本發(fā)明屬于尖晶石質(zhì)耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種水泥窯用尖晶石質(zhì)耐火材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

鎂鋁尖晶石因具有熔點高、硬度大、抗熱震性和抗渣侵蝕性優(yōu)良的特點，因而被廣泛用于耐火材料行業(yè)。近年來，人們認識到Cr⁶⁺的危害，考慮將尖晶石質(zhì)耐火材料應(yīng)用于水泥回轉(zhuǎn)窯、玻璃窯和精煉設(shè)備等以取代含鉻材料。然而，由于尖晶石質(zhì)耐火材料高溫強度低、以及抗侵蝕性能方面存在的問題，限制了尖晶石質(zhì)耐火材料在上述工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

現(xiàn)有技術(shù)中，人們通過引入添加劑促進燒結(jié)，但往往會生成大量高溫液相，將削弱材料的熱震穩(wěn)定性和抗高溫蠕變等性質(zhì)，降低使用壽命。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的是提供一種原料來源廣泛和生產(chǎn)成本低的水泥窯用尖晶石質(zhì)耐火材料的制備方法；用該方法制備的水泥窯用尖晶石質(zhì)耐火材料強度高、抗侵蝕性優(yōu)良、熱震穩(wěn)定性高和導(dǎo)熱系數(shù)低。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

第一步，將20~40wt%的含鋁原料、1~10wt%的尖晶石、10~20wt%的鎂砂、1~10wt%的鎂鹽、1~10wt%的含稀土原料、1~10wt%的表面活性劑、1~10wt%的添加劑和30~60wt%的含鋁溶液混合均勻，球磨，得到混合料漿。

第二步，將20~40wt%的所述含鋁原料、1~10wt%的含鋅原料、20~40wt%的所述含稀土原料、1~10wt%的含鈦原料和10~30wt%的所述鎂鹽混合均勻，球磨，在50~100MPa條件下壓制成型，于還原氣氛和800~1300℃條件下熱處理3~6小時；然后于所述混合料漿中真空浸漬2~6小時，在所述含鋁溶液中真空浸漬2~6小時，再于1200~1500℃條件下熱處理3~6小時，破碎，研磨，篩分，得到粒度小于0.088mm的A物料和粒度為0.088~3mm的B物料。

第三步，將20~40wt%的所述尖晶石、10~20wt%的所述鎂砂、10~20wt%的剛玉、1~10wt%的所述A物料、1~10wt%的所述B物料、1~10wt%的所述含鋅原料、1~10wt%的所述鎂鹽和1~10wt%的所述混合料漿混合均勻，在120~180MPa條件下壓制成型；然后于800~1200℃條件下熱處理3~6小時，再于1400~1700℃條件下熱處理3~6小時，得到水泥窯用尖晶石質(zhì)耐火材料。

所述含鋁原料的粒度小于0.088mm；所述含鋁原料為水合氧化鋁或為氫氧化鋁，水合氧化鋁中SiO₂的含量小于0.3wt%，氫氧化鋁中Al(OH)₃的含量大于99wt%。

所述所述尖晶石的粒度小于5mm；所述尖晶石為燒結(jié)尖晶石或為電熔尖晶石，所述尖晶石中Al₂O₃的含量大于68wt%。

所述含稀土原料的粒度小于0.088mm；所述含稀土原料為氫氧化釤或為氫氧化釹，氫氧化釤中Sm(OH)₃的含量大于99wt%，氫氧化釹中Nd(OH)₃的含量大于99wt%。

所述含鋅原料的粒度小于0.088mm；所述含鋅原料為碳酸鋅或為硫酸鋅，碳酸鋅中ZnCO₃的含量大于99wt%，硫酸鋅中ZnSO₄的含量大于99wt%。

所述含鈦原料的粒度小于0.088mm；所述含鈦原料為偏鈦酸或為鈦白粉，偏鈦酸中TiO(OH)₂的含量大于99wt%，鈦白粉中TiO₂的含量大于99wt%。

所述鎂砂的粒度小于5mm；所述鎂砂為燒結(jié)鎂砂或為電熔鎂砂，所述鎂砂中MgO的含量大于96wt%。

所述鎂鹽的粒度小于0.088mm；所述鎂鹽為草酸鎂或為碳酸鎂，草酸鎂中MgC₂O₄·2H₂O的含量大于99wt%，碳酸鎂中MgCO₃的含量大于99wt%。

所述剛玉的粒度小于5mm；所述剛玉為板狀剛玉或為棕剛玉，所述剛玉中Al₂O₃的含量大于96wt%。

所述表面活性劑為十二烷基二甲基甜菜堿或為丙烯酸甲酯。

所述添加劑為羥乙基纖維素或為羧甲基纖維素。

所述含鋁溶液為鋁溶膠或為聚氯化鋁的水溶液，含鋁溶液的濃度為25-30wt%。

所述還原氣氛為氫氣氣氛或為一氧化碳氣氛。

所述真空浸漬的真空度為0.01~0.06MPa。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：

本發(fā)明所采用的原料來源廣泛，生產(chǎn)成本低；本發(fā)明通過對各步驟中的氣氛、粒度、成型及熱處理等工序的嚴格控制，既有利于不同原料顆粒的均化及各種原料顆粒之間的緊密接觸，也為微結(jié)構(gòu)的形成提供了合理空間，因而所制備的水泥窯用尖晶石質(zhì)耐火材料強度高、抗侵蝕性優(yōu)良、熱震穩(wěn)定性高和導(dǎo)熱系數(shù)低。

