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CN112456974B - 一种协同处置水泥窑用镁铝尖晶石砖及其制备方法与应用 - Google Patents

一种协同处置水泥窑用镁铝尖晶石砖及其制备方法与应用 Download PDF

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CN112456974B CN202011452149.5A CN202011452149A CN112456974B CN 112456974 B CN112456974 B CN 112456974B CN 202011452149 A CN202011452149 A CN 202011452149A CN 112456974 B CN112456974 B CN 112456974B
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Abstract

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种协同处置水泥窑用镁铝尖晶石砖及其制备方法与应用。所述镁铝尖晶石砖，其是以浮选镁砂、高纯镁砂、电熔镁铝尖晶石为主要原料，经高温处理制得；所述浮选镁砂、高纯镁砂、电熔镁铝尖晶石的质量比为(54～65)：(18～28)：(12～25)。本发明所述镁铝尖晶石砖不仅具有适合的常温耐压强度、荷重软化温度，而且还兼具更高的体积密度及更低的显气孔率，烧结致密化程度更高，可有效降低侵蚀性物质的渗透，抗侵蚀性更佳；同时还具有更高的热震稳定性能、高温抗折强度及高温韧性；所述镁铝尖晶石砖不仅性能优异，而且成本低廉，其较高的性价比使其应用范围更为广泛。

Description

一种协同处置水泥窑用镁铝尖晶石砖及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种镁铝尖晶石砖及其制备方法与应用。
背景技术
窑衬是镶砌在回转窑筒体内表面的耐火材料，其作用是保护筒体使免受高温损坏，起隔热作用，减少散热损失。回转窑长期安全运转是水泥工业增产节约的主要措施之一，而窑衬的寿命长短又直接影响回转窑的长期安全运转。
目前市场上所用的镁铝尖晶石砖的气孔率较大、体积密度较低、高温韧性较差，缩短了其在协同处置水泥窑上的使用寿命。而随着协同处置水泥技术的发展，大量工业废弃物等替代原燃料的应用增加了水泥窑中碱、氯、硫的循环量，使得窑衬耐火材料的侵蚀程度进一步加剧；同时水泥窑机械应力引起的砖的移动和窑壳的变形也对窑衬耐火材料的高温韧性提出了严峻的挑战。
CN103274711A公开了一种高强低导镁铝尖晶石砖，其以特定粒度的镁铝合成料、电熔镁砂为原料，经烧结得到的镁铝尖晶石砖适用于水泥回转窑，具有优良的烧结性能、热震稳定性、抗侵蚀和防渗透性。但在实际使用时，其存在韧性差(水冷热震次数大于13次)、气孔率大(26％)、体积密度低(2.6g/cm3)等缺陷，因而无法很好地应对协同处置水泥窑因替代原料所造成的窑衬耐火材料侵蚀加剧以及水泥窑机械应力对于窑衬耐火材料损坏的现状。
CN110790579A公开了一种无铬耐火砖，其通过添加高纯镁砂、铁铝尖晶石和助溶剂等多种原料，调节耐火材料表面水泥熟料中的溶体粘度、降低液相产生温度使耐火材料不仅具有良好的挂窑皮性和抗热震性而且具有良好的柔韧性。但该耐火材料存在原料种类较多、生产工艺复杂和成本较高等缺陷，此外，耐火材料中的铁可能会因变价产生不利影响，如李红霞等人研究发现含Fe2O3的尖晶石砖都只适用于窑内气氛稳定、负荷不高的窑。
