一种利用废弃镁碳砖制备氧化镁晶须的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用废弃镁碳砖制备氧化镁晶须的方法，以废弃镁碳砖为主要原料，经拣选、破碎、磨细，配料、调整配料中碳组分含量，经成型和高温合成，通过氧化镁碳热还原生成镁蒸气，镁蒸气氧化生成氧化镁晶须。是利用氧化镁碳热还原输运氧化法制备，通过调整合成温度和保温时间可以调整氧化镁晶须的直径和长径比。氧化镁晶须制备在气氛烧结炉中进行，首先对气氛炉抽真空，在氩气保护下升温，到达合成温度通入氧气，氧气与镁蒸汽反应生成氧化镁晶须。这种方法不仅可以节约大量天然资源和合成原料，还可以对固体废弃物进行再利用。合成的晶须原料便宜，成本低，直径在2～15μm之间，长径比在30～75之间。
【专利说明】
一种利用废弃镁碳砖制备氧化镁晶须的方法
技术领域
[0001]本发明涉及氧化镁晶须的制备技术，具体涉及一种利用废弃镁碳砖制备氧化镁晶须的方法。
【背景技术】
[0002]氧化镁晶须具有耐热性、绝缘性、耐碱性和高强度、高模量，可作为增强体用于树脂基复合材料、金属基复合材料。已有的制备方法包括蒸热法、氧化镁还原法、镁盐分解法、镁盐水解法、镁盐与卤化物反应法以及醇类-水热法等，所有这些方法均需消耗大量天然原料或合成原料。钢铁工业炼钢过程产生大量废弃镁碳砖，其中主要成分是氧化镁和碳，目前主要用来生产再生镁碳砖、再生镁铝碳砖、再生镁砖、再生镁铬砖、电熔镁砂等，根据
【申请人】的资料检索，还没有利用其作为主要原料制备氧化镁晶须的相关文献，因此，利用废弃镁碳砖作为主要原料制备氧化镁晶须，不仅可以节省大量天然原料和人工合成原料，还可以实现固体废弃物的再利用。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种利用废弃镁碳砖制备氧化镁晶须的方法。
[0004]为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案:
[0005]—种利用废弃镁碳砖制备氧化镁晶须的方法，其特征在于，该方法以废弃镁碳砖为主要原料，经拣选、破碎、磨细，配料、调整配料中碳组分含量，经成型和高温合成，通过氧化镁碳热还原生成镁蒸气，镁蒸气氧化生成氧化镁晶须。
[0006]具体按照下列步骤制备:
[0007]步骤一，对废弃镁碳砖进行人工拣选，剔除粘渣部分和粘附的金属，利用颚式破碎机和反击式破碎机进行粗碎和中碎，随后进行筛分，筛上料作为后续阶段的骨料，筛下料用于球磨机的磨细；
[0008]步骤二，经化学分析确定筛下料中氧化镁和碳含量，球磨机进料控制碳组分和氧化镁摩尔比在0.3?0.7之间，不足部分用废碳砖细粉或冶金碎焦补充；
[0009]步骤三，将步骤二调整好的物料在球磨机中磨细至小于180目的细粉大于95%;
[0010]步骤四，按着筛上料60%，细粉40%进行配料，在混炼机中按照先筛上料，混合2-5分钟，加入配料总重量8 %的酚醛树脂乙二醇稀释液，混合5分钟，加入细粉混合10分钟，总计混合20分钟，混合好的物料置于密闭容器或用塑料袋密封，睏料6小时；
[0011]步骤五，经睏料后的物料利用液压机或摩擦压砖机成型，成型压力为150MPa;
[0012]步骤六，成型试样经I天自然晾干，在干燥设备中阶段升温和保温，最后在110°C，保温24小时；
