[发明专利]一种耐高温镁橄榄石型耐火材料的制备方法

说明书

一种耐高温镁橄榄石型耐火材料的制备方法，以镍铁渣为原料，以镁砂细粉为添加剂，通过同步调控[w(MgO)+w(FeO)]/[w(Al₂O₃)+w(Cr₂O₃)]=10.50~13.57、w(MgO)/w(Cr₂O₃)=34.90~48.12及w(MgO)/w(SiO₂)=1.19~1.61，外加结合剂，并通过控制1360°C~1450°C的焙烧温度，诱导镍铁渣的矿相重构，从而提高耐火材料的耐火度，获得耐火材料的耐火度为1700~1800°C，并且还具有耐压强度高、体积密度大、显气孔率低的优点，可以完全满足耐火材料的工业需求。

技术领域

本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种耐高温镁橄榄石型耐火材料的制备方法，尤其是涉及利用镍铁渣制备耐高温镁橄榄石型耐火材料的方法。

背景技术

纯镁橄榄石理论上由57.1％的MgO和42.9％的SiO₂组成，镁硅比为1.33。镁橄榄石是MgO～SiO₂体系中最稳定的耐火相，熔点一般为1890℃，其晶体结构为斜方晶系，其中硅氧四面体为孤立分布，由镁离子按照镁氧八面体的方式相连构成，Mg～O键和Si～O键之间有着较强的键能，因此，镁橄榄石的整体结构比较稳定。镁橄榄石型耐火材料是以镁橄榄石(Mg₂SiO₄)作为主晶相，主晶相含量在65％～75％之间。镁橄榄石型耐火材料属弱碱性耐火材料，具有强度高、熔点高、化学和矿物稳定性好、热导率低，且与大多数的碱性耐火材料具有良好的相容性等特点，可部分代替镁砖，主要用作有色金属冶炼炉炉衬材料，炼钢转炉的安全衬，锻造加热炉和水泥窑的内衬材料，玻璃窑蓄热室格子砖等。现有的镁橄榄石型耐火材料耐火度1650～1700℃，耐压强度为22.6～51MPa，显气孔率为17.2～22.1％，体积密度为2.43～2.67g/cm³。然而对于耐火材料来说，普通耐火材料工业应用要求为耐火度为1580℃～1770℃，而对于目前的镁橄榄石耐火材料耐火度小于1700℃，因而现有的镁橄榄石耐火材料在应用上还是很受限制的。

目前，作为镁橄榄石质耐火材料的原料主要有天然镁橄榄石和利用镁质与硅质原料合成镁橄榄石两种。由于天然镁橄榄石难以直接进行烧制耐火材料，且天然镁橄榄石中含有较多的铁、钙、铝等杂质，严重影响了其在冶金领域的应用。利用镁质与硅质原料合成镁橄榄石型耐火材料的原料主要包括直接利用纯物质合成和利用非纯物质合成两种，直接利用纯物质合成的镁橄榄石型耐火材料的原料性能高于天然原料，但是所需的条件比较苛刻，尤其是温度条件，不利于大规模生产。目前，国内外均有以镍铁渣、铁尾矿、硼泥、蛇纹石尾矿等非纯物质为原料，通过配加添加剂调节成分，生产出质量合格的镁橄榄石质耐火材料的例子。

随着镁橄榄石型耐火材料在高温热工设备中的逐步展开应用，以冶金渣、尾矿等二次资源为原料，生产出质量合格且具有高性能参数的镁橄榄石质耐火材料，不仅可以降低耐火材料的生产成本，而且可以减小冶金渣的大量堆存给环境带来的不利影响，具有良好的经济效益、社会效益。

近年来，随着红土镍矿火法冶炼镍铁合金规模逐步扩大，我国镍铁冶炼渣的年产量已达400万吨，且逐年增加。与其它冶金渣相比，镍铁渣排渣量大，每生产1吨的镍会产生6～16吨镍渣。由于其主要成分为镁、硅，同时含有Fe、Mg、 Ni以及少量有害重金属元素(如Cr)，成分复杂，具有典型的氧化物渣相结构，回收处理难度大，因此，目前镍渣的利用率仅约为10％，已逐步成为冶金废渣处理的一大难题。