CN107117976A公开了一种水泥窑过渡带用镁铝尖晶石砖及制备方法，属于耐火材料领域，原料组成为烧结镁砂、电熔镁铝尖晶石，以木质素磺酸钙溶液为结合剂，生产时按配比称取各种原料，混匀后得到混合料，压制成型，在100℃-200℃下干燥25-35h，于1550-1700℃隧道窑中烧成。本发明产品具有高的体积密度和强度、良好的热震稳定性、抗侵蚀性、抗磨损性、高的荷重软化温度。但烧结镁砂原料杂质含量较高，不利于产品高温韧性的提升，原料成本较高，生产中所使用的结合剂木质素磺酸钙会在生产过程中排放出硫的氧化物如处理不当会造成环境污染。此外，较佳实施例得到的产品指标显气孔率16.6％高于本问较佳实施的显气孔率14.5％，体积密度2.94g/cm3低于本问较佳实施的体积密度3.03g/cm3，高温抗折强度较低3.45Mpa会降低其在协同处置水泥窑的使用寿命。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种用于协同处置水泥窑的镁铝尖晶石砖，其不仅具有合适的常温耐压强度、荷重软化温度，而且还兼具更高的体积密度及更低的显气孔率，烧结致密化程度更高，可有效降低侵蚀性物质的渗透，抗侵蚀性更佳；同时还具有更高的热震稳定性能、高温抗折强度及高温韧性；所述镁铝尖晶石砖不仅性能优异，而且成本低廉，其较高的性价比使其应用范围更为广泛。
所述镁铝尖晶石砖，其是以浮选镁砂、高纯镁砂、电熔镁铝尖晶石为主要原料，经高温处理制得；
所述浮选镁砂、高纯镁砂、电熔镁铝尖晶石的质量比为(54～65)：(18～28)：(12～25)。
浮选镁砂是由低品位菱镁矿浮选制得，其具有高体积密度、高纯度、价格低廉等优点；但我们在研究中发现，浮选后烧成的镁砂晶体相比同品位烧结镁砂具有结晶粒度较大，晶间大气孔较多，气孔形状不规则等特点；同时浮选后镁砂中硅含量降低，有可能造成晶间的氧化钙成为游离钙存在，其作为原料复配时会导致制品的高温性能如抗热震稳定性、高温抗折性变差。而晶间存在的一定数量的大气孔也会使其作为原料复配时导致制品的抗侵蚀性能如抗水泥窑碱、氯、硫、硫酸盐等侵蚀性降低，进一步对其使用性能造成一定影响。
为此，我们经过深入研究后选择高纯镁砂、电熔镁铝尖晶石和煅烧氧化铝与其复配，同时控制四者的质量比例，充分利用浮选镁砂与煅烧氧化铝形成的原位镁铝尖晶石的热失配机理，从而解决了浮选镁砂作为原料存在的问题，并充分发挥其高体积密度、高纯度等优点。经检验，所得镁铝尖晶石砖兼具低气孔率和高体积密度，此外还具有良好的高温韧性、抗侵蚀性能以及热震稳定性，改善了在窑衬耐火材料研发制备中为提高热震稳定性就必须保留相当高的气孔率，从而降低材料的强度和抗侵蚀能力的矛盾。
优选地，所述浮选镁砂、高纯镁砂、电熔镁铝尖晶石的质量比为(54～60)：(19～28)：(13～22)。
优选地，各主要原料的指标如下：
所述浮选镁砂的主要指标为：MgO含量为97.63％，SiO2含量为≤0.5％，CaO含量≤1.0％，体积密度≥3.3g/cm3，粒度为200目。
所述高纯镁砂的主要指标为：Al2O3含量≤0.1％，MgO含量≥97％，SiO2含量为≤1.0％，CaO含量≤1.5％，粒度为180目。
所述电熔镁铝尖晶石的主要指标为：Al2O3含量≥65％，CaO含量≤1.0％，MgO≥30％，SiO2含量为≤0.5％，体积密度≥3.3g/cm3。
我们进一步研究发现，通过控制主要原料的粒度级配可制备出致密化程度较高的镁铝尖晶石砖，降低了制品的气孔率，提高了制品的高温韧性和高温使用性能，从而解决了耐火材料在使用过程中水泥窑碱、氯、硫、硫酸盐的侵蚀，以及水泥窑因机械应力对于窑衬耐火材料损坏等问题。
优选地，控制所述浮选镁砂的粒度级配为：5～3mm浮选镁砂7％、3～1mm浮选镁砂22％、1～0mm浮选镁砂25％。
优选地，控制所述电熔镁铝尖晶石的粒度级配为：3～1mm电熔镁铝尖晶石13％、1～0mm电熔镁铝尖晶石5％。
