本發(fā)明屬于鋅揮發(fā)窯用耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著我國煉鋅工藝的進(jìn)步，沸騰爐焙燒制鋅發(fā)展迅速。鋅精礦經(jīng)沸騰爐焙燒和稀硫酸溶解后，仍有一定量的zn、ph、ln、ge等有價(jià)金屬，以氧化物或硫化物的形式存在于酸浸出渣中，為了將這部分金屬加以有效回收，采用回轉(zhuǎn)式揮發(fā)窯對其進(jìn)行火法制鋅。其主要工作原理是在回轉(zhuǎn)窯中將酸浸出渣中的氧化鋅和硫化鋅于1200~1300℃條件下還原并汽化，鋅蒸汽經(jīng)冷凝器冷卻制得zn。

鋅揮發(fā)窯用耐火材料在煉鋅過程中需承受窯內(nèi)氧化還原氣氛頻繁變化、窯體轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致溫度波動(dòng)產(chǎn)生的熱應(yīng)力和高溫狀態(tài)下的機(jī)械磨損。所以，鋅揮發(fā)窯用耐火材料一般要求具有良好的氧化還原氣氛下的穩(wěn)定性、熱震穩(wěn)定性和抗沖刷性等。

目前，鋅揮發(fā)窯用耐火材料一般采用鎂鋁鉻磚、特種鎂鋁鉻復(fù)合尖晶石磚、鉻渣磚等。

采用鎂鋁鉻磚作為鋅揮發(fā)窯用耐火材料，一般以方鎂石、鎂鋁尖晶石和鉻礦為原料，經(jīng)配料、混合后高溫?zé)桑ㄎ湮牧值龋\揮發(fā)窯用鎂鋁鉻磚的研制與生產(chǎn)耐火材料，2001，35(6)：pp338~339），所制備的鎂鋁鉻磚耐火度高，且mgo和cr2o3在高溫下原位形成鎂鉻尖晶石，提高結(jié)合強(qiáng)度，具有良好的高溫力學(xué)性能和抗沖刷性能。但mgo和cr2o3原位形成鎂鉻尖晶石的同時(shí)，伴隨一定的體積膨脹，易導(dǎo)致磚坯內(nèi)部形成大量微裂紋，降低了抗酸浸出渣侵蝕性能。

采用特種鎂鋁鉻復(fù)合尖晶石磚作為鋅揮發(fā)窯用耐火材料（王慧洲等．特種鎂鋁鉻復(fù)合尖晶石磚的研制與應(yīng)用．湖南有色金屬，2011，27(4)：pp48~51），一般以鎂鋁鉻復(fù)合尖晶石、電熔鎂砂、鎂鋁尖晶石和鉻礦作為主要原料，所制備的特種鎂鋁鉻復(fù)合尖晶石磚具有抗侵蝕、耐磨損和抗剝落等性能。但所用鎂鋁鉻復(fù)合尖晶石和電熔鎂砂等原料的價(jià)格較高，磚和砌筑費(fèi)用每環(huán)接近1萬元，反應(yīng)帶通常砌筑80~100環(huán)，每次砌筑耗資近百萬，對煉鋅企業(yè)造成很大的成本負(fù)擔(dān)。

采用鉻渣磚作為鋅揮發(fā)窯用耐火材料（姚維義等．鋅浸出渣揮發(fā)窯窯襯腐蝕機(jī)理研究．有色金屬，2003，55(2)：pp36~39）具有良好的高溫力學(xué)性能和抗沖刷性能。但是鉻渣高溫線膨脹系數(shù)較高，所制鉻渣磚由于窯內(nèi)溫度的頻繁變化而產(chǎn)生熱剝落，嚴(yán)重影響使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的在于提供一種成本低廉和工藝簡單的鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚的制備方法，用該方法制備的鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚的熱震穩(wěn)定性良好、抗沖刷性能優(yōu)良、耐酸浸出渣侵蝕能力強(qiáng)和高溫?zé)崤蛎浵禂?shù)小。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案：以45~54wt%的鋁鉻渣顆粒和7~16wt%的鎂鋁尖晶石顆粒為骨料，以8~13wt%的鋁鉻渣細(xì)粉、6~11wt%的鎂鋁尖晶石細(xì)粉、8~14wt%的鉻精礦細(xì)粉和6-11wt%的碳化硅微粉為基質(zhì)料；按所述骨料和所述基質(zhì)料的含量，先將所述基質(zhì)料混勻，再將混勻后的基質(zhì)料加入所述骨料中，混合均勻；然后外加占所述骨料和所述基質(zhì)料之和3~7wt%的鋁溶膠，混合5~10分鐘，半干法機(jī)壓成型；將成型后的坯體置于高溫爐中，在1500~1600℃條件下保溫2~3小時(shí)，即得鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚。

所述鋁鉻渣顆粒為冶煉鉻鐵合金產(chǎn)生的爐渣，主要物相為剛玉相和鋁鉻固溶體相；所述鋁鉻渣顆粒的主要化學(xué)成分是：al2o3為80~85wt%，cr2o3為10~15wt%，cao≤3%，fe2o3≤2%，mgo≤2%；所述鋁鉻渣的粒徑為0.1~5mm。

所述鎂鋁尖晶石顆粒的主要化學(xué)成分是：al2o3為35~40wt%，mgo為60~65wt%；所述鎂鋁尖晶石顆粒的粒徑為0.1~3mm。

所述鋁鉻渣細(xì)粉為冶煉鉻鐵合金產(chǎn)生的爐渣，主要物相為剛玉相和鋁鉻固溶體相；所述鋁鉻渣細(xì)粉的主要化學(xué)成分是：al2o3為80~85wt%，cr2o3為10~15wt%，cao≤3%，fe2o3≤2%，mgo≤2%；所述鋁鉻渣的粒徑為0.088~0.1mm。

所述鎂鋁尖晶石細(xì)粉的主要化學(xué)成分是：al2o3為48~52wt%，mgo為48~50wt%；所述鎂鋁尖晶石細(xì)粉的粒徑為0.088~0.1mm。

所述鉻精礦細(xì)粉的主要化學(xué)成分是：al2o3為10~15wt%，cr2o3為45~55wt%，cao≤2wt%，fe2o3為17~25wt%，mgo為17~25wt%；所述鉻精礦細(xì)粉的粒徑為0.088~0.1mm。

所述碳化硅微粉中的sic含量≥99wt%，碳化硅細(xì)粉的粒徑為1~2μm。

所述鋁溶膠中的al2o3含量為15~20wt%。

所述機(jī)壓成型的壓力為150~180mpa。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：

1、本發(fā)明所用原料價(jià)格低廉，無需特殊的生產(chǎn)設(shè)備和處理手段，節(jié)省勞動(dòng)力資源，工藝流程簡單。

2、本發(fā)明利用鎂鋁尖晶石和鋁鉻渣的二次尖晶石化反應(yīng)，以及鉻剛玉相和尖晶石相高溫膨脹系數(shù)的不匹配形成微裂紋，提高鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚的熱震穩(wěn)