本发明属于锌挥发窑用耐火材料技术领域。具体涉及一种锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖及其制备方法。
背景技术：
随着我国炼锌工艺的进步，沸腾炉焙烧制锌发展迅速。锌精矿经沸腾炉焙烧和稀硫酸溶解后，仍有一定量的zn、ph、ln、ge等有价金属，以氧化物或硫化物的形式存在于酸浸出渣中，为了将这部分金属加以有效回收，采用回转式挥发窑对其进行火法制锌。其主要工作原理是在回转窑中将酸浸出渣中的氧化锌和硫化锌于1200~1300℃条件下还原并汽化，锌蒸汽经冷凝器冷却制得zn。
锌挥发窑用耐火材料在炼锌过程中需承受窑内氧化还原气氛频繁变化、窑体转动导致温度波动产生的热应力和高温状态下的机械磨损。所以，锌挥发窑用耐火材料一般要求具有良好的氧化还原气氛下的稳定性、热震稳定性和抗冲刷性等。
目前，锌挥发窑用耐火材料一般采用镁铝铬砖、特种镁铝铬复合尖晶石砖、铬渣砖等。
采用镁铝铬砖作为锌挥发窑用耐火材料，一般以方镁石、镁铝尖晶石和铬矿为原料，经配料、混合后高温烧成（武文林等．锌挥发窑用镁铝铬砖的研制与生产耐火材料，2001，35(6)：pp338~339），所制备的镁铝铬砖耐火度高，且mgo和cr2o3在高温下原位形成镁铬尖晶石，提高结合强度，具有良好的高温力学性能和抗冲刷性能。但mgo和cr2o3原位形成镁铬尖晶石的同时，伴随一定的体积膨胀，易导致砖坯内部形成大量微裂纹，降低了抗酸浸出渣侵蚀性能。
采用特种镁铝铬复合尖晶石砖作为锌挥发窑用耐火材料（王慧洲等．特种镁铝铬复合尖晶石砖的研制与应用．湖南有色金属，2011，27(4)：pp48~51），一般以镁铝铬复合尖晶石、电熔镁砂、镁铝尖晶石和铬矿作为主要原料，所制备的特种镁铝铬复合尖晶石砖具有抗侵蚀、耐磨损和抗剥落等性能。但所用镁铝铬复合尖晶石和电熔镁砂等原料的价格较高，砖和砌筑费用每环接近1万元，反应带通常砌筑80~100环，每次砌筑耗资近百万，对炼锌企业造成很大的成本负担。
采用铬渣砖作为锌挥发窑用耐火材料（姚维义等．锌浸出渣挥发窑窑衬腐蚀机理研究．有色金属，2003，55(2)：pp36~39）具有良好的高温力学性能和抗冲刷性能。但是铬渣高温线膨胀系数较高，所制铬渣砖由于窑内温度的频繁变化而产生热剥落，严重影响使用寿命。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种成本低廉和工艺简单的锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖的制备方法，用该方法制备的锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖的热震稳定性良好、抗冲刷性能优良、耐酸浸出渣侵蚀能力强和高温热膨胀系数小。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案：以45~54wt%的铝铬渣颗粒和7~16wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料，以8~13wt%的铝铬渣细粉、6~11wt%的镁铝尖晶石细粉、8~14wt%的铬精矿细粉和6-11wt%的碳化硅微粉为基质料；按所述骨料和所述基质料的含量，先将所述基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀；然后外加占所述骨料和所述基质料之和3~7wt%的铝溶胶，混合5~10分钟，半干法机压成型；将成型后的坯体置于高温炉中，在1500~1600℃条件下保温2~3小时，即得锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖。
所述铝铬渣颗粒为冶炼铬铁合金产生的炉渣，主要物相为刚玉相和铝铬固溶体相；所述铝铬渣颗粒的主要化学成分是：al2o3为80~85wt%，cr2o3为10~15wt%，cao≤3%，fe2o3≤2%，mgo≤2%；所述铝铬渣的粒径为0.1~5mm。
所述镁铝尖晶石颗粒的主要化学成分是：al2o3为35~40wt%，mgo为60~65wt%；所述镁铝尖晶石颗粒的粒径为0.1~3mm。
所述铝铬渣细粉为冶炼铬铁合金产生的炉渣，主要物相为刚玉相和铝铬固溶体相；所述铝铬渣细粉的主要化学成分是：al2o3为80~85wt%，cr2o3为10~15wt%，cao≤3%，fe2o3≤2%，mgo≤2%；所述铝铬渣的粒径为0.088~0.1mm。
所述镁铝尖晶石细粉的主要化学成分是：al2o3为48~52wt%，mgo为48~50wt%；所述镁铝尖晶石细粉的粒径为0.088~0.1mm。
所述铬精矿细粉的主要化学成分是：al2o3为10~15wt%，cr2o3为45~55wt%，cao≤2wt%，fe2o3为17~25wt%，mgo为17~25wt%；所述铬精矿细粉的粒径为0.088~0.1mm。
所述碳化硅微粉中的sic含量≥99wt%，碳化硅细粉的粒径为1~2μm。
所述铝溶胶中的al2o3含量为15~20wt%。
所述机压成型的压力为150~180mpa。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本发明所用原料价格低廉，无需特殊的生产设备和处理手段，节省劳动力资源，工艺流程简单。