作为本发明的优选实施方式之一，部分原料的粒度级配及质量百分比为：粒度5～3mm浮选镁砂7-8％，粒度3～1mm浮选镁砂20-28％，粒度1～0mm浮选镁砂23-28％；粒度3～1mm电熔镁铝尖晶石7-13％，粒度1～0mm电熔镁铝尖晶石2-7％。
为了进一步提高耐火材料的性能，所述原料还包括煅烧氧化铝粉。随其加入量的提高，所得镁铝尖晶石砖的显气孔率进一步降低、体积密度进一步提高，但所述煅烧氧化铝粉的添加量不应超过原料总质量的10％，否则易因溶体粘度增大导致镁铝尖晶石砖在使用过程中挂窑皮性能降低，缩短材料的使用寿命。
所述煅烧氧化铝粉的主要指标为：Al2O3含量≥99％，粒度为325目。
优选地，所述浮选镁砂、高纯镁砂、电熔镁铝尖晶石与煅烧氧化铝粉的质量比为(54-56)：(19～26)：(18-20)：(2-9)。
作为本发明的优选实施方式之一，部分原料的粒度级配及质量百分比为：粒度5～3mm浮选镁砂7-8％，粒度3～1mm浮选镁砂22-24％，粒度1～0mm浮选镁砂25-28％；粒度3～1mm电熔镁铝尖晶石10-13％，粒度1～0mm电熔镁铝尖晶石5-7％。
所述原料还包括结合剂。所述结合剂为水溶性糊精溶液，比重为1.22-1.23g/cm3。
本发明的第二目的是提供上述镁铝尖晶石砖的制备方法。
所述镁铝尖晶石砖的制备方法，包括：各原料混合后压制、干燥、烧结；
其中，所述混合过程包括：浮选镁砂与电熔镁铝尖晶石颗粒混合后再与结合剂混合，形成混合物A；高纯镁砂与混合物A混合，得到混合物料。
我们研究发现，简单直接地将各主要原料一次性混合，会导致物料不匀、颗粒包裹差等问题，不利于后期成型过程以及制品性能的提高；经过反复试验，最终确定采用上述混合顺序，所得物料更均匀，颗粒包裹程度更佳，进而提高后期成型率及制品性能。
优选地，煅烧氧化铝粉与高纯镁砂混合后再与混合物A混合。
优选地，所述烧结的温度控制在1600～1700℃之间，高温恒温3～4小时，总烧结时间为140～180小时。通过控制此条件，使得物料燃烧更充分，所得制品的综合性能更佳。
优选地，所述压制是采用630吨或1000吨级压力机实施。
优选地，所述干燥的温度控制在110～130℃之间，更有利于后续工序的顺利进行。
本发明的第三目的是提供一种镁铝尖晶石砖，其成分含量为：MgO81-85％，Al2O312-17％，CaO≤0.95％，SiO2≤0.49％。
本发明的第四目的是提供上述镁铝尖晶石砖在耐火材料中的应用。
优选所述镁铝尖晶石砖在协同处置水泥窑的窑衬中的应用。
进一步优选所述镁铝尖晶石砖在水泥回转窑的过渡带、烧成带部位的应用。
所述镁铝尖晶石砖具有优异的高温韧性、抗侵蚀性和热震稳定性，使用寿命达24个月以上，可有效提高水泥回转窑运转率，延长筒体使用寿命。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明辅以高纯镁砂以及电熔镁铝尖晶石与浮选镁砂复配，规避了浮选镁砂中因游离钙存在导致高温韧性差的缺点，以及晶间无规则气孔对抗侵蚀性能的影响。由此充分利用浮选镁砂的体积密度高的优势，使得镁铝尖晶石砖烧结致密化程度更高，可有效降低侵蚀性物质的渗透；同时镁铝尖晶石砖中较低的SiO2和CaO杂质含量减少了材料中低温相的形成，改善了材料的热震稳定性能。
此外，引入煅烧Al2O3细粉可在基质中原位形成分布均匀的尖晶石，而且随着尖晶石含量的增加会与基质中的预合成尖晶石形成大结晶或自身结晶，与方镁石形成直接结合，进一步降低了耐火材料的气孔率，提高了其体积密度，进一步提高了材料的热震稳定性和高温韧性。
综上，本发明所得镁铝尖晶石砖更适合在协同处置水泥窑中使用，且其使用寿命得到大大延长；同时也因其简单和环保的生产工艺、低廉的价格、较高的性价比使其具有良好的应用前景。
附图说明
图1为不同煅烧Al2O3细粉引入量所得耐火材料的高温抗折曲线。
