[发明专利]利用用后滑板砖、镁碳砖与Al/AlN合成镁阿隆材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及结构陶瓷与耐火材料制备技术领域，特别是涉及一种利用用后滑 板砖、镁碳砖与Al/AlN合成镁阿隆材料的方法，实现了用后耐火材料的回收和 再利用。

背景技术

镁阿隆(MgAlON)材料是一种具有尖晶石结构的新型材料，其具有优异的 光学、力学、介电性能，耐化学侵蚀性好，对玻璃熔液和铁水的润湿性小，抗热 冲击性能好，因此在光学窗口材料和耐火材料等领域中具有广阔的应用前景，但 MgAlON材料的合成成本较高，制约了其大规模生产，如何降低生产成本成为 MgAlON材料工业化应用的关键。钢铁、水泥、玻璃等高温产业尤其是钢铁工业 每年产生数量大、难处理的用后耐火材料，除了少数可以返回生产线再利用外， 大部分处理方式就是掩埋或降级使用。由于用后镁碳砖和用后滑板砖在降级或二 次使用中造成再生产品的性能指标下降，因此，绝大多数被作为废弃物掩埋或排 放，造成了资源浪费和环境污染，不利于实现资源与环境的可持续发展的战略目 标。曾经有利用用后耐火材料合成MgAlON的有关报导(王习东，张梅等；利 用用后镁碳砖和镁铝碳砖制备镁阿隆陶瓷材料的方法，中国专利：CN1887785 2007年)，相对于碳热还原氮化而言，适当Al(AlN)的加入将有助于提高合成 MgAlON材料的致密度和降低显气孔率，从而获得较好的力学性能。

发明内容

本发明在于提供一种利用用后滑板砖、镁碳砖与Al/AlN合成镁阿隆材料的 方法，成本低廉、易于工业化生产。

本发明以用后镁碳砖、用后滑板砖为主要原料，利用其所含有的主要成分 MgO、Al₂O₃、C和添加少量的金属Al(或AlN)，通过高温还原氮化及高温固 相合成制备镁阿隆(MgAlON)材料。

本发明方法是：

(1)配料：配方按质量百分比为：用后镁碳砖粉，5～30％；用后滑板砖粉， 65～95％；加入的C或Al或AlN为0～10％。Al或AlN)的加入量根据用后滑 板砖与用后镁碳砖的成分与配比而设计，总加入量控制在0～5％之间。

其中，用后镁碳砖所含主要成分按质量百分比为：MgO，75～90％；C，10～ 25％；用后滑板砖所含主要成分按质量百分比为：Al₂O₃，85～95，C，5～15％。

(2)混料：将步骤(1)配的料在行星式球磨机中球磨4～6小时，研磨至 粒径小于5μm。

(3)干燥：放入干燥箱80～120℃干燥3～5小时。

(4)压力成型：按照0.4ml/10g～0.6ml/10g的比例添加羧甲基纤维素钠粘 结剂混匀，在90～110MPa压力下机压成型。

(5)高温热处理：通入普通氮气(99.95％)，氮气压力为0.1～20MPa，温 度为1500～1850℃，保温时间为2～6小时。

本发明适合于利用用后镁碳砖和用后滑板砖制备镁阿隆材料。按照本发明方 法生产的镁阿隆(MgAlON)材料，XRD结果表明合成镁阿隆的含量达到95％ 以上，具有优异的使用性能，断口SEM照片显示其断裂方式为沿晶断裂和穿晶 断裂为主，具有较好的力学性能。本发明合成成本低廉、易于规模化生产，有利 于实现用后耐火材料资源的高效、综合利用。

附图说明

图1为温度1600℃下利用用后镁碳砖粉、用后滑板砖粉以及Al合成镁阿隆 材料的X射线衍射结果图。

图2为温度1600℃下利用用后镁碳砖粉、用后滑板砖粉以及Al合成镁阿隆 材料的扫描电镜断口照片。

图3为温度1650℃下利用用后镁碳砖粉、用后滑板砖粉以及AlN粉合成镁 阿隆材料的X射线衍射结果图；

图4为温度1650℃下利用用后镁碳砖粉、用后滑板砖粉以及AlN粉合成镁 阿隆材料的扫描电镜断口照片；

具体实施方式

实施例1

(1)按配方混合原料：配方按质量百分比为：用后镁碳砖粉，18％；用后 滑板砖粉，78％，Al，4％。

(2)混料：将混合后的原料在行星式球磨机中球磨6小时，研磨至粒径小 于5μm。

(3)干燥：放入干燥箱100℃干燥4小时。