專利名稱：一種方鎂石－鐵鋁尖晶石磚及其制備方法
技術領域：
本發明屬于耐火材料技術領域，具體涉及一種金屬塑性相結合原位反應燒成的方鎂石—鐵鋁尖晶石磚及其制備方法。
背景技術：
水泥回轉窯長期使用鎂鉻磚作為高溫帶窯襯。使用中，磚中的部分鉻會從Cr3+轉變為劇毒和制癌的Cr6+，從而破壞環境和威脅人民的健康。隨著人們環保意識的不斷增強，研制水泥窯用無鉻堿性磚勢在必行。近年國內外在尋找鎂鉻磚的替代材料方面作了大量工作，但效果均不理想。其替代材料主要為白云石質耐火材料和鎂鋁尖晶石質耐火材料。白云石質耐火材料盡管抗熱震性、耐侵蝕性好，掛窯皮性強，但十分容易水化；鎂鋁尖晶石質耐火材料同樣抗熱震性、耐侵蝕性優良，但不易掛窯皮。
2003年法國雷法集團研究發現，將預先合成的鐵鋁尖晶石引入到無鉻堿性磚中，能夠顯著提高窯皮的附著性，該制品具有較高的耐火度，良好的抗堿、硫、氯和熟料等侵蝕能力和抗熱震性。因此，鐵鋁尖晶石是鎂鉻磚工業替代材料中希望最大的一種材料。
鐵鋁尖晶石在自然界中存在極少，一般可采用電熔法和燒結法合成鐵鋁尖晶石。比如，以Al2O3和鐵為原料合成鐵鋁尖晶石原料(Journal of Magnetism and Magnetic Materials，2003，264264-274)；機械化學合成鐵鋁尖晶石法，即用行星磨將鋁和Fe3O4研磨一定時間，然后在1200℃下氬氣氣氛中反應合成(Materials Chemistry and Physics，2002，76104-109)；“一種合成鐵鋁尖晶石及其制備方法”(CN200510019267.6)采用Al(OH)3、Al2O3·H2O的含鋁化合物與粒度為180目的Fe2O3、FeO的含鐵化合物混合，在埋碳氣氛中燒結合成。
在制磚方面，以特級礬土、鐵鱗和石墨為原料，采用反應燒結法預先合成了鐵鋁尖晶石，然后再與鎂砂混合制磚(劉會林等，耐火材料，2003，37(6)333-335)。中國專利1378997A使用Fe2O3/Al2O3＝3∶7～2∶6，MgO含量為20～60％的鎂鐵復合尖晶石砂原料制磚。中國專利1378992A使用或Fe2O3/Al2O3＝0∶10～6∶4，MgO含量為～100～85％單一均質原料制磚。中國專利03111675.2使用鎂鐵砂和含Cr2O3和含ZrO2的原料制磚。
上述這些都是合成鐵鋁尖晶石熟料，或再以這種熟料與鎂砂混合制磚。其缺點是工藝復雜，能耗大，而且磚的致密度也不高。
發明內容
本發明的目的是提供一種工藝簡單、能耗低、原位生成的方鎂石—鐵鋁尖晶石磚的制備方法，所制備的方鎂石—鐵鋁尖晶石磚致密度高。
為實現上述目的，本發明采用的技術方案是先將40～96wt％的鎂砂、2～17wt％的Al2O3、0～50wt％的鐵鋁尖晶石或鎂鋁尖晶石、0.2～10wt％的Fe、0～10wt％的Fe2O3混合，外加2～8wt％的亞硫酸紙漿廢液，再進行混練、成型、干燥，然后在1000～2000℃條件下原位反應燒成。
其中鎂砂顆粒級配是，5～0.088mm為24～76wt％、0.088～0mm為16～20wt％；鐵鋁尖晶石或鎂鋁尖晶石顆粒級配是，5～0.088mm為0～30wt％、0.088～0mm為0～20wt％；Fe、Fe2O3、Al2O3的粒度均為0.088～0mm；成型壓力為50～300MPa。
由于采用上述技術方案，本發明利用金屬鐵優良的延展性和塑性，將含金屬鐵的物料與Al2O3、鎂砂、鐵鋁尖晶石或鎂鋁尖晶石料混合，在燒成中原位化學反應生成鐵鋁尖晶石和含鐵鋁尖晶石的尖晶石固溶體。所生產的方鎂石—鐵鋁尖晶石磚工藝簡單，節約能源；在成型壓力作用下，通過金屬相塑性相變，在磚坯中形成金屬結合。因此，磚坯體積密度大、強度高。
具體實施例方式
實施例1 一種方鎂石—鐵鋁尖晶石磚及其制備方法先將76～84wt％的鎂砂、10～17wt％的Al2O3、5～10wt％的Fe混和，外加3wt％亞硫酸紙漿廢液結合劑，再進行混練、成型、干燥，然后在1300～1600℃條件下原位反應燒成。