图2为不同实施例所得耐火材料的热震后形貌。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
下述实施例中：
双螺旋预混机为VSH-2C/B型双螺旋锥形搅拌机，购自上海申银机械(集团)有限公司。
强力混炼机为R19型倾斜式强力混炼机，购自建湖申江机械有限公司。
压力机为HLDS-630T/B型电动螺旋压力机，购自郑州华隆机械有限公司。
下述实施例中采用的原料指标如下：
浮选镁砂：MgO含量为97.63％，SiO2含量为≤0.5％，CaO含量≤1.0％，体积密度≥3.3g/cm3。
电熔镁铝尖晶石：Al2O3含量≥65％，CaO含量≤1.0％，MgO≥30％，SiO2含量为≤0.5％，体积密度≥3.3g/cm3。
所述高纯镁砂：粒度为180目，Al2O3含量≤0.1％，MgO含量≥97％，SiO2含量为≤1.0％，CaO含量≤1.5％。
所述煅烧氧化铝粉：Al2O3含量≥99％，粒度为325目。
以上各原料购自开封和成无机非材料股份有限公司。
实施例1(无煅烧氧化铝粉)
本实施例提供一种浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖，由以下重量百分含量的组分外加以下组分总重量2.2％的水溶性糊精溶液(比重1.2)制备而成：
MgO含量97.63％的浮选镁砂54％、电熔镁铝尖晶石18％、高纯镁砂粉28％，其中5～3mm浮选镁砂7％，3～1mm浮选镁砂22％，1～0mm浮选镁砂25％；3～1mm电熔镁铝尖晶石13％，1～0mm电熔镁铝尖晶石5％。
上述浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖的制备方法，包括以下步骤：
a.按上述配比称取原料，将5.4kg的浮选镁砂颗粒和1.8kg的电熔镁铝尖晶石颗粒原料置于强力混炼机中混合2分钟，然后加入220ml水溶性糊精溶液混合4分钟；
b.将细粉原料2.8kg高纯镁砂细粉加入a中，预混时间为15分钟，得到混合物料；
c.将步骤b所得混合物料加入组装好的模具内，采用630吨级压力机压制成型得到砖坯；
d.在干燥窑干燥24小时以上，干燥窑入口温度小于70℃，干燥最高温度控制在110～130℃。
e.在箱式电阻炉中烧成，烧成温度1600℃，在高温恒温4小时，总的烧成时间在140～180小时。
实施例2(无煅烧氧化铝粉)(M2)
一种浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖，由以下重量百分含量的组分外加以下组分总重量2.2％的水溶性糊精溶液(比重1.2)制备而成：
MgO含量97.63％的浮选镁砂54％、电熔镁铝尖晶石18％、高纯镁砂粉28％，其中5～3mm浮选镁砂7％，3～1mm浮选镁砂22％，1～0mm浮选镁砂25％；3～1mm电熔镁铝尖晶石13％，1～0mm电熔镁铝尖晶石5％。
上述浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖的制备方法，包括以下步骤：
c.按上述配比称取原料，将5.4kg的浮选镁砂颗粒和1.8kg的电熔镁铝尖晶石颗粒原料置于强力混炼机中混合2分钟，然后加入220ml水溶性糊精溶液混合4分钟；
d.将细粉原料2.8kg高纯镁砂细粉加入a中，预混时间为15分钟，得到混合物料；
c.将步骤b所得混合物料加入组装好的模具内，采用630吨级压力机压制成型得到砖坯；
d.在干燥窑干燥24小时以上，干燥窑入口温度小于70℃，干燥最高温度控制在110～130℃。
e.在箱式电阻炉中烧成，烧成温度1650℃，在高温恒温4小时，总的烧成时间在140～180小时。
实施例3(无煅烧氧化铝粉)
一种浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖，由以下重量百分含量的组分外加以下组分总重量2.2％的水溶性糊精溶液(比重1.2)制备而成：
