100～150MPa条件下机压成型，在110℃条件下干燥12～36h，然后以3～8℃/min的速率升温至1520～1620℃，保温3～8小时，冷却，制得轻量化方镁石-镁铁铝复合尖晶石耐火材料。所述低品位高铁菱镁矿细粉的粒径小于0.088mm；所述低品位高铁菱镁矿细粉：MgO含量为42～44wt％，Fe2O3含量为0.8～2.4wt％，SiO2含量小于0.8wt％，CaO含量小于0.8wt％。所述氧化铁粉的粒径小于10μm；所述氧化铁粉中粒径小于500nm为氧化铁粉5～10wt％；所述氧化铁粉的Fe2O3含量大于96wt％。所述氢氧化铝微粉的粒径小于10μm；所述氢氧化铝微粉的Al2O3含量为60～66wt％。所述铝溶胶的固含量为20～30wt％；所述铝溶胶的Al2O3含量为10～15wt％。所述镁砂细粉的粒径小于0.088mm，所述镁砂细粉的MgO含量大于96wt％。由于采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比具有如下积极效果：(1)本专利技术主要采用低品位高铁菱镁矿为原料，成本低廉。目前，国内低品位菱镁矿的使用大多通过除杂提纯等方法来制备高品质镁质原料，工艺繁琐，耗费较大，利用率低。本专利技术采用氧化铁粉、氢氧化铝微粉和铝溶胶对低品位高铁菱镁矿细粉进行调质处理，调控材料的孔结构，用低品位高铁菱镁矿制备了轻量化方镁石-镁铁铝复合尖晶石耐火材料，不仅可以缓解优质菱镁矿资源短缺和低品位菱镁矿资源利用率低的窘迫形势，使成本较低，也可以降低水泥回转窑筒体的质量，减小导热系数，节煤节电。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轻量化方镁石-镁铁铝复合尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：/n第一步、多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷颗粒和多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷细粉的制备/n先将低品位高铁菱镁矿细粉以5～10℃/min的速率升温至500～700℃，保温1～3小时；再以3～8℃/min的速率升温至1000～1200℃，保温3～7小时，冷却，得到方镁石-橄榄石复合粉体；/n以67～80wt％的所述方镁石-橄榄石复合粉体、0.7～4wt％的氧化铁粉、10～23wt％的铝溶胶和5.5～10.9wt％的氢氧化铝微粉为原料，将所述原料中的方镁石-橄榄石复合粉体和氢氧化铝微粉预混，得到预混料Ⅰ，同时将所述原料中的氧化铁粉与铝溶胶预混，得到预混料Ⅱ，再将所述预混料Ⅰ和所述预混料Ⅱ置于真空搅拌机中，抽真空至2.0～3.0kPa，搅拌15～25分钟，然后在常压和110℃～180℃条件下保温5～9h，冷却，得到混合粉体；/n将所述混合粉体在50～100MPa条件下机压成型，在110℃～150℃条件下干燥12～36h；然后以3～8℃/min的速率升温至500～800℃，保温2～4h，再以3～8℃/min的速率升温至1550～1600℃，保温3～5h，随炉冷却，得到多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷；/n将所述多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷破碎，筛分，分别得到粒径为3～5mm的多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷颗粒、粒径为1～2.8mm的多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷颗粒、粒径为0.1～0.8mm的多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷颗粒和粒径小于0.074mm的多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷细粉；/n所述多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷：显气孔率为25～42％；体积密度为1.95～2.50g/cm...

【技术特征摘要】
1.一种轻量化方镁石-镁铁铝复合尖晶石耐火材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：
第一步、多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷颗粒和多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷细粉的制备
先将低品位高铁菱镁矿细粉以5～10℃/min的速率升温至500～700℃，保温1～3小时；再以3～8℃/min的速率升温至1000～1200℃，保温3～7小时，冷却，得到方镁石-橄榄石复合粉体；
以67～80wt％的所述方镁石-橄榄石复合粉体、0.7～4wt％的氧化铁粉、10～23wt％的铝溶胶和5.5～10.9wt％的氢氧化铝微粉为原料，将所述原料中的方镁石-橄榄石复合粉体和氢氧化铝微粉预混，得到预混料Ⅰ，同时将所述原料中的氧化铁粉与铝溶胶预混，得到预混料Ⅱ，再将所述预混料Ⅰ和所述预混料Ⅱ置于真空搅拌机中，抽真空至2.0～3.0kPa，搅拌15～25分钟，然后在常压和110℃～180℃条件下保温5～9h，冷却，得到混合粉体；
将所述混合粉体在50～100MPa条件下机压成型，在110℃～150℃条件下干燥12～36h；然后以3～8℃/min的速率升温至500～800℃，保温2～4h，再以3～8℃/min的速率升温至1550～1600℃，保温3～5h，随炉冷却，得到多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷；
将所述多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷破碎，筛分，分别得到粒径为3～5mm的多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷颗粒、粒径为1～2.8mm的多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷颗粒、粒径为0.1～0.8mm的多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷颗粒和粒径小于0.074mm的多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷细粉；
所述多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷：显气孔率为25～42％；体积密度为1.95～2.50g/cm3；平均孔径为850nm～10μm；物相组成为方镁石和镁铁铝复合尖晶石，所述镁铁铝复合尖晶石的分子式为MgFe0.2Al1.8O4；
第二步、轻量化方镁石-镁铁铝复合尖晶石耐火材料的制备
以10～22wt％的粒径为3～5mm的多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷颗粒、25～41wt％的粒径为1～2.8mm的多孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷颗粒和15～31wt％的粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：鄢文，鄢俊杰，戴亚洁，施丹·夏弗纳，李亚伟，陈哲，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42