一種穩(wěn)定鎂鈣砂及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于堿性耐火原料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種穩(wěn)定鎂鈣砂及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂鈣材料具有優(yōu)良的高溫性能和使用效果，能夠取代鎂鉻磚用于水泥窯高溫帶，避免六價鉻的污染，是一種無環(huán)境污染的耐火材料。生產(chǎn)鎂鈣材料所用的原料白云石和石灰石礦蘊藏量大，遠(yuǎn)比菱鎂礦資源豐富；而且鎂白云石礦分布廣泛，幾乎每個省都有，在使用過程中可就地取材，發(fā)展鎂鈣材料更經(jīng)濟合理。鎂鈣耐火材料已成為堿性耐火材料的發(fā)展趨勢。
[0003]我國的鎂鈣材料主要應(yīng)用在AOD、VOD精煉爐爐襯，其應(yīng)用范圍還不夠廣泛。北美和歐洲的一些國家在水泥回轉(zhuǎn)窯高溫帶已用鎂鈣磚取代了鎂鉻磚的主導(dǎo)地位。由于我國水泥窯的運轉(zhuǎn)率低，鎂鈣磚在水泥窯生產(chǎn)間歇期因水化被分解成碎散狀態(tài)，不能夠在水泥窯燒成帶中得到廣泛應(yīng)用。鎂鈣材料在生產(chǎn)、運輸和存放過程中都需要有很好的防水化措施，給鎂鈣產(chǎn)品的應(yīng)用帶來很大困難，易水化性是制約鎂鈣材料廣泛應(yīng)用的主要因素。因此，要發(fā)展鎂鈣材料，需解決鎂鈣材料易水化特性。
[0004]目前提高鎂鈣材料抗水化性的措施主要集中在提高原料燒結(jié)溫度、添加燒結(jié)劑和材料表面涂抹有機物來達到降低CaO與H2O反應(yīng)活性，提高抗水化的目的，但鎂鈣材料中的CaO仍以游離態(tài)的形式存在，很難解決易水化的特性。
[0005]目前對合成穩(wěn)定鎂鈣砂的研究很少，王林利用白云石和石棉尾礦生產(chǎn)穩(wěn)定的鎂鈣耐火材料(王林，利用白云石和石棉尾礦生產(chǎn)穩(wěn)定的鎂鈣材料研究[J].非金屬礦，2003(4): 19-21)，提高了白云石和石棉尾礦的利用率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足之處而提供一種穩(wěn)定鎂鈣砂及其制備方法。該產(chǎn)品中的CaO以結(jié)合態(tài)的β -2Ca0.S1jP 3Ca0.S12存在，根本上解決鎂鈣材料易水化的缺點，能夠滿足長期存放和應(yīng)用的要求，從而能夠擴展鎂鈣材料的應(yīng)用范圍。
[0007]本發(fā)明采用輕燒白云石、輕燒鎂砂和硅石細(xì)粉為主要原料合成穩(wěn)定鎂鈣材料，原料中的雜質(zhì)相對較少，荷重軟化溫度高；其CaO在燒結(jié)過程中形成結(jié)合態(tài)的β -2Ca0.S12和3Ca0.S12，其抗水化性能能夠得到很大的改善。合成的穩(wěn)定鎂鈣砂在無防水化措施的條件下，能夠滿足長期存放和應(yīng)用的要求，能進一步拓展白云石的應(yīng)用領(lǐng)域。穩(wěn)定鎂鈣砂來制備穩(wěn)定鎂鈣材料取代部分的鎂質(zhì)耐火材料，可節(jié)省有限的菱鎂礦資源。
[0008]本發(fā)明的目的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明的穩(wěn)定鎂鈣砂是由重量百分比為:53?55%的輕燒白云石、32.5?35.5%的輕燒鎂砂、11?14%的硅石細(xì)粉、I?1.5%的穩(wěn)定劑、I?1.5%的作為燒結(jié)劑的Fe2O3經(jīng)過混合、成型、干燥、在1650?1700°C條件下保溫3?6小時煅燒而成。。
[0009]本發(fā)明所述的穩(wěn)定劑為Ca3 (PO4)2或H3BO3的一種。
[0010]所述的輕燒白云石各主要成分質(zhì)量百分含量為:MgO 37?42%, CaO 54?59%,S12 0.5?3%，Al2O3 0.3?0.8%，F(xiàn)e2O3 0.5?1.5% ;輕燒鎂砂的各主要成分質(zhì)量百分含量為:MgO 90 ?95%, CaO I ?5%, S12 0.5 ?5%, Al2O3 0.2 ?0.8%, Fe2O3 0.3 ?0.6% ;硅石細(xì)粉各主要成分質(zhì)量百分含量為=S12 96?99%，Al2O3 0.2?0.6%, Fe2O3 0.2?0.5% ;所述輕燒鎂砂、硅石細(xì)粉、穩(wěn)定劑和燒結(jié)劑的粒度均小于0.074mm。