在本實施例1中鎂砂的顆粒級配是，5～0.088mm為56～60wt％、0.088～0mm為20～24wt％；Fe和Al2O3的粒度為0.088～0mm；成型壓力為150～250MPa。
本實施例1所制備的磚坯體積密度為3.15g/cm3以上，燒成后主要物理性能為體積密度3.13g/cm3以上、顯氣孔率14～16％、耐壓強度60～70MPa、線變化率0.2～0.6％。XRD檢測結果為主晶相為方鎂石，還檢測出FeAl2O4和MgFe2O4，MgAl2O4的固溶體，還有少量Fe2O3和Fe3O4。
實施例2一種方鎂石—鐵鋁尖晶石磚及其制備方法先將70～82wt％的鎂砂、10～17wt％的Al2O3、0.5～6wt％的Fe、5～10wt％的Fe2O3混合，外加3wt％亞硫酸紙漿廢液結合劑，再進行混練、成型、干燥，然后在1350～1650℃條件下原位反應燒成。
在本實施例2中鎂砂顆粒級配是，5～0.088mm為53～58wt％、0.088～0mm為17～24wt％；Fe、Fe2O3和Al2O3的粒度均為0.088～0mm；成型壓力為100～300MPa。
本實施例2所制備的磚坯體積密度為3.14g/cm3以上，燒成后主要物理性能為體積密度3.15g/cm3以上、顯氣孔率15～18％、耐壓強度55～60MPa、線變化率0.3～0.9％。XRD檢測結果為主晶相為方鎂石，還檢測出FeAl2O4和MgFe2O4，MgAl2O4的固溶體，還有少量Fe2O3和Fe3O4。
實施例3一種方鎂石—鐵鋁尖晶石磚及其制備方法先將55～70wt％的鎂砂、5～14wt％的Al2O3、10～25wt％的鐵鋁尖晶石、0.5～7wt％的Fe混合，外加3wt％亞硫酸紙漿廢液結合劑，再進行混練、成型、干燥，然后在1300～1600℃條件下原位反應燒成。
其中鎂砂顆粒級配是，5～0.088mm為30～35wt％、0.088～0mm為25～35wt％；Fe和Al2O3的粒度為0.088～0mm；鐵鋁尖晶石的顆粒級配是，5～0.088mm為5～15wt％，0.088～0mm為5～10wt％，成型壓力為150～250MPa。
本實施例3所制備的磚坯體積密度為3.15g/cm3以上，燒成后主要物理性能為體積密度3.18g/cm3以上、顯氣孔率14～16％、耐壓強度55～95MPa、線變化率0.1～0.5％。XRD檢測結果為主晶相為方鎂石、鐵鋁尖晶石，同時檢測出FeAl2O4和MgFe2O4、MgAl2O4的固溶體，還有少量Fe2O3和Fe3O4。
實施例4一種方鎂石—鐵鋁尖晶石磚及其制備方法先將40～60wt％的鎂砂、15～30wt％的Al2O3、10～25wt％的鎂鋁尖晶石、0.5～5wt％的Fe和1～8wt％的Fe2O3混合，外加3wt％亞硫酸紙漿廢液結合劑，再進行混練、成型、干燥，然后在1300～1600℃條件下原位反應燒成。
其中鎂砂顆粒級配是，5～0.088mm為25～35wt％、0.088～0mm為15～25wt％；Fe、Fe2O3、Al2O3的粒度為0.088～0mm；鎂鋁尖晶石顆粒級配是，5～0.088mm為5～15wt％、0.088～0mm為5～10wt％，成型壓力為150～250MPa。
本實施例4所制備的磚坯體積密度為3.14g/cm3以上，燒成后主要物理性能為體積密度3.16g/cm3以上、顯氣孔率14～16％、耐壓強度55～85MPa、線變化率0.1～0.5％。XRD檢測結果為主晶相為方鎂石、鎂鋁尖晶石，同時檢測出FeAl2O4和MgFe2O4、MgAl2O4的固溶體，還有少量Fe2O3和Fe3O4。