本發(fā)明制備的水泥窯用尖晶石質(zhì)耐火材料：常溫耐壓強度大于100MPa；200~1400℃的導(dǎo)熱系數(shù)為2~3.5W/(m·K)。

因此，本發(fā)明的原料來源廣泛，生產(chǎn)成本低；所制備的水泥窯用尖晶石質(zhì)耐火材料強度高、抗侵蝕性優(yōu)良、熱震穩(wěn)定性高和導(dǎo)熱系數(shù)低。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進一步的描述，并非對其保護范圍的限制。

為避免重復(fù)，先將本具體實施方式所涉及的物料和真空度統(tǒng)一描述如下，實施例中不再贅述：

所述含鋁原料的粒度小于0.088mm；所述水合氧化鋁中SiO₂的含量小于0.3wt%，所述氫氧化鋁中Al(OH)₃的含量大于99wt%。

所述尖晶石的粒度小于5mm；所述尖晶石中Al₂O₃的含量大于68wt%。

含稀土原料的粒度小于0.088mm；所述氫氧化釤中Sm(OH)₃的含量大于99wt%，所述氫氧化釹中Nd(OH)₃的含量大于99wt%。

所述含鋅原料的粒度小于0.088mm；所述碳酸鋅中ZnCO₃的含量大于99wt%，所述硫酸鋅中ZnSO₄的含量大于99wt%。

所述含鈦原料的粒度小于0.088mm；所述偏鈦酸中TiO(OH)₂的含量大于99wt%，所述鈦白粉中TiO₂的含量大于99wt%。

所述鎂砂的粒度小于5mm；所述鎂砂中MgO的含量大于96wt%。

所述鎂鹽的粒度小于0.088mm；所述草酸鎂中MgC₂O₄·2H₂O的含量大于99wt%，所述碳酸鎂中MgCO₃的含量大于99wt%。

所述剛玉的粒度小于5mm；所述剛玉中Al₂O₃的含量大于96wt%。

所述含鋁溶液的濃度為25~30wt%。

所述還原氣氛為氫氣氣氛或一氧化碳氣氛。

所述真空浸漬的真空度為0.01-0.06MPa。

實施例1

一種水泥窯用尖晶石質(zhì)耐火材料及其制備方法。本實施例所述制備方法是：

第一步，將20~30wt%的含鋁原料、1~10wt%的尖晶石、10~20wt%的鎂砂、1~10wt%的鎂鹽、1~10wt%的含稀土原料、1~10wt%的表面活性劑、1~10wt%的添加劑和45~60wt%的含鋁溶液混合均勻，球磨，得到混合料漿。

第二步，將20~30wt%的所述含鋁原料、1~10wt%的含鋅原料、30~40wt%的所述含稀土原料、1~10wt%的含鈦原料和10~30wt%的所述鎂鹽混合均勻，球磨，在50~100MPa條件下壓制成型，于還原氣氛和800~1200℃條件下熱處理3~6小時；然后于所述混合料漿中真空浸漬2~6小時，在所述含鋁溶液中真空浸漬2~6小時，再于1200~1400℃條件下熱處理3~6小時，破碎，研磨，篩分，得到粒度小于0.088mm的A物料和粒度為0.088~3mm的B物料。

第三步，將20~30wt%的所述尖晶石、15~20wt%的所述鎂砂、10~20wt%的剛玉、1~10wt%的所述A物料、1~10wt%的所述B物料、1~10wt%的所述含鋅原料、1~10wt%的所述鎂鹽和1~10wt%的所述混合料漿混合均勻，在120~180MPa條件下壓制成型；然后于800~1100℃條件下熱處理3~6小時，再于1400~1600℃條件下熱處理3~6小時，得到水泥窯用尖晶石質(zhì)耐火材料。