[0011]所述的穩(wěn)定鎂鈣砂中CaO含量為28?32%，Ca0/Si02 (摩爾比)在2.3?3.0。
[0012]本發(fā)明所述穩(wěn)定鎂鈣砂的制備方法是采用下述步驟來實現(xiàn)的:
a、稱取原料:按重量百分比稱取53?55%輕燒白云石、32.5?35.5%輕燒鎂砂、11?14%硅石細(xì)粉；外加I?1.5%穩(wěn)定劑、I?1.5%燒結(jié)劑；
b、輕燒白云石消化:將輕燒白云石加水使其充分消化；
C、濕法共磨:原料放入滾筒磨中，加水濕法共磨I小時，使其原料混合均勻，粒度^ 0.044mm ；
d、成型、干燥:將共磨的混合料脫水后擠出或壓制成型，在60?110°C的條件下充分烘干，得到坯體；
e、高溫?zé)?將坯體放入電爐中煅燒，燒成溫度為1650?1700°C，保溫3?6小時，冷卻后破碎成顆粒得到穩(wěn)定鎂鈣砂。
[0013]本發(fā)明制備的穩(wěn)定鎂鈣砂的顯氣孔率彡5.0%;其主要物相組成為:方鎂石、β -2Ca0.S12^P 3Ca0.S120
[0014]本發(fā)明的有益效果如下:
本發(fā)明以輕燒白云石、輕燒菱鎂礦和硅石細(xì)粉為主要原料合成穩(wěn)定鎂鈣砂，原料較純，雜質(zhì)少。采用濕法工藝制備穩(wěn)定鎂鈣砂，產(chǎn)生的粉塵少。XRD衍射表明，穩(wěn)定鎂鈣砂的主晶相為方鎂石、β -2Ca0.S1JP 3Ca0.S1 2，三者的最低熔點高，采用穩(wěn)定鎂鈣砂制備的燒成鎂鈣磚，其荷重軟化溫度> 1650°C，保持了鎂鈣材料良好的高溫性能。穩(wěn)定鎂鈣砂在常溫條件下性能穩(wěn)定，抗水化性能優(yōu)良，在無防水化措施的環(huán)境下，能夠滿足常規(guī)堿性耐火磚的生產(chǎn)、長期存放和使用的要求，可拓展鎂鈣材料的使用領(lǐng)域，其制品有很好的應(yīng)用前景。
[0015]本發(fā)明的經(jīng)濟和社會意義:
生產(chǎn)堿性耐火材料所需的原料主要有菱鎂礦和白云石等，其中白云石資源遠(yuǎn)比菱鎂石資源豐富，并且價格低廉。以白云石為主要原料生產(chǎn)的鎂鈣材料，其高溫性能優(yōu)良且對環(huán)境無任何污染。開發(fā)鎂鈣材料滿足耐火材料“低碳”和“綠色”的發(fā)展要求。普通鎂鈣產(chǎn)品的易水化性使其在應(yīng)用范圍上受到很大限制。穩(wěn)定鎂鈣材料不易水化，與普通鎂鈣相比應(yīng)用范圍更廣，且穩(wěn)定鎂鈣制品荷重軟化溫度> 1650°C，可用于取代部分的鎂質(zhì)和鎂鉻質(zhì)材料，節(jié)省有限的菱鎂礦資源，減少含鉻材料的應(yīng)用。
【附圖說明】
[0016]圖1為穩(wěn)定鎂鈣砂的物相組成。
[0017]圖2為穩(wěn)定鎂鈣材料的顯微結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明以下將結(jié)合實施例作進一步描述:
實施例1:
按照重量百分比分別稱取輕燒白云石54.5%、輕燒鎂砂31.5%和石英砂細(xì)粉14% ;外力口1.0%的Fe2O3,1.5%的Ca3(P04)2。輕燒白云石加水使其充分消化；將各原料放入滾筒磨中濕法共磨I小時，使其原料混合均勻、粒度< 0.044mm ;混合料脫水后擠出成型，在60?110°C條件下干燥；坯體干燥后放入電爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1650°C保溫5小時，冷卻后將其破碎成顆粒得到穩(wěn)定鎂鈣砂。
[0019]實施例2:
外加1.0%的H3BO3取代1.5%的Ca 3(PO4)2，其余步驟同實施例1。
[0020]實施例1和實施例2中穩(wěn)定鎂鈣砂中CaO含量為31%，Ca0/Si02摩爾比為2.3。
[0021]實施例3:
按照重量百分比分別稱取輕燒白云石53.5%、輕燒鎂砂34%和石英砂細(xì)粉12.5% ;外力口1.5%的Fe2O3,1.0%的Ca3 (PO4)2。輕燒白云石加水使其充分消化；將各原料放入滾筒磨中濕法共磨I小時，使其原料混合均勻、粒度< 0.044mm ;混合料脫水后本擠出成球，在60?110°C條件下干燥；坯體干燥后放入電爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1700°C保溫3小時，冷卻后將其破碎成顆粒得到穩(wěn)定鎂鈣砂。
[0022]實施例4:
外加1%的H3BO3取代1.0%的Ca 3 (PO4)2，其余步驟同實施例3。
