专利名称：利用用后滑板砖、镁碳砖与Al/AlN合成镁阿隆材料的方法
技术领域：
本发明涉及结构陶瓷与耐火材料制备技术领域，特别是涉及一种利用用后滑 板砖、镁碳砖与A1/A1N合成镁阿隆材料的方法，实现了用后耐火材料的回收和 再利用。
背景技术：
镁阿隆(MgA10N)材料是一种具有尖晶石结构的新型材料，其具有优异的 光学、力学、介电性能，耐化学侵蚀性好，对玻璃熔液和铁水的润湿性小，抗热 冲击性能好，因此在光学窗口材料和耐火材料等领域中具有广阔的应用前景，但 MgA10N材料的合成成本较高，制约了其大规模生产，如何降低生产成本成为 MgA10N材料工业化应用的关键。钢铁、水泥、玻璃等高温产业尤其是钢铁工业 每年产生数量大、难处理的用后耐火材料，除了少数可以返回生产线再利用外， 大部分处理方式就是掩埋或降级使用。由于用后镁碳砖和用后滑板砖在降级或二 次使用中造成再生产品的性能指标下降，因此，绝大多数被作为废弃物掩埋或排 放，造成了资源浪费和环境污染，不利于实现资源与环境的可持续发展的战略目 标。曾经有利用用后耐火材料合成MgA10N的有关报导(王习东，张梅等；利 用用后镁碳砖和镁铝碳砖制备镁阿隆陶瓷材料的方法，中国专利CN1887785 2007年)，相对于碳热还原氮化而言，适当A1(A1N)的加入将有助于提高合成 MgA10N材料的致密度和降低显气孔率，从而获得较好的力学性能。
发明内容
本发明在于提供一种利用用后滑板砖、镁碳砖与A1/A1N合成镁阿隆材料的 方法，成本低廉、易于工业化生产。
本发明以用后镁碳砖、用后滑板砖为主要原料，利用其所含有的主要成分 MgO、 A1203、 C和添加少量的金属Al (或A1N)，通过高温还原氮化及高温固 相合成制备镁阿隆(MgA10N)材料。
本发明方法是
(l)配料配方按质量百分比为用后镁碳砖粉，5 30%;用后滑板砖粉，65 95%;加入的C或A1或A1N为0 10X。 A1或A1N)的加入量根据用后滑 板砖与用后镁碳砖的成分与配比而设计，总加入量控制在0 5%之间。
其中，用后镁碳砖所含主要成分按质量百分比为MgO， 75 卯％; C， 10 25%;用后滑板砖所含主要成分按质量百分比为A1203， 85 95， C， 5 15%。
(2) 混料将步骤(1)配的料在行星式球磨机中球磨4 6小时，研磨至 粒径小于5pm。
(3) 干燥放入千燥箱80 120'C干燥3 5小时。
(4) 压力成型按照0.4ml/10g 0.6ml/10g的比例添加羧甲基纤维素钠粘 结剂混匀，在90 110MPa压力下机压成型。
(5) 高温热处理通入普通氮气(99.95%)，氮气压力为0.1 20MPa，温 度为I500 1850°C，保温时间为2 6小时。
本发明适合于利用用后镁碳砖和用后滑板砖制备镁阿隆材料。按照本发明方 法生产的镁阿隆(MgA10N)材料，XRD结果表明合成镁阿隆的含量达到95% 以上，具有优异的使用性能，断口 SEM照片显示其断裂方式为沿晶断裂和穿晶 断裂为主，具有较好的力学性能。本发明合成成本低廉、易于规模化生产，有利 于实现用后耐火材料资源的高效、综合利用。
图1为温度160(TC下利用用后镁碳砖粉、用后滑板砖粉以及Al合成镁阿隆 材料的X射线衍射结果图。
图2为温度1600'C下利用用后镁碳砖粉、用后滑板砖粉以及Al合成镁阿隆 材料的扫描电镜断口照片。
图3为温度165(TC下利用用后镁碳砖粉、用后滑板砖粉以及A1N粉合成镁 阿隆材料的X射线衍射结果图4为温度1650'C下利用用后镁碳砖粉、用后滑板砖粉以及A1N粉合成镁 阿隆材料的扫描电镜断口照片；
具体实施例方式
实施例1
(1)按配方混合原料配方按质量百分比为用后镁碳砖粉，18%;用后 滑板砖粉，78%， Al， 4%。(2) 混料将混合后的原料在行星式球磨机中球磨6小时，研磨至粒径小 于5|am<=
