一种红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖及其制备方法。其技术方案是：以50~55wt%的钛铁渣颗粒和10~15wt%的高纯镁砂颗粒为骨料，以13~18wt%的钛铁渣细粉、15~20wt%的碳酸镁细粉、1~3wt%的γ?Al2O3微粉和1~4wt%的二氧化钛微粉为基质料。先将混匀后的基质料加入骨料中，搅拌；再外加基质料与骨料之和2~3wt%的热固性酚醛树脂，混匀，机压成型，在25~30℃条件下养护，在180~200℃条件下干燥；然后置于电阻炉中，以5~6℃/min的速率升温至1450~1500℃，保温2~3小时，随炉冷却，制得红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖。本发明具有成本低廉和工艺简单的特点；制备的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖的体积稳定性好、导热系数小和抗渣侵蚀性强。
【专利说明】
一种红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于红土镍矿回转窑用耐火材料技术领域。具体涉及一种红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖及其制备方法。
【背景技术】
[0002]回转窑-电炉法(RKEF工艺)是火法冶炼红土镍矿成熟的技术手段。红土镍矿在回转窑中受热脱水、焙烧还原，同时产生大量熔渣。因此，红土镍矿回转窑用耐火材料既要低导热以保护回转窑筒体、节约能源，又要具有优良的抗渣侵蚀性能，而且还要在高温还原气氛条件下稳定服役，这对红土镍矿回转窑用耐火材料提出了严格的质量要求。
[0003]目前，红土镍矿回转窑用耐火材料主要为镁砖、镁尖晶石砖和镁铝锆砖。
[0004]采用镁砖作为红土镍矿回转窑用耐火材料，其耐火度高、还原气氛下工作稳定，但镁砖导热系数大，导热性能强，导致回转窑筒体温度偏高而变形，降低了回转窑的服役寿命，同时也造成了能源的浪费。
[0005]采用镁尖晶石砖作为红土镍矿回转窑用耐火材料，其导热性能相较镁砖而言有所降低，但尖晶石的引入易引发耐火材料内部热膨胀失衡而产生微裂纹，显著降低了镁尖晶石砖的抗渣侵蚀性能。
[0006]采用镁铝锆砖作为红土镍矿回转窑用耐火材料，一般以高纯镁砂、预合成微孔镁铝尖晶石和普通镁铝尖晶石、氧化锆(锆源)为主要原料(潘料庭，等.红土镍矿回转窑用低导镁铝锆砖的研制与实践.铁合金，2015，(3):ppl9?42)，通过预合成微孔镁铝尖晶石的引入降低耐火材料的导热系数，而氧化锆的马氏体相变一定程度上可以吸收材料内部的热应力，(孙加林，等.MgO-Al2O3-ZrO2质耐火材料的显微结构分析.耐火材料，1996，30(6):pp255?258)减小裂纹的产生与扩展，有利于保障材料的抗渣侵蚀性能(杨道媛，等.含ZrO2添加剂对方镁石尖晶石耐火材料力学性能的影响.耐火材料，2002，34(2):pp79?81)。但镁铝锆砖制备工艺复杂(一般先预合成微孔镁铝尖晶石)，且微孔镁铝尖晶石、氧化锆等耐火原料的价格昂贵，大大增加了红土镍矿回转窑用耐火材料的开发成本。
【发明内容】
[0007]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流程简单的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖的制备方法，用该方法制备的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖的体积稳定性好、导热系数小和抗渣侵蚀性强。
[0008]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:以50?55?七％的钛铁渣颗粒和10?15的％的高纯镁砂颗粒为骨料，以13?18的％的钛铁渣细粉、15?20^%的碳酸镁细粉、I?3wt%的γ -Al2O3微粉和I?4wt%的二氧化钛微粉为基质料;按所述骨料和所述基质料的含量，先将基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀;然后外加占所述基质料与所述骨料之和2?3wt%的热固性酚醛树脂，混合均匀，机压成型，在25?30 °C条件下养护12?24小时，在180?200°C条件下保温12?18小时；最后置于电阻炉中，以5?6°C/min的升温速率升温至1450?1500°C，保温2?3小时，随炉冷却，制得红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖。
