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CN109626970B - 一种有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料及其制备方法 - Google Patents

一种有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料及其制备方法 Download PDF

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CN109626970B CN201910127262.7A CN201910127262A CN109626970B CN 109626970 B CN109626970 B CN 109626970B CN 201910127262 A CN201910127262 A CN 201910127262A CN 109626970 B CN109626970 B CN 109626970B
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Abstract

一种有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料，适用于有色冶炼熔化熔炉的液线下方炉壁位置，所述耐火材料的组成成分为：铝铬共熔体、镁铬尖晶石、镁铝尖晶石、α氧化铝微粉、铝镁尖晶石和凝胶结合剂。本发明使用相对易得、廉价的铝铬共熔体、镁铬尖晶石、镁铝尖晶石、α氧化铝微粉和铝镁尖晶石烧制的陶瓷作原料，干混，加水压制，经干燥、窑烧、保温，最终制得一种有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料。镁铬尖晶石与阿尔法氧化铝微粉与铝镁尖晶石共同烧制的陶瓷可以降低材料的气孔率与气孔孔径，减少熔渣在耐火材料中的积存，提高了材料的抗渗透性。因此，在多种材料共同作用下，本发明熔炉液线下方炉壁用耐火材料具有良好的性能指标。

Description

一种有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，具体为一种有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料。
背景技术
我国是有色金属生产大国，随着我国的交通、能源、建筑、机电、通讯、汽车、家用电器等的发展之快及我国周边国家像日本和韩国 资源贫乏国家需要进口大量有色金属，各种类型的复合材料、合金、超薄铜板、管材及化工产品有着广泛的国内外市场，产能不断扩大，随之产生的一系列如：技术老化、设备陈旧、能耗高、成本高、环境污染严重、矿山资源紧张、回收率低等问题亟需解决。特别是随着电子产品的快速迭代，我国正迈入电子产品报废高峰期。面对逐年扩张的电子废物规模，一方面，海量电子垃圾泛滥造成的环境污染日益侵蚀人们的生存空间，另一方面，游商游贩遍地开花，粗放的作坊式电子垃圾处理市场野蛮生长，二噁英等剧毒、有毒有害成分对于大气、土壤、地下水等污染严重，而且提取贵金属工艺，贵金属回收率低，是国家明令禁止的淘汰工艺。如何合理有效的处置及回收电子垃圾—“城市矿产”，实现灰色产业转向绿色经济，是制约有色行业发展的技术瓶颈。
世界最有效的无害的处理方法，现有日本、比利时等国家的再生企业具有先进的处理技术和装备，其技术世界领先。中国依然采用传统方法，简单，原始、落后，国内尚无有效的先进的无污染处理技术。国内一直是引进国外日本、比利时的熔炼炉，其炉衬材料使用寿命为1个多月，有的甚至更短。为了推动有色行业的快速发展，提高有色金属冶炼工艺水平，结合目前有色冶金过程的强化(强化冶炼的比重加大)对耐火材料的使用性能要求，本项目主要就提升有色冶炼特殊和关键、苛刻部位的材料品质，延长高温窑炉炉衬使用寿命，以实现生产过程更加绿色环保展开技术研究。
国内某有色院自行设计的NRTS炉是中国首座电子垃圾熔融-精炼炉，可有效处理电子废料、工业废渣、低品位杂铜和阳极泥等废物料，且稀贵金属回收率较高，其熔炼技术超过国外水平。但是由于苛刻的熔炼环境，要求内衬材料必须有较强的耐酸碱性、抗高温及耐金属渣侵蚀性强等特性，因此，现用材料寿命较低，已无法满足正常使用。因此，亟需研制一种节能环保型先进电子垃圾和有色固废熔炼-精炼炉用高性能、长寿命系列多复合尖晶石高温炉衬材料。
有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁部位有着大量加入熔炉需要熔炼的物料，在液线液线下方炉壁处剧烈反应，并伴随大量反应热的吸收与释放，产生各种气体，如NOX、SO2、SO3等，炉壁易被侵蚀，工况条件较为复杂。传统炉衬材料多使用固相烧结制得镁铬质、镁铝质炉衬材料。传统镁铬质耐火材料具有良好的抗熔渣、抗侵蚀等特性，但抗热震、抗冲刷性能弱。传统镁铝质炉衬材料具有良好的热震、抗冲刷性能，但无法较好地应对熔渣侵蚀。且传统的镁铬质、镁铝质耐火材料气孔率高，气孔孔径大，更易使这些熔渣与溶液迁移到耐火材料内部，与传统镁铝质或镁铬质耐火材料的组成物质发生反应，生成MgSO4等物质填充在耐火材料的气孔中。由于受到高温，MgSO4等又会再次分解形成MgO，如此往复，使得耐火材料的理化性质变得不再连续，降低了耐火材料的使用寿命。因此，需要针对传统耐火材料出现的抗渗透、抗侵蚀方面的问题，提出新的解决方案。
专利申请号为CN201611160536.5的发明专利公开了一种有色冶炼用低气孔镁铬砖及其制备方法。该方法将电熔镁铬砂，铬精矿，镁砂、氧化铝以及亚硫酸纸浆废液、氯化镁溶液、糊精溶液中的任一种或任两种混炼，使用压力机制得砖坯，干燥后烧成并保温，再将镁铬砖置于压力容器中，在真空度为1000-1500Pa的条件下，加入纳米氧化铝悬浮液至完全淹没镁铬砖，接着加压浸渍处理，将浸渍后的镁铬砖微波干燥，得到产品低气孔镁铬砖。使用纳米氧化铝本意是降低气孔率，缩小气孔孔径，以减少溶液、熔渣对耐火材料的渗透与反应，但纳米氧化铝易与熔渣反应生成 FeO-Al2O3尖晶石，使熔渣粘度增大，并在耐火材料中不均匀的积存，破坏耐火材料的结构，逐渐降低耐火材料的高温性能。
专利申请号为CN201210257706.7的发明专利一种有色重金属冶炼用复合尖晶石锆耐火材料。该发明使用刚玉砂、镁铬砂、镁铝尖晶石砂、镁砂、铬绿、二氧化锆混合，加入结合剂磷酸二氢铝，采用液压机成型，高温隧道窑烧成复合尖晶石锆耐火材料。但是其原料繁多，二氧化锆相对较贵，因此制造成本较高。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明要解决的第一个技术问题是提供一种有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料的制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料，适用于有色冶炼熔化熔炉的液线下方炉壁位置，所述耐火材料的组成成分为：铝铬共熔体、镁铬尖晶石、镁铝尖晶石、α氧化铝微粉、铝镁尖晶石和凝胶结合剂。