MgO含量97.63％的浮选镁砂54％、电熔镁铝尖晶石18％、高纯镁砂粉28％，其中5～3mm浮选镁砂7％，3～1mm浮选镁砂22％，1～0mm浮选镁砂25％；3～1mm电熔镁铝尖晶石13％，1～0mm电熔镁铝尖晶石5％。
上述浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖的制备方法，包括以下步骤：
a.按上述配比称取原料，将5.4kg的浮选镁砂颗粒和1.8kg的电熔镁铝尖晶石颗粒原料置于强力混炼机中混合2分钟，然后加入220ml水溶性糊精溶液混合4分钟；
b.将细粉原料2.8kg高纯镁砂细粉加入a中，预混时间为15分钟，得到混合物料；
c.将步骤b所得混合物料加入组装好的模具内，采用630吨级压力机压制成型得到砖坯；
d.在干燥窑干燥24小时以上，干燥窑入口温度小于70℃，干燥最高温度控制在110～130℃。
e.在箱式电阻炉中烧成，烧成温度1700℃，在高温恒温4小时，总的烧成时间在140～180小时。
实施例4(无煅烧氧化铝粉)
一种浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖，由以下重量百分含量的组分外加以下组分总重量2.2％的水溶性糊精溶液(比重1.2)制备而成：
MgO含量97.63％的浮选镁砂57％、电熔镁铝尖晶石15％、高纯镁砂粉28％，其中5～3mm浮选镁砂7％，3～1mm浮选镁砂22％，1～0mm浮选镁砂28％；3～1mm电熔镁铝尖晶石13％，1～0mm电熔镁铝尖晶石2％。
上述浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖的制备方法，包括以下步骤：
a.按上述配比称取原料，将将5.7kg的浮选镁砂颗粒和1.5kg的电熔镁铝尖晶石颗粒原料置于强力混炼机中混合2分钟，然后加入220ml水溶性糊精溶液混合4分钟；
b.将细粉原料2.8kg高纯镁砂细粉加入a中，预混时间为15分钟，得到混合物料；
c.将步骤b所得混合物料加入组装好的模具内，采用630吨级压力机压制成型得到砖坯；
d.在干燥窑干燥24小时以上，干燥窑入口温度小于70℃，干燥最高温度控制在110～130℃。
e.在箱式电阻炉中烧成，烧成温度1650℃，在高温恒温4小时，总的烧成时间在140～180小时。
实施例5(无煅烧氧化铝粉)
一种浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖，由以下重量百分含量的组分外加以下组分总重量2.2％的水溶性糊精溶液(比重1.2)制备而成：
MgO含量97.63％的浮选镁砂60％、电熔镁铝尖晶石12％、高纯镁砂粉28％，其中5～3mm浮选镁砂7％，3～1mm浮选镁砂28％，1～0mm浮选镁砂25％；3～1mm电熔镁铝尖晶石7％，1～0mm电熔镁铝尖晶石5％。
上述浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖的制备方法，包括以下步骤：
a.按上述配比称取原料，将将6.0kg的浮选镁砂颗粒和1.2kg的电熔镁铝尖晶石颗粒原料置于强力混炼机中混合2分钟，然后加入220ml水溶性糊精溶液混合4分钟；
b.将细粉原料2.8kg高纯镁砂细粉加入a中，预混时间为15分钟，得到混合物料；
c.将步骤b所得混合物料加入组装好的模具内，采用630吨级压力机压制成型得到砖坯；
d.在干燥窑干燥24小时以上，干燥窑入口温度小于70℃，干燥最高温度控制在110～130℃。
e.在箱式电阻炉中烧成，烧成温度1650℃，在高温恒温4小时，总的烧成时间在140～180小时。
实施例6(无煅烧氧化铝粉)