[0013]步骤七，氧化镁晶须合成在气氛烧结炉中进行，将成型试样置于氧化铝匣钵或尖晶石匣钵，匣钵上加盖并留出缝隙，对气氛烧结炉抽真空后通入氩气，升温至1450°C?1600°c，通入氧气，氧气流量根据成型试样多少和尺寸进行调整，烧结使得高温碳热还原产生的镁蒸汽全部氧化生成氧化镁晶须；
[0014]步骤八，烧结后的试样随炉自然冷却，晶须附着在试样外部，剥离后得到氧化镁晶须。
[0015]采用本方法制备的氧化镁晶须，具有长径比较大，发育完整，具有如下优点:
[0016](I)主要原料均为用后耐火材料，为此原料便宜，可望氧化镁具有较高的性价比。
[0017](2)合成的晶须直接附着在成型坯体表面，便于收集；
[0018](3)晶须的长径比可以方便地通过调整合成温度和时间进行调整，合成的晶须长径比大。
[0019](4)合成晶须用坯体用后具有多孔结构，且具有足够的强度，可用于高温窑炉的隔热衬。
[0020](5)合成晶须用坯体骨料部分可以用镁碳砖以外的用后耐火材料颗粒料，只要在高温下惰性，不与氧化镁和碳成分发生反应即可，比如尖晶石砖。
[0021](6)合成氧化镁晶须用碳组分可以选用废弃镁碳砖中的残余碳、也可以用用后碳砖、用后石墨电极、活性炭、冶金焦细颗粒等，原料来源广泛。
【附图说明】
[0022]图1是在1600°C、保温3小时合成的氧化镁晶须形貌图；其中，(a)图为实物图，(b)图为氧化镁晶须形貌图，(C)图为(b)图的局部放大图；
[0023]图2为在1600°C、保温3小时合成氧化镁晶须的X-射线衍射图谱；
[0024]图3是在1450°C保温3小时合成氧化镁晶须形貌图，其中，(a)图为实物图，(b)图为氧化镁晶须形貌图；
[0025]图4是在1550°C、3小时合成氧化镁晶须形貌图，其中，(a)图为实物图，(b)图为氧化镁晶须形貌图；
[0026]以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
【具体实施方式】
[0027]本实施例给出一种利用废弃镁碳砖制备氧化镁晶须的方法，具体包括下列步骤:
[0028]步骤一，对废弃镁碳砖进行人工拣选，剔除粘渣部分和粘附的金属，利用颚式破碎机和反击式破碎机进行粗碎和中碎，随后进行筛分，筛上料作为后续阶段的骨料，筛下料用于球磨机磨细。
[0029]步骤二，经化学分析确定筛下料中氧化镁和碳含量，球磨机进料要求碳组分和氧化镁摩尔比在0.3?0.7之间，不足部分用废碳砖细粉或冶金碎焦等补充。
[0030]步骤三，将步骤二调整好的物料在球磨机中磨细至小于180目的细粉大于95%。
[0031]步骤四，按着筛上料50?80%，球磨细粉20?50%，进行配料。在混炼机中先加入筛上料，混合2-5分钟，再加入酚醛树脂乙二醇稀释液8%，混合5分钟，加入细粉混合10分钟。总计混合20分钟左右，混合好的物料置于密闭容器或用塑料袋密封，睏料6小时；
[0032]步骤五、经睏料后的物料利用液压机或摩擦压砖机成型，成型压力为150MPa;
[0033]步骤六，成型试样经I天自然晾干，在干燥设备中阶段升温和保温，最后在110°C，保温24小时。
[0034]步骤七，氧化镁晶须合成在气氛烧结炉中进行，将晾晒和干燥后成型试样置于氧化铝或尖晶石匣钵，上加盖并留出缝隙，对气氛烧结炉抽真空后通入氩气，升温至1450°C?1600°C，通入氧气，氧气流量根据试样多少和尺寸进行调整，使得高温碳热还原产生的镁蒸汽全部氧化生成氧化镁晶须。
[0035]步骤八，烧结后的试样随炉自然冷却，晶须附着在试样外部，剥离后得到氧化镁晶须。