为了进一步改进技术方案，本发明所述耐火材料的组成成分按重量份数为：铝铬共熔体60～70份；镁铬尖晶石10～20份；镁铝尖晶石10～20 份；α氧化铝微粉与铝镁尖晶石5～15份；凝胶结合剂5～8份。
为了进一步改进技术方案，本发明在铝铬共熔体中Al2O3的含量为 80％～90％，Cr2O3的含量为10％～15％。
为了进一步改进技术方案，本发明所述α氧化铝微粉与铝镁尖晶石以 7：3的质量比，采用超微粉结合的方式结合，其微粉粒度小于1μ，与铝铬共熔体、镁铬尖晶石和镁铝尖晶石高温烧制形成陶瓷相结合。
为了进一步改进技术方案，本发明所述凝胶结合剂为磷酸二氢铝与α氧化铝微粉以1:1的比例调制而成。
为了进一步改进技术方案，本发明所述镁铝尖晶石为富铝的镁铝尖晶石。
为了进一步改进技术方案，本发明所述铝铬共熔体、镁铬尖晶石和镁铝尖晶石的粒度分布区间为：5～3mm、3～1mm、1～0.1mm、180目以下和325 目以下。
为了进一步改进技术方案，本发明所述铝铬共熔体、镁铬尖晶石和镁铝尖晶石的粒度按以下粒度及质量占比分配：
粒度5～3mm占上述三者组分总粒度质量比的25％；
粒度3～1mm占上述三者组分总粒度质量比的30％；
粒度1～0.1mm占上述三者组分总粒度质量比的10％；
粒度180目以下的细粉占上述三者组分总粒度质量比的20％；
粒度325目以下的细粉占上述三者组分总粒度质量比的15％。
一种有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料的制备方法，将铝铬共熔体、镁铬尖晶石、镁铝尖晶石、α氧化铝微粉与铝镁尖晶石按照粒度组成，按照先粗后细的原则，先在湿碾机里干混，待颗粒与细粉混合均匀后加入凝胶结合剂，以630T～1000T的压力压制，成型为砖坯，将所得砖坯置于干燥器中，在100～150℃的温度环境下干燥24h，然后将干燥后的砖坯置于高温隧道窑中进行烧制，烧制温度为1400～1500℃，在烧成温度条件下保温时间为6～8小时。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明使用相对易得、廉价的铝铬共熔体、镁铬尖晶石、镁铝尖晶石、α氧化铝微粉和铝镁尖晶石烧制的陶瓷作原料，干混，加水压制，经干燥、窑烧、保温，最终制得一种有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料。镁铬尖晶石与阿尔法氧化铝微粉与铝镁尖晶石共同烧制的陶瓷可以降低材料的气孔率与气孔孔径，减少熔渣在耐火材料中的积存，提高了材料的抗渗透性。因此，在多种材料共同作用下，本发明所述的有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料具有良好的性能指标。
通过《GB/T 2997致密定形耐火制品体积密度、显气孔率和真气孔率试验方法》给出的测试方法进行测试，发现本技术方案制得的有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料的显气孔率≤14％，很好地满足了有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料的使用要求。通过本技术方案制得的耐火材料使得有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料具有较长的使用寿命，避免了频繁修补、更换炉衬，节省了大量人力、财力，对于处理电子垃圾，促进有色冶炼发展具有重大意义。
具体实施方式
通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
实施例一
将60份铝铬共熔体、20份镁铬尖晶石、10份镁铝尖晶石、15份α氧化铝微粉与铝镁尖晶石按照粒度组成，按照先粗后细的原则，先在湿碾机里干混，待颗粒与细粉混合均匀后加入质量比为1:1的磷酸二氢铝与α氧化铝微粉调制而成的凝胶结合剂5份，以1000T的压力压制，成型为砖坯，将所得砖坯置于干燥器中，在150℃的温度环境下干燥24h，然后将干燥后的砖坯置于高温隧道窑中进行烧制，烧制温度为1400℃，在烧成温度条件下保温时间为8小时。
实施例二
将70份铝铬共熔体、10份镁铬尖晶石、20份镁铝尖晶石、5份α氧化铝微粉与铝镁尖晶石按照粒度组成，按照先粗后细的原则，先在湿碾机里干混，待颗粒与细粉混合均匀后加入质量比为1:1的磷酸二氢铝与α氧化铝微粉调制而成的凝胶结合剂8份，以1000T的压力压制，成型为砖坯，将所得砖坯置于干燥器中，在130℃的温度环境下干燥24h，然后将干燥后的砖坯置于高温隧道窑中进行烧制，烧制温度为1500℃，在烧成温度条件下保温时间为7小时。
实施例三
将62份铝铬共熔体、18份镁铬尖晶石、12份镁铝尖晶石、13份α氧化铝微粉与铝镁尖晶石按照粒度组成，按照先粗后细的原则，先在湿碾机里干混，待颗粒与细粉混合均匀后加入质量比为1:1的磷酸二氢铝与α氧化铝微粉调制而成的凝胶结合剂6份，以800T的压力压制，成型为砖坯，将所得砖坯置于干燥器中，在150℃的温度环境下干燥24h，然后将干燥后的砖坯置于高温隧道窑中进行烧制，烧制温度为1400℃，在烧成温度条件下保温时间为8小时。
实施例四
将67份铝铬共熔体、13份镁铬尖晶石、16份镁铝尖晶石、9份α氧化铝微粉与铝镁尖晶石按照粒度组成，按照先粗后细的原则，先在湿碾机里干混，待颗粒与细粉混合均匀后加入质量比为1:1的磷酸二氢铝与α氧化铝微粉调制而成的凝胶结合剂结合剂7份，以630T的压力压制，成型为砖坯，将所得砖坯置于干燥器中，在150℃的温度环境下干燥24h，然后将干燥后的砖坯置于高温隧道窑中进行烧制，烧制温度为1500℃，在烧成温度条件下保温时间为8小时。
上述实施例一～实施例四的组分重量份数如表1所示：
表1实施例一～实施例四中的组分重量份
组分 实施例一 实施例二 实施例三 实施例四
铝铬共熔体 60 70 62 67
镁铬尖晶石 20 10 18 13
镁铝尖晶石 10 20 12 16
α氧化铝微粉和铝镁尖晶石 15 5 13 9
凝胶结合剂 5 8 6 7
上述实施例一～实施例四中的有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料的主要技术指标如表2所示：
表2实施例一～实施例四的理化指标
Figure BDA0001974026760000081
本发明未详述部分为现有技术。