[0009]所述钛铁渣为冶炼钛铁合金所产生的炉渣，钛铁渣的主要物相为钛铝酸钙、刚玉、六铝酸钙、二铝酸钙和钛酸钙;所述钛铁渣的主要化学成分是:Al2O3含量为70?80wt%，Ti02含量为9?13wt%，CaO含量为8?14wt%，Fe2O3含量< 2wt%。
[0010]所述钛铁渣颗粒的粒度为0.1?6mm;所述钛铁渣细粉的粒度为0.088?0.1mm。
[0011]所述高纯镁砂颗粒的主要化学成分是:MgO含量彡97wt%，S12含量彡0.5wt%;高纯镁砂颗粒的粒度为0.1?6mm。
[0012]所述碳酸镁细粉的MgCO3含量彡99wt%;碳酸镁细粉的粒度为0.064-0.088mm。
[0013]所述γ -Al2O3微粉的Al2O3含量彡99wt%，γ -Al2O3微粉的粒度为1~2μπι。
[0014]所述二氧化钛微粉的T12含量彡99wt%，二氧化钛微粉的粒度为I?2μπι。
[0015]所述热固性酚醛树脂的C含量彡60wt%。
[0016]所述机压成型的压力为180?200MPa。
[0017]由于采取上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果:
1、本发明以钛铁渣为主要原料，大大降低了红土镍矿回转窑用耐火材料的开发成本，同时提高了废渣的利用率，节约资源。
[0018]2、本发明无需特殊的制备设备和处理技术，节省劳动力资源，工艺流程简单；
3、本发明通过原料组分的化学反应原位形成低导相，进而降低了材料的导热系数；同时，利用物相间的体积效应，提高了材料的体积稳定性和抗渣侵蚀性能。
[0019]本发明制备的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖经测定:烧后线变化为0.22-0.27%;导热系数(500°C温度条件下测定)为4.58~4.63W/(m.K); 1500°C X3h静态坩祸法抗渣实验侵蚀指数为3~8%。
[0020]因此，本发明具有成本低廉和工艺流程简单的特点；所制备的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖的体积稳定性好、导热系数小和抗渣侵蚀性强。
【具体实施方式】
[0021]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。
[0022]为避免重复，现将本【具体实施方式】中的骨料、基质料、热固性酚醛树脂和机压成型统一描述如下，实施例中不再赘述:
所述钛铁渣为冶炼钛铁合金所产生的炉渣，钛铁渣的主要物相为钛铝酸钙、刚玉、六铝酸钙、二铝酸钙和钛酸钙;所述钛铁渣的主要化学成分是:Al2O3含量为70?80wt%，Ti02含量为 9?13wt%，CaO 含量为 8?14wt%，Fe2O3 含量 < 2wt%。
[0023]所述钛铁渣颗粒的粒度为0.1?6mm;所述钛铁渣细粉的粒度为0.088?0.1mm。
[0024]所述高纯镁砂颗粒的主要化学成分是:MgO含量彡97wt%，S12含量彡0.5wt%;高纯镁砂颗粒的粒度为0.1?6mm。
[0025]所述碳酸镁细粉的MgCO3含量》99wt%;碳酸镁细粉的粒度为0.064?0.088mm。
[0026]所述γ -Al2O3微粉的Al2O3含量彡99wt%，γ -Al2O3微粉的粒度为I?2μπι。
[0027]所述二氧化钛微粉的T12含量彡99wt%，二氧化钛微粉的粒度为I?2μπι。
[0028]所述热固性酚醛树脂的C含量彡60wt%。
[0029]所述机压成型的压力为180?200MPa。
[0030]实施例1
一种红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖及其制备方法。以50?52#%的钛铁渣颗粒和13?15的％的高纯镁砂颗粒为骨料，以16?18的％的钛铁渣细粉、15?17^%的碳酸镁细粉、I?2wt%的γ -Al2O3微粉和I?3wt%的二氧化钛微粉为基质料;按所述骨料和所述基质料的含量，先将基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀;然后外加占所述基质料与所述骨料之和2?3wt%的热固性酚醛树脂，混合均匀，机压成型，在25?30 °C条件下养护12?24小时，在180?200°C条件下保温12?18小时；最后置于电阻炉中，以5?6°C/min的升温速率升温至1450?1480°C，保温2?3小时，随炉冷却，制得红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖。