一种浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖，由以下重量百分含量的组分外加以下组分总重量2.2％的水溶性糊精溶液(比重1.2)制备而成：
MgO含量97.63％的浮选镁砂50％、电熔镁铝尖晶石22％、高纯镁砂粉28％，其中5～3mm浮选镁砂7％，3～1mm浮选镁砂20％，1～0mm浮选镁砂23％；3～1mm电熔镁铝尖晶石15％，1～0mm电熔镁铝尖晶石7％。
上述浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖的制备方法，包括以下步骤：
a.按上述配比称取原料，将将5.0kg的浮选镁砂颗粒和2.2kg的电熔镁铝尖晶石颗粒原料置于强力混炼机中混合2分钟，然后加入220ml水溶性糊精溶液混合4分钟；
b.将细粉原料2.8kg高纯镁砂细粉加入a中，预混时间为15分钟，得到混合物料；
c.将步骤b所得混合物料加入组装好的模具内，采用630吨级压力机压制成型得到砖坯；
d.在干燥窑干燥24小时以上，干燥窑入口温度小于70℃，干燥最高温度控制在110～130℃。
e.在箱式电阻炉中烧成，烧成温度1650℃，在高温恒温4小时，总的烧成时间在140～180小时。
实施例7(无煅烧氧化铝粉)
一种浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖，由以下重量百分含量的组分外加以下组分总重量2.2％的水溶性糊精溶液(比重1.2)制备而成：
MgO含量97.63％的浮选镁砂59％、电熔镁铝尖晶石13％、高纯镁砂粉28％，其中5～3mm浮选镁砂7％，3～1mm浮选镁砂25％，1～0mm浮选镁砂27％；3～1mm电熔镁铝尖晶石10％，1～0mm电熔镁铝尖晶石3％。
上述浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖的制备方法，包括以下步骤：
a.按上述配比称取原料，将将5.9kg的浮选镁砂颗粒和1.3kg的电熔镁铝尖晶石颗粒原料置于强力混炼机中混合2分钟，然后加入220ml水溶性糊精溶液混合4分钟；
b.将细粉原料2.8kg高纯镁砂细粉加入a中，预混时间为15分钟，得到混合物料；
c.将步骤b所得混合物料加入组装好的模具内，采用630吨级压力机压制成型得到砖坯；
d.在干燥窑干燥24小时以上，干燥窑入口温度小于70℃，干燥最高温度控制在110～130℃。
e.在箱式电阻炉中烧成，烧成温度1650℃，在高温恒温4小时，总的烧成时间在140～180小时。
实施例8(含煅烧氧化铝粉)(M3)
一种浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖，由以下重量百分含量的组分外加以下组分总重量2.5％的水溶性糊精溶液(比重1.2)制备而成：
MgO含量97.63％的浮选镁砂54％、电熔镁铝尖晶石18％、高纯镁砂粉26％，煅烧氧化铝微粉2％，其中5～3mm浮选镁砂7％，3～1mm浮选镁砂22％，1～0mm浮选镁砂25％；3～1mm电熔镁铝尖晶石13％，1～0mm电熔镁铝尖晶石5％。
上述浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖的制备方法，包括以下步骤：
a.按上述配比称取原料，将将5.4kg的浮选镁砂颗粒和1.8kg的电熔镁铝尖晶石颗粒原料置于强力混炼机中混合2分钟，然后加入230ml水溶性糊精溶液混合4分钟；
b.将细粉原料2.6kg高纯镁砂细粉和0.2kg煅烧氧化铝微粉加入a中，预混时间为15分钟，得到混合物料；
c.将步骤b所得混合物料加入组装好的模具内，采用630吨级压力机压制成型得到砖坯；
d.在干燥窑干燥24小时以上，干燥窑入口温度小于70℃，干燥最高温度控制在110～130℃。