Claims (6)

1.一种有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料，适用于有色冶炼熔化熔炉的液线下方炉壁位置，其特征是：所述耐火材料的组成成分按重量份数为：铝铬共熔体60~70份；镁铬尖晶石10~20份；镁铝尖晶石10~20份；α氧化铝微粉与铝镁尖晶石5~15份；凝胶结合剂5~8份。
2.如权利要求1所述的有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料，其特征是：在铝铬共熔体中Al2O3的含量为80%~90%，Cr2O3的含量为10%~15%。
3.如权利要求1所述的有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料，其特征是：所述α氧化铝微粉与铝镁尖晶石以7：3的质量比，采用超微粉结合的方式结合，其微粉粒度小于1μm，与铝铬共熔体、镁铬尖晶石和镁铝尖晶石高温烧制形成陶瓷相结合。
4.如权利要求1所述的有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料，其特征是：所述镁铝尖晶石为富铝的镁铝尖晶石。
5.如权利要求1所述的有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料，其特征是：所述凝胶结合剂为磷酸二氢铝与α氧化铝微粉以1:1的比例调制而成。
6.一种如权利要求1~5中的任一项所述的有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料的制备方法，其特征是：将铝铬共熔体、镁铬尖晶石、镁铝尖晶石、α氧化铝微粉与铝镁尖晶石按照粒度组成，按照先粗后细的原则，先在湿碾机里干混，待颗粒与细粉混合均匀后加入凝胶结合剂，以630T~1000T的压力压制，成型为砖坯，将所得砖坯置于干燥器中，在100~150℃的温度环境下干燥24h，然后将干燥后的砖坯置于高温隧道窑中进行烧制，烧制温度为1400～1500℃，在烧成温度条件下保温时间为6～8小时。
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