[0023]實施例3和實施例4中穩(wěn)定鎂鈣砂中CaO含量為30.5%，Ca0/Si02摩爾比為2.6。
[0024]實施例5:
按照重量百分比分別稱取輕燒白云石53%、輕燒鎂砂36%和石英砂細(xì)粉11% ;外加1.5%的Fe2O3,1.0%的Ca3(P04)2。輕燒白云石加水使其充分消化；將各原料放入滾筒磨中濕法共磨I小時，使其原料混合均勻、粒度< 0.044mm ;混合料壓制成型，在60?110°C條件下干燥；坯體干燥后放入電爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1700°C保溫3小時，冷卻后得到穩(wěn)定鎂鈣砂。
[0025]實施例6:
外加1.0%的H3BO3取代1.0%的Ca 3 (PO4)2，，其余步驟同實施例5。
[0026]實施例5和實施例6中穩(wěn)定鎂鈣砂中CaO含量為29.5%，Ca0/Si02摩爾比為2.9。
【主權(quán)項】
1.一種穩(wěn)定鎂鈣砂，其特征在于:它是由重量百分比為:53?55%的輕燒白云石、32.5?35.5%的輕燒鎂砂、11?14%的硅石細(xì)粉、I?1.5%的穩(wěn)定劑、I?1.5%的作為燒結(jié)劑的Fe2O3經(jīng)過混合、成型、干燥、在1650?1700°C條件下保溫3?6小時煅燒而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定鎂鈣砂，其特征在于:所述的穩(wěn)定劑為Ca3(PO4) 2或H3BO3的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定鎂鈣砂，其特征在于:所述的輕燒白云石各主要成分質(zhì)量百分含量為:MgO 37 ?42%，CaO 54 ?59%，S12 0.5 ?3%，Al2O3 0.3 ?0.8%，F(xiàn)e2O3 0.5 ?1.5% ;輕燒鎂砂的各主要成分質(zhì)量百分含量為:MgO 90?95%，CaO I?5%，S12 0.5?5%，Al2O3 0.2?0.8%, Fe2O3 0.3?0.6% ;硅石細(xì)粉各主要成分質(zhì)量百分含量為=S12 96?99%，Al2O3 0.2?0.6%,Fe2O3 0.2?0.5% ;所述輕燒鎂砂、硅石細(xì)粉、穩(wěn)定劑和燒結(jié)劑的粒度均小于 0.074mm。
4.一種用于制備權(quán)利要求1所述穩(wěn)定鎂鈣砂的方法，其特征在于:所述方法采用下述步驟來實現(xiàn): a、稱取原料:按重量百分比稱取53?55%輕燒白云石、32.5?35.5%輕燒鎂砂、11?14%硅石細(xì)粉；外加I?1.5%穩(wěn)定劑、I?1.5%燒結(jié)劑； b、輕燒白云石消化:將輕燒白云石加水使其充分消化； C、濕法共磨:原料放入滾筒磨中，加水濕法共磨I小時，使其原料混合均勻，粒度^ 0.044mm ； d、成型、干燥:將共磨的混合料脫水后擠出或壓制成型，在60?110°C的條件下充分烘干，得到坯體； e、高溫?zé)?將坯體放入電爐中煅燒，燒成溫度為1650?1700°C，保溫3?6小時，冷卻后破碎成顆粒得到穩(wěn)定鎂鈣砂。
【專利摘要】一種穩(wěn)定鎂鈣砂，其特征在于：它是由重量百分比為：53～55%的輕燒白云石、32.5～35.5%的輕燒鎂砂、11～14%的硅石細(xì)粉、1～1.5%的穩(wěn)定劑、1～1.5%的作為燒結(jié)劑的Fe2O3，經(jīng)過混合、成型、干燥、1650～1700℃保溫3～6小時煅燒而成。本發(fā)明的穩(wěn)定鎂鈣砂保持了良好的高溫性能，其CaO以結(jié)合態(tài)的β-2CaO·SiO2和3CaO·SiO2存在，解決了鎂鈣材料的易水化問題；在無防水化措施的條件下，能夠滿足生產(chǎn)、長期存放和應(yīng)用的要求。該產(chǎn)品在高溫下的主要平衡物相組成為：方鎂石、β-2CaO·SiO2和3CaO·SiO2，均為高熔點的礦物相，三者的最低共熔點溫度約1850℃；采用穩(wěn)定鎂鈣砂制備燒成磚，其荷重軟化溫度﹥1650℃，保持了鎂鈣材料良好的高溫性能。
【IPC分類】C04B35-66, C04B35-622
【公開號】CN104591759
【申請?zhí)枴緾N201510068842
【發(fā)明人】趙飛, 葛鐵柱, 鐘香崇, 任楨, 馬成良, 孟維
【申請人】鄭州大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年2月10日