e.在箱式电阻炉中烧成，烧成温度1650℃，在高温恒温4小时，总的烧成时间在140～180小时。
实施例9(含煅烧氧化铝粉)(M4)
一种浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖，由以下重量百分含量的组分外加以下组分总重量2.5％的水溶性糊精溶液(比重1.2)制备而成：
MgO含量97.63％的浮选镁砂54％、电熔镁铝尖晶石18％、高纯镁砂粉23％，煅烧氧化铝微粉5％，其中5～3mm浮选镁砂7％，3～1mm浮选镁砂22％，1～0mm浮选镁砂25％；3～1mm电熔镁铝尖晶石13％，1～0mm电熔镁铝尖晶石5％。
上述浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖的制备方法，包括以下步骤：
a.按上述配比称取原料，将将5.4kg的浮选镁砂颗粒和1.8kg的电熔镁铝尖晶石颗粒原料置于强力混炼机中混合2分钟，然后加入230ml水溶性糊精溶液混合4分钟；
b.将细粉原料2.3kg高纯镁砂细粉和0.5kg煅烧氧化铝微粉加入a中，预混时间为15分钟，得到混合物料；
c.将步骤b所得混合物料加入组装好的模具内，采用630吨级压力机压制成型得到砖坯；
d.在干燥窑干燥24小时以上，干燥窑入口温度小于70℃，干燥最高温度控制在110～130℃。
e.在箱式电阻炉中烧成，烧成温度1650℃，在高温恒温4小时，总的烧成时间在140～180小时。
实施例10(含煅烧氧化铝粉)
一种浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖，由以下重量百分含量的组分外加以下组分总重量2.5％的水溶性糊精溶液(比重1.2)制备而成：
MgO含量97.63％的浮选镁砂54％、电熔镁铝尖晶石18％、高纯镁砂粉19％，煅烧氧化铝微粉9％，其中5～3mm浮选镁砂7％，3～1mm浮选镁砂22％，1～0mm浮选镁砂25％；3～1mm电熔镁铝尖晶石13％，1～0mm电熔镁铝尖晶石5％。
上述浮选镁砂热失配增韧低杂质镁铝尖晶石砖的制备方法，包括以下步骤：
a.按上述配比称取原料，将将5.4kg的浮选镁砂颗粒和1.8kg的电熔镁铝尖晶石颗粒原料置于强力混炼机中混合2分钟，然后加入230ml水溶性糊精溶液混合4分钟；
b.将细粉原料1.9kg高纯镁砂细粉和0.9kg煅烧氧化铝微粉加入a中，预混时间为15分钟，得到混合物料；
c.将步骤b所得混合物料加入组装好的模具内，采用630吨级压力机压制成型得到砖坯；
d.在干燥窑干燥24小时以上，干燥窑入口温度小于70℃，干燥最高温度控制在110～130℃。
e.在箱式电阻炉中烧成，烧成温度1650℃，在高温恒温4小时，总的烧成时间在140～180小时。
对比例1
目前市售最常用的耐火产品M1(以烧结镁砂为主要原料)。
效果验证
1、将上述实施例所得镁铝尖晶石砖与对比例所得耐火材料的性能进行测试，结果如下：
表1对比测试数据
Figure BDA0002827429460000131
从表1可以看出：
(1)采用高体积密度、高纯浮选镁砂制备的镁铝尖晶石砖M2与镁铝尖晶石砖M1相比，常温耐压强度(满足行业要求>55MPa即可)以及荷重软化温度整体差异不大，但M2具有更高的体积密度2.95g/cm3，更低的气孔率16.6％(低于M1的气孔率17.1％)。
对于耐火材料而言，气孔率和体积密度数值上微小的变化，都会对制品的性能造成非常大的影响。基于上述测试结果可以证明，本发明所得镁铝尖晶石砖烧结致密化程度更高，可有效降低侵蚀性物质的渗透。
(2)当煅烧Al2O3细粉加入量增加时，显气孔率降低，体积密度增加，M3显气孔率和体积密度分别为15％和3.01g/cm3；进一步增加，M4显气孔率进一步降低至14.5％，体积密度升高到3.03g/cm3。