本實施例中：

所述含鋁原料為水合氧化鋁；

所述尖晶石為燒結(jié)尖晶石；

所述含稀土原料為氫氧化釤；

所述含鋅原料為碳酸鋅；

所述含鈦原料為偏鈦酸；

所述鎂砂為燒結(jié)鎂砂；

所述鎂鹽為草酸鎂；

所述剛玉為板狀剛玉；

所述表面活性劑為十二烷基二甲基甜菜堿；

所述添加劑為羥乙基纖維素；

所述含鋁溶液為鋁溶膠；

所述還原氣氛為氫氣氣氛。

實施例2

一種水泥窯用尖晶石質(zhì)耐火材料及其制備方法。本實施例除下述物料外其余同實施例1：

所述含鋁原料為氫氧化鋁；

所述尖晶石為電熔尖晶石；

所述含稀土原料為氫氧化釹；

所述含鋅原料為硫酸鋅；

所述含鈦原料為鈦白粉；

所述鎂砂為電熔鎂砂；

所述鎂鹽為碳酸鎂；

所述剛玉為棕剛玉；

所述表面活性劑為丙烯酸甲酯；

所述添加劑為羧甲基纖維素；

所述含鋁溶液為聚氯化鋁的水溶液；

所述還原氣氛為一氧化碳氣氛。

實施例3

一種水泥窯用尖晶石質(zhì)耐火材料及其制備方法。本實施例所述制備方法是：

第一步，將30~40wt%的含鋁原料、1~10wt%的尖晶石、10~20wt%的鎂砂、1~10wt%的鎂鹽、1~10wt%的含稀土原料、1~10wt%的表面活性劑、1~10wt%的添加劑和30~45wt%的含鋁溶液混合均勻，球磨，得到混合料漿。

第二步，將30~40wt%的所述含鋁原料、1~10wt%的含鋅原料、20~30wt%的所述含稀土原料、1~10wt%的含鈦原料和10~30wt%的所述鎂鹽混合均勻，球磨，在50~100MPa條件下壓制成型，于還原氣氛和900~1300℃條件下熱處理3~6小時；然后于所述混合料漿中真空浸漬2~6小時，在所述含鋁溶液中真空浸漬2~6小時，再于1300~1500℃條件下熱處理3~6小時，破碎，研磨，篩分，得到粒度小于0.088mm的A物料和粒度為0.088~3mm的B物料。

第三步，將30~40wt%的所述尖晶石、10~15wt%的所述鎂砂、10~20wt%的剛玉、1~10wt%的所述A物料、1~10wt%的所述B物料、1~10wt%的所述含鋅原料、1~10wt%的所述鎂鹽和1~10wt%的所述混合料漿混合均勻，在120~180MPa條件下壓制成型；然后于900~1200℃條件下熱處理3~6小時，再于1500~1700℃條件下熱處理3~6小時，得到水泥窯用尖晶石質(zhì)耐火材料。

本實施例中：

所述含鋁原料為水合氧化鋁；

所述尖晶石為燒結(jié)尖晶石；

所述含稀土原料為氫氧化釤；

所述含鋅原料為碳酸鋅；

所述含鈦原料為偏鈦酸；

所述鎂砂為燒結(jié)鎂砂；

所述鎂鹽為草酸鎂；

所述剛玉為板狀剛玉；

所述表面活性劑為十二烷基二甲基甜菜堿；

所述添加劑為羥乙基纖維素；

所述含鋁溶液為鋁溶膠；

所述還原氣氛為氫氣氣氛。

實施例4

一種水泥窯用尖晶石質(zhì)耐火材料及其制備方法。本實施例除下述物料外其余同實施例3：

所述含鋁原料為氫氧化鋁；

所述尖晶石為電熔尖晶石；

所述含稀土原料為氫氧化釹；

所述含鋅原料為硫酸鋅；

所述含鈦原料為鈦白粉；

所述鎂砂為電熔鎂砂；

所述鎂鹽為碳酸鎂；

所述剛玉為棕剛玉；

所述表面活性劑為丙烯酸甲酯；

所述添加劑為羧甲基纖維素；

所述含鋁溶液為聚氯化鋁的水溶液；

所述還原氣氛為一氧化碳氣氛。

本具體實施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：

本具體實施方式所采用的原料來源廣泛，生產(chǎn)成本低；本具體實施方式通過對各步驟中的氣氛、粒度、成型及熱處理等工序的嚴格控制，既有利于不同原料顆粒的均化及各種原料顆粒之間的緊密接觸，也為微結(jié)構(gòu)的形成提供了合理空間，因而所制備的水泥窯用尖晶石質(zhì)耐火材料強度高、抗侵蝕性優(yōu)良、熱震穩(wěn)定性高和導(dǎo)熱系數(shù)低。

本具體實施方式制備的水泥窯用尖晶石質(zhì)耐火材料：常溫耐壓強度大于100MPa；200~1400℃范圍內(nèi)的導(dǎo)熱系數(shù)為2~3.5W/(m·K)。

因此，本具體實施方式的原料來源廣泛，生產(chǎn)成本低；所制備的水泥窯用尖晶石質(zhì)耐火材料強度高、抗侵蝕性優(yōu)良、熱震穩(wěn)定性高和導(dǎo)熱系數(shù)低。