[0031]本实施例制备的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖经测定:烧后线变化为0.2 2?0.24%;导热系数(500°C温度条件下测定)为4.61?4.63W/(m.K); 1500°C X 3h静态坩祸法抗渣实验侵蚀指数为3~5%。
[0032]实施例2
一种红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖及其制备方法。以51?53#%的钛铁渣颗粒和12?14的％的高纯镁砂颗粒为骨料，以15?17的％的钛铁渣细粉、16?18^%的碳酸镁细粉、I?2wt%的γ -Al2O3微粉和I?3wt%的二氧化钛微粉为基质料;按所述骨料和所述基质料的含量，先将基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀;然后外加占所述基质料与所述骨料之和2?3wt%的热固性酚醛树脂，混合均匀，机压成型，在25?30 °C条件下养护12?24小时，在180?200°C条件下保温12?18小时；最后置于电阻炉中，以5?6°C/min的升温速率升温至1450?1480°C，保温2?3小时，随炉冷却，制得红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖。
[0033]本实施例制备的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖经测定:烧后线变化为0.23?0.25%;导热系数(500°(:温度条件下测定)为4.60~4.62￥/(111.K); 1500°C X3h静态坩祸法抗渣实验侵蚀指数为4~6%。
[0034]实施例3
一种红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖及其制备方法。以52?54^%的钛铁渣颗粒和11?13的％的高纯镁砂颗粒为骨料，以14?16的％的钛铁渣细粉、17?19^%的碳酸镁细粉、2?3wt%的γ -Al2O3微粉和2?4wt%的二氧化钛微粉为基质料;按所述骨料和所述基质料的含量，先将基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀;然后外加占所述基质料与所述骨料之和2?3wt%的热固性酚醛树脂，混合均匀，机压成型，在25?30 °C条件下养护12?24小时，在180?200°C条件下保温12?18小时；最后置于电阻炉中，以5?6°C/min的升温速率升温至1470?1500°C，保温2?3小时，随炉冷却，制得红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖。
[0035]本实施例制备的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖经测定:烧后线变化为0.2 4?
0.26%;导热系数(500°(:温度条件下测定)为4.59~4.61￥/(111.K); 1500°C X3h静态坩祸法抗渣实验侵蚀指数为5~7%。
[0036]实施例4
一种红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖及其制备方法。以53?55#%的钛铁渣颗粒和10?12的％的高纯镁砂颗粒为骨料，以13?15wt%的钛铁渣细粉、18?20wt%的碳酸镁细粉、2?3wt%的γ -Al2O3微粉和2?4wt%的二氧化钛微粉为基质料;按所述骨料和所述基质料的含量，先将基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀;然后外加占所述基质料与所述骨料之和2?3wt%的热固性酚醛树脂，混合均匀，机压成型，在25?30 °C条件下养护12?24小时，在180?200°C条件下保温12?18小时；最后置于电阻炉中，以5?6°C/min的升温速率升温至1470?1500°C，保温2?3小时，随炉冷却，制得红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖。
[0037]本实施例制备的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖经测定:烧后线变化为0.25?