2、为进一步表征材料的高温性能，分别对M2、M3和M4，以及镁铝尖晶石砖M1进行了水冷热震测试，热震后形貌如图2。
其中镁铝尖晶石砖M1水冷热震次数为12次，浮选镁砂制备的镁铝尖晶石砖M2中较低的SiO2和CaO杂质含量减少了材料中低温相的形成，改善了材料的热震稳定性能，水冷热震次数大于25次。随着煅烧Al2O3细粉引入量增加，M3和M4水冷热震次数也均大于25次，且热震后形貌更为完整。
此外，随着煅烧Al2O3细粉引入量的增加，气孔率降低且逐渐变得致密，高温抗折强度不断增大且表现出一定的高温韧性如图1所示，可见并不是直接的脆性断裂，而是在一定时间内抵抗应力冲击。
在用浮选镁砂制备镁铝尖晶石砖的基质中因煅烧Al2O3细粉的引入，与氧化镁形成分布均匀的原位镁铝尖晶石，并随着煅烧Al2O3细粉引入量的增加镁铝尖晶石含量增多。当受到热冲击时，基质中的尖晶石与方镁石热膨胀系数失配(方镁石13.5×10-6K-1，尖晶石8×10-6K-1)形成了均匀分布的微裂纹，提高了材料的热震稳定性和高温韧性。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种协同处置水泥窑用镁铝尖晶石砖，其特征在于，以浮选镁砂、高纯镁砂、电熔镁铝尖晶石为主要原料，经高温处理制得；所述原料还包括煅烧氧化铝粉；
所述浮选镁砂、高纯镁砂、电熔镁铝尖晶石与煅烧氧化铝粉的质量比为（54-56）：（19-26）：（18-20）：（2-9）；
所述浮选镁砂的主要指标为：MgO含量为97.63%，SiO2含量为≤0.5%，CaO含量≤1.0%，体积密度≥3.3g/cm3，粒度为200目。
2.根据权利要求1所述的镁铝尖晶石砖，其特征在于，所述高纯镁砂的主要指标为：Al2O3含量≤0.1%，MgO含量≥97%，SiO2含量为≤1.0%，CaO含量≤1.5%，粒度为180目；
和/或，所述电熔镁铝尖晶石的主要指标为： Al2O3含量≥65%，CaO含量≤1.0%，MgO≥30%，SiO2含量为≤0.5%，体积密度≥3.3 g/cm3。
3.根据权利要求1或2所述的镁铝尖晶石砖，其特征在于，所述原料中的粒度级配及质量百分比为：粒度5~3mm浮选镁砂7-8%，粒度3~1mm浮选镁砂20-28%，粒度1~0mm浮选镁砂23-28%；粒度3~1mm电熔镁铝尖晶石7-13%，粒度1~0mm电熔镁铝尖晶石2-7%。
4.根据权利要求3所述的镁铝尖晶石砖，其特征在于，所述原料中的粒度级配及质量百分比为：粒度5~3mm浮选镁砂7-8%，粒度3~1mm浮选镁砂22-24%，粒度1~0mm浮选镁砂25-28%；粒度3~1mm电熔镁铝尖晶石10-13%，粒度1~0mm电熔镁铝尖晶石5-7%。
5.根据权利要求4所述的镁铝尖晶石砖，其特征在于，控制所述浮选镁砂的粒度级配及质量百分比为：5~3mm浮选镁砂7%、3~1mm浮选镁砂22%、1~0mm浮选镁砂25%；
和/或，控制所述电熔镁铝尖晶石的粒度级配及质量百分比为：3~1 mm电熔镁铝尖晶石13%、1~0 mm电熔镁铝尖晶石5%。
6.权利要求1-5任一项所述镁铝尖晶石砖的制备方法，其特征在于，包括：各原料混合后压制、干燥、烧结；
其中，所述混合过程包括：浮选镁砂与电熔镁铝尖晶石颗粒混合后再与结合剂混合，形成混合物A；高纯镁砂和煅烧氧化铝粉与混合物A混合，得到混合物料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度控制在1600~1700℃之间，高温恒温3~4小时，总烧结时间为140~180小时；
和/或，所述压制是采用630吨或1000吨级压力机实施；
和/或，所述干燥的温度控制在110~130℃之间。
8.权利要求1-5任一项所述镁铝尖晶石砖在耐火材料中的应用。
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