[0036]所述的废弃镁碳砖选用残碳含量高的废弃镁碳砖，它们是转炉炼钢用后镁碳砖，或者是精炼钢包用后镁碳砖，或者是镁碳质用后滑板。
[0037]所述的碳为用后镁碳砖残余碳、石墨、焦炭、废石墨电极或者冶金过程中不可利用的细焦炭颗粒。
[0038]以下是发明人给出的最优实施例，本发明不限于这些实施例，经
【申请人】的实验证明，在本发明给出的范围内，均能够制备出氧化镁晶须。
[0039]实施例1:
[0040]利用MT18A牌号废弃镁碳砖(新砖碳含量多18%)，将粘渣和金属附着物清除，经颚式破碎机、冲击式破粹机破碎后筛分，筛上料作为颗粒料使用，筛下料用于磨细，经分析需补充5.1%碳质材料，以保证细粉部分碳组分和氧化镁的摩尔比为0.5。筛下料利用球磨机磨细至小于180目的细粉，按着按颗粒料:细粉=60:40比例进行配料，首先加入颗粒料混合3分钟，再加入颗粒料和细粉总重量8 %的酚醛树脂乙二醇稀释液，混合5分钟，加入细粉混合12分钟，混合好的物料置于密闭容器或用塑料袋密封，睏料6小时;经睏料后的物料在液压机上成型，成型压力150MPa，成型试样经I天自然晾干，在干燥设备中阶段升温和保温，最后在110°C，保温24小时；晾晒和干燥后成型试样置于氧化铝匣钵或尖晶石匣钵，匣钵上加盖并留出缝隙，放入气氛烧结炉，对气氛烧结炉抽真空，充入氩气，待温度升至1600°C保温，并通入氧气，氧气流量250mL/min，保温3小时。烧结使得高温碳热还原产生的镁蒸汽全部氧化生成氧化镁晶须，烧结后的成型试样随炉自然冷却，晶须附着在成型试样外部，剥离后得到氧化镁晶须。氧化镁晶须照片如图1所示，相组成如图2所示。可见在该条件下合成的氧化镁晶须直径在2μπι?3μ??，晶须长径比在50?75之间。由图2可见，晶须仅含有方镁石相，为氧化镁晶须。
[0041 ] 实施例2:
[0042]利用ΜΤ18Α废弃镁碳砖(新砖碳含量多18% )，将粘渣和金属附着物清除，经颚式破碎机、冲击式破粹机破碎后筛分，筛上料作为颗粒料使用，筛下料用于磨细，经分析需补充5.1%碳质材料，以保证细粉部分碳组分和氧化镁的摩尔比为0.5。利用球磨机磨细至小于180目，按着颗粒料:细粉= 60:40比例进行配料，其中利用镁尖晶石用后耐火材料颗粒取代镁碳砖颗粒。坯料混合首先加入颗粒料混合3分钟，再加入颗粒料和细粉总重量8%的酚醛树脂乙二醇稀释液混合5分钟，加入细粉混合12分钟，混合好的物料置于密闭容器或用塑料袋密封，睏料6小时;经睏料后的物料在液压机上成型，成型压力150MPa，成型试样经I天自然晾干，在干燥设备中阶段升温和保温，最后在110°C，保温24小时;经晾晒和干燥后成型试样放入气氛烧结炉，对气氛烧结炉抽真空，充入氩气，待温度升至1450 °C保温，并通入氧气，氧气流量250mL/min，保温3小时。烧结使得高温碳热还原产生的镁蒸汽全部氧化生成氧化镁晶须，烧结后的成型试样随炉自然冷却，晶须附着在成型试样外部，剥离后得到氧化镁晶须，氧化镁晶须形貌图片如图3所示。可见在该条件下合成的氧化镁晶须直径相差较大，在2μ???15μ??，晶须长径比较小，在15?25之间。
[0043]实施例3:
[0044]利用ΜΤ18Α废弃镁碳砖(新砖碳含量多18%)，将粘渣和金属附着物清除，经颚式破碎机、冲击式破粹机破碎后筛分，筛上料作为颗粒料使用，筛下料用于磨细，经分析需补充8.0%碳质材料，以保证细粉部分碳组分和氧化镁的摩尔比为0.6。利用球磨机磨细至小于180目的细粉，按着颗粒料:细粉=60:40比例进行配料，首先加入颗粒料混合3分钟，再加入颗粒料和细粉总重量8%的酚醛树脂乙二醇稀释液混合5分钟，加入细粉混合12分钟，混合好的物料置于密闭容器或用塑料袋密封，睏料6小时;经睏料后的物料在液压机上成型，成型压力150MPa，成型试样经I天自然晾干，在干燥设备中阶段升温和保温，最后在110°C，保温24小时，成型试样经晾干和干燥后置于氧化铝匣钵或尖晶石匣钵，匣钵上加盖并留出缝隙，放入气氛烧结炉，对气氛烧结炉抽真空，充入氩气，待温度升至1550 °C保温，并通入氧气，氧气流量300mL/min，保温3小时。烧结使得高温碳热还原产生的镁蒸汽全部氧化生成氧化镁晶须，烧结后的成型试样随炉自然冷却，晶须附着在成型试样外部，剥离后得到氧化镁晶须。氧化镁晶须照片如图4所示。可见在该条件下合成的氧化镁晶须直径在2μπι?5μπι，晶须长径比在30?60之间。
【主权项】
1.一种利用废弃镁碳砖制备氧化镁晶须的方法，其特征在于，该方法以废弃镁碳砖为主要原料，经拣选、破碎、磨细，配料、调整配料中碳组分含量，经成型和高温合成，通过氧化镁碳热还原生成镁蒸气，镁蒸气氧化生成氧化镁晶须。2.权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括下列步骤: 步骤一，对废弃镁碳砖进行人工拣选，剔除粘渣部分和粘附的金属，利用颚式破碎机和反击式破碎机进行粗碎和中碎，随后进行筛分，筛上料作为后续阶段的骨料，筛下料用于球磨机的磨细； 步骤二，经化学分析确定筛下料中氧化镁和碳含量，球磨机进料控制碳组分和氧化镁摩尔比在0.3?0.7之间，不足部分用废碳砖细粉或冶金碎焦补充； 步骤三，将步骤二调整好的物料在球磨机中磨细至小于180目的细粉大于95% ; 步骤四，按着筛上料50?80%，细粉20?50%进行配料，在混炼机中按照先筛上料，混合2-5分钟，加入配料总重量8%的酚醛树脂乙二醇稀释液，混合5分钟，加入细粉混合10分钟，总计混合20分钟，混合好的物料置于密闭容器或用塑料袋密封，睏料6小时； 步骤五，经睏料后的物料利用液压机或摩擦压砖机成型，成型压力为150MPa; 步骤六，成型试样经I天自然晾干，在干燥设备中阶段升温和保温，最后在110°C，保温24小时; 步骤七，氧化镁晶须合成在气氛烧结炉中进行，将晾晒和干燥后成型试样置于氧化铝匣钵或尖晶石匣钵，匣钵上加盖并留出缝隙，对气氛烧结炉抽真空后通入氩气，升温至1450°C?1600°C，通入氧气，氧气流量根据成型试样多少和尺寸进行调整，烧结使得高温碳热还原产生的镁蒸汽全部氧化生成氧化镁晶须； 步骤八，烧结后的成型试样随炉自然冷却，晶须附着在成型试样外部，剥离后得到氧化镁晶须。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的废弃镁碳砖选用残碳含量高的废弃镁碳砖，它们是转炉炼钢用后镁碳砖，或者是精炼钢包用后镁碳砖，或者是镁碳质用后滑板。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的碳为用后镁碳砖残余碳、石墨、焦炭、废石墨电极或者冶金过程中不可利用的细焦炭颗粒。
【文档编号】C30B25/00GK105908255SQ201610172529
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】尹洪峰, 辛亚楼, 高魁, 袁蝴蝶
【申请人】西安建筑科技大学