0.27%;导热系数(500°(:温度条件下测定)为4.58~4.60￥/(111.K); 1500°C X3h静态坩祸法抗渣实验侵蚀指数为6~8%。
[0038]
本发明与现有技术相比具有如下积极效果:
1、本发明以钛铁渣为主要原料，大大降低了红土镍矿回转窑用耐火材料的开发成本，同时提高了废渣的利用率，节约资源。
[0039]2、本发明无需特殊的制备设备和处理技术，节省劳动力资源，工艺流程简单；
3、本发明通过原料组分的化学反应原位形成低导相，进而降低了材料的导热系数；同时，利用物相间的体积效应，提高了材料的体积稳定性和抗渣侵蚀性能。
[0040]本发明制备的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖经测定:烧后线变化为0.22-0.27%;导热系数(500°C温度条件下测定)为4.58~4.63W/(m.K); 1500°C X3h静态坩祸法抗渣实验侵蚀指数为3~8%。
[0041]因此，本发明具有成本低廉和工艺流程简单的特点；所制备的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖的体积稳定性好、导热系数小和抗渣侵蚀性强。
【主权项】
1.一种红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖的制备方法，其特征在于以50?55wt %的钛铁渣颗粒和10?15的％的高纯镁砂颗粒为骨料，以13?18的％的钛铁渣细粉、15?20wt%的碳酸镁细粉、I?3wt %的γ -Al2O3微粉和I?4wt %的二氧化钛微粉为基质料;按所述骨料和所述基质料的含量，先将基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀;然后外加占所述基质料与所述骨料之和2?3wt%的热固性酚醛树脂，混合均匀，机压成型，在25?30 °C条件下养护12?24小时，在180?200 °C条件下保温12?18小时；最后置于电阻炉中，以5?6 °C /miη的升温速率升温至1450?1500 °C，保温2?3小时，随炉冷却，制得红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖。2.根据权利要求1所述的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖的制备方法，其特征在于所述钛铁渣为冶炼钛铁合金所产生的炉渣，所述钛铁渣的主要物相为钛铝酸钙、刚玉、六铝酸钙、二铝酸钙和钛酸钙； 所述钛铁渣的主要化学成分是:Al2O3含量为70?80wt%，Ti02含量为9?13wt%，CaO含量为8?14wt% ,Fe2O3含量<2wt% ;所述钛铁渣颗粒的粒度为0.1?6mm;所述钛铁渣细粉的粒度为0.088?0.1mm。3.根据权利要求1所述的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖的制备方法，其特征在于所述高纯镁砂颗粒的主要化学成分是:MgO含量多97wt%，Si02含量<0.5wt% ;高纯镁砂颗粒的粒度为0.1?6mm。4.根据权利要求1所述的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖的制备方法，其特征在于所述碳酸镁细粉的MgCO3含量彡99wt 碳酸镁细粉的粒度为0.064?0.088mm。5.根据权利要求1所述的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖的制备方法，其特征在于所述γ -Al2O3微粉的Al2O3含量彡99wt%，γ -Al2O3微粉的粒度为I?2μπι。6.根据权利要求1所述的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖的制备方法，其特征在于所述二氧化钛微粉的T12含量多99wt%，二氧化钛微粉的粒度为I?2μπι。7.根据权利要求1所述的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖的制备方法，其特征在于所述热固性酚醛树脂的C含量彡60wt%。8.根据权利要求1所述的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖的制备方法，其特征在于所述机压成型的压力为180?200MPa。9.一种红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖，其特征在于所述红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖是根据权利要求1?8项中任一项所述的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖的制备方法所制备的红土镍矿回转窑用钛铝酸钙砖。
【文档编号】C04B35/622GK106007742SQ201610316974
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】张寒, 李雪松, 谈凯强, 魏崇阳, 周佳昌, 邹宜名, 赵惠忠
【申请人】武汉科技大学