實施例5一種方鎂石—鐵鋁尖晶石磚及其制備方法先將40～60wt％的鎂砂、5～14wt％的Al2O3、30～50wt％的鐵鋁尖晶石、0.5～7wt％的Fe混合，外加3wt％亞硫酸紙漿廢液結合劑，再進行混練、成型、干燥，然后在1300～1600℃條件下原位反應燒成。
其中鎂砂顆粒級配是，5～0.088mm為25～35wt％、0.088～0mm為15～25wt％；Fe粉和Al2O3的粒度為0.088～0mm；鐵鋁尖晶石的顆粒級配是，5～0.088mm為15～30wt％，0.088～0mm為15～20wt％，成型壓力為150～250MPa。
本實施例5所制備的磚坯體積密度為3.18g/cm3以上，燒成后主要物理性能為體積密度3.17g/cm3以上、顯氣孔率14～15％、耐壓強度55～90MPa、線變化率0.1～0.3％。XRD檢測結果為主晶相為方鎂石、鐵鋁尖晶石，同時檢測出FeAl2O4和MgFe2O4、MgAl2O4的固溶體，還有少量Fe2O3和Fe3O4。
實施例6一種方鎂石—鐵鋁尖晶石磚及其制備方法先將40～60wt％的鎂砂、5～10wt％的Al2O3、30～48wt％的鎂鋁尖晶石、0.5～5wt％的Fe和1～8wt％的Fe2O3混合，外加3wt％亞硫酸紙漿廢液結合劑，再進行混練、成型、干燥，然后在1300～1600℃條件下原位反應燒成。
其中鎂砂顆粒級配是，5～0.088mm為25～35wt％、0.088～0mm為15～25wt％；Fe粉和Fe2O3和Al2O3的粒度為0.088～0mm；鎂鋁尖晶石顆粒級配是，5～0.088mm為20～30wt％、0.088～0mm為10～18wt％，成型壓力為150～250MPa。
本實施例6所制備的磚坯體積密度為3.16g/cm3以上，燒成后主要物理性能為體積密度3.20g/cm3以上、顯氣孔率14～16％、耐壓強度60～95MPa、線變化率0.1～0.4％。XRD檢測結果為主晶相為方鎂石、鎂鋁尖晶石，同時檢測出FeAl2O4和MgFe2O4、MgAl2O4的固溶體，還有少量Fe2O3和Fe3O4。
本
具體實施例方式
利用金屬鐵優良的延展性和塑性，將含金屬鐵的物料與含Al2O3的原料、鎂砂、鐵鋁尖晶石或鎂鋁尖晶石料混合，在燒成中原位化學反應生成鐵鋁尖晶石和含鐵鋁尖晶石的尖晶石固溶體。所生產的方鎂石—鐵鋁尖晶石磚工藝簡單，節約能源；在成型壓力作用下，通過金屬相塑性相變，在磚坯中形成金屬結合，因此，磚坯體積密度大、強度高。
權利要求
1.一種方鎂石-鐵鋁尖晶石磚的制備方法，其特征在于先將40～96wt％的鎂砂、2～17wt％的Al2O3、0～50wt％的鐵鋁尖晶石或鎂鋁尖晶石、0.2～10wt％的Fe、0～10wt％的Fe2O3混合，外加2～8wt％的亞硫酸紙漿廢液，再進行混練、成型、干燥，然后在1000～2000℃條件下原位反應燒成。
2.根據權利要求1所述的方鎂石-鐵鋁尖晶石磚的制備方法，其特征在于所述的鎂砂顆粒級配是，5～0.088mm為24～76wt％、0.088～0mm為16～20wt％；鐵鋁尖晶石或鎂鋁尖晶石顆粒級配是，5～0.088mm為0～30wt％、0.088～0mm為0～20wt％。
3.根據權利要求1所述的方鎂石-鐵鋁尖晶石磚的制備方法，其特征在于所述的Fe、Fe2O3、Al2O3的粒度均為0.088～0mm。
4.根據權利要求1所述的方鎂石-鐵鋁尖晶石磚的制備方法，其特征在于所述的成型壓力為50～300MPa。
5.根據權利要求1～4項中任一項所述的方鎂石-鐵鋁尖晶石磚的制備方法制備的方鎂石-鐵鋁尖晶石磚。
全文摘要
本發明屬于耐火材料技術領域，具體涉及一種方鎂石－鐵鋁尖晶石磚及其制備方法。采用的技術方案是先將40～96wt％的鎂砂、2～17wt％的Al
文檔編號C04B35/443GK101066877SQ20071005240
公開日2007年11月7日 申請日期2007年6月7日 優先權日2007年6月7日
發明者汪厚植, 顧華志, 楊斌 申請人:武漢科技大學