2、本发明利用镁铝尖晶石和铝铬渣的二次尖晶石化反应，以及铬刚玉相和尖晶石相高温膨胀系数的不匹配形成微裂纹，提高锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖的热震稳定性。
3、本发明利用原料组分间的固溶反应提升了锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖致密度，进而增强了锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖的抗冲刷和侵蚀性能。
4、本发明通过碳化硅的添加，使还原气氛下性质稳定并具有良好的耐磨损性能；氧化气氛下，sic被氧化为sio2，sio2同al2o3发生莫来石化反应，降低锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖的高温热膨胀系数。
本发明所制备的锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖经测定：1100℃水冷热震实验8~12次；1300℃抗折强度为30~35mpa；1300℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为4~9%；1200℃线膨胀率为1.00~1.20%。
因此，本发明具有成本低廉和工艺简单的特点；所制备的锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖的热震稳定性良好、抗冲刷性能优良、耐酸浸出渣侵蚀能力强和高温热膨胀系数小。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述铝铬渣颗粒为冶炼铬铁合金产生的炉渣，主要物相为刚玉相和铝铬固溶体相；所述铝铬渣颗粒的主要化学成分是：al2o3为80~85wt%，cr2o3为10~15wt%，cao≤3%，fe2o3≤2%，mgo≤2%；所述铝铬渣的粒径为0.1~5mm。
所述镁铝尖晶石颗粒的主要化学成分是：al2o3为35~40wt%，mgo为60~65wt%；所述镁铝尖晶石颗粒的粒径为0.1~3mm。
所述铝铬渣细粉为冶炼铬铁合金产生的炉渣，主要物相为刚玉相和铝铬固溶体相；所述铝铬渣细粉的主要化学成分是：al2o3为80~85wt%，cr2o3为10~15wt%，cao≤3%，fe2o3≤2%，mgo≤2%；所述铝铬渣的粒径为0.088~0.1mm。
所述镁铝尖晶石细粉的主要化学成分是：al2o3为48~52wt%，mgo为48~50wt%；所述镁铝尖晶石细粉的粒径为0.088~0.1mm。
所述铬精矿细粉的主要化学成分是：al2o3为10~15wt%，cr2o3为45~55wt%，cao≤2wt%，fe2o3为17~25wt%，mgo为17~25wt%；所述铬精矿细粉的粒径为0.088~0.1mm。
所述碳化硅微粉中的sic含量≥99wt%，碳化硅细粉的粒径为1~2μm。
所述铝溶胶中的al2o3含量为15~20wt%。
所述机压成型的压力为150~180mpa。
实施例1
一种锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖及其制备方法。本发明所采用的技术方案：以45~48wt%的铝铬渣颗粒和13~16wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料，以8~10wt%的铝铬渣细粉、9~11wt%的镁铝尖晶石细粉、8~11wt%的铬精矿细粉和9-11wt%的碳化硅微粉为基质料；按所述骨料和所述基质料的含量，先将所述基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀；然后外加占所述骨料和所述基质料之和3~5.5wt%的铝溶胶，混合5~10分钟，半干法机压成型；将成型后的坯体置于高温炉中，在1500~1540℃条件下保温2~3小时，即得锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖。
本实施例制备的锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖经测定：1100℃水冷热震实验11~12次；1300℃抗折强度为30~32mpa；1300℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为7~9%；1200℃线膨胀率为1.00~1.06%。
实施例2
一种锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖及其制备方法。本发明所采用的技术方案：以47~50wt%的铝铬渣颗粒和11~14wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料，以9~11wt%的铝铬渣细粉、8~10wt%的镁铝尖晶石细粉、9~12wt%的铬精矿细粉和8-10wt%的碳化硅微粉为基质料；按所述骨料和所述基质料的含量，先将所述基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀；然后外加占所述骨料和所述基质料之和3.5~6wt%的铝溶胶，混合5~10分钟，半干法机压成型；将成型后的坯体置于高温炉中，在1520~1560℃条件下保温2~3小时，即得锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖。