(3) 干燥放入干燥箱10(TC干燥4小时。
(4) 压力成型按照0.5ml/10g的比例添加羧甲基纤维素钠粘结剂混匀，在 lOOMPa压力下机压成型。
(5) 高温热处理通入普通氮气(99.95%)，氮气压力为0.1MPa，温度为 1600°C，保温时间为6小时。
热处理制得材料的结构表征XRD结果显示合成出较纯的镁阿隆材料(图 1)，扫描断口电镜照片(图2)表明合成的镁阿隆呈颗粒状，且晶粒间结合较致 密，其断口形貌照片表明其断裂方式主要为穿晶和沿晶混合断裂。
实施例2
本发明较具体的方法之二是(1)按配方混合原料配方按质量百分比为-用后镁碳砖粉，18%;用后滑板砖粉，77%; A1N， 5%。
(2) 混料将混合后的原料在行星式球磨机中球磨6小时，研磨至粒径小
于5jinu
(3) 干燥放入干燥箱100'C干燥4小时。
(4) 压力成型按照0.5ml/10g的比例添加羧甲基纤维素钠粘结剂混匀，在 lOOMPa压力下机压成型。
(5) 高温热处理通入普通氮气(99.95%),氮气压力为0.1MPa，温度为 1650°C，保温时间为2小时。
热处理制得材料的结构表征XRD结果显示合成出较纯的镁阿隆材料(图 3)，扫描电镜照片(图4)表明镁阿隆也呈现颗粒状，但由于保温时间较短，晶 粒尺寸较小，但形状较为规则，颗粒之间结合较好，其断裂方式主要为沿晶和穿 晶混合断裂。
权利要求
1、一种利用用后滑板砖、镁碳砖与Al/AlN合成镁阿隆材料的方法，其特征在于，工艺步骤为(1)配料配方按质量百分比为用后镁碳砖粉，5～30％；用后滑板砖粉，65～95％；加入的C或Al或AlN为0～10％；(2)混料将步骤(1)配的料在行星式球磨机中球磨4～6小时，研磨至粒径小于5μm；(3)干燥放入干燥箱80～120℃干燥3～5小时；(4)压力成型按照0.4ml/10g～0.6ml/10g的比例添加羧甲基纤维素钠粘结剂混匀，在90～110MPa压力下机压成型；(5)高温热处理通入普通氮气，温度为1500～1850℃，保温时间为2～6小时。
2、 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，用后镁碳砖所含 成分按质量百分比为MgO， 75 90%; C， 10 25%;用后滑板砖 所含成分按质量百分比为A1203， 85 95， C， 5 15%。
3、 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的氮气纯度 为99.95%,氮气压力为0.1 20MPa。
4、 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，A1或A1N的总加 入量控制在0 5%之间。
全文摘要
一种利用用后滑板砖、镁碳砖与Al/AlN合成镁阿隆材料的方法，涉及结构陶瓷与耐火材料制备技术领域。工艺为配料配方按质量百分比为用后镁碳砖粉，5～30％；用后滑板砖粉，65～95％；加入的C或Al或AlN为0～10％；混料，研磨至粒径小于5μm；干燥；压力成型在90～110MPa压力下机压成型；高温热处理通入普通氮气，温度为1500～1850℃，保温时间为2～6小时。优点在于，生产的镁阿隆MgAlON材料，XRD结果表明合成镁阿隆的含量达到95％以上，具有优异的使用性能；并且制备成本较低、易于工业化生产。
文档编号C04B35/66GK101429042SQ20081022782
公开日2009年5月13日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者余广炜, 冯向鹏, 宇 周, 岳昌盛, 廖洪强, 梅 张, 李世青, 王习东, 赛音巴特尔 申请人:首钢总公司