本实施例制备的锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖经测定：1100℃水冷热震实验10~11次；1300℃抗折强度为31~33mpa；1300℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为6~8%；1200℃线膨胀率为1.05~1.11%。
实施例3
一种锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖及其制备方法。本发明所采用的技术方案：以49~52wt%的铝铬渣颗粒和9~12wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料，以10~12wt%的铝铬渣细粉、7~9wt%的镁铝尖晶石细粉、10~13wt%的铬精矿细粉和7-9wt%的碳化硅微粉为基质料；按所述骨料和所述基质料的含量，先将所述基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀；然后外加占所述骨料和所述基质料之和4~6.5wt%的铝溶胶，混合5~10分钟，半干法机压成型；将成型后的坯体置于高温炉中，在1540~1580℃条件下保温2~3小时，即得锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖。
本实施例制备的锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖经测定：1100℃水冷热震实验9~10次；1300℃抗折强度为32~34mpa；1300℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为5~7%；1200℃线膨胀率为1.10~1.16%。
实施例4
一种锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖及其制备方法。本发明所采用的技术方案：以51~54wt%的铝铬渣颗粒和7~10wt%的镁铝尖晶石颗粒为骨料，以11~13wt%的铝铬渣细粉、6~8wt%的镁铝尖晶石细粉、11~14wt%的铬精矿细粉和6-8wt%的碳化硅微粉为基质料；按所述骨料和所述基质料的含量，先将所述基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀；然后外加占所述骨料和所述基质料之和4.5~7wt%的铝溶胶，混合5~10分钟，半干法机压成型；将成型后的坯体置于高温炉中，在1560~1600℃条件下保温2~3小时，即得锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖。
本实施例制备的锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖经测定：1100℃水冷热震实验8~9次；1300℃抗折强度为33~35mpa；1300℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为4~6%；1200℃线膨胀率为1.15~1.20%。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本具体实施方式所用原料价格低廉，无需特殊的生产设备和处理手段，节省劳动力资源，工艺流程简单。
2、本具体实施方式利用镁铝尖晶石和铝铬渣的二次尖晶石化反应，以及铬刚玉相和尖晶石相高温膨胀系数的不匹配形成微裂纹，提高锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖的热震稳定性。
3、本具体实施方式利用原料组分间的固溶反应提升了锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖致密度，进而增强了锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖的抗冲刷和侵蚀性能。
4、本具体实施方式通过碳化硅的添加，使还原气氛下性质稳定并具有良好的耐磨损性能；氧化气氛下，sic被氧化为sio2，sio2同al2o3发生莫来石化反应，降低锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖的高温热膨胀系数。
本具体实施方式所制备的锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖经测定：1100℃水冷热震实验8~12次；1300℃抗折强度为30~35mpa；1300℃静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为4~9%；1200℃线膨胀率为1.00~1.20%。
因此，本具体实施方式具有成本低廉和工艺简单的特点；所制备的锌挥发窑用铬刚玉-镁铝尖晶石砖的热震稳定性良好、抗冲刷性能优良、耐酸浸出渣侵蚀能力强和高温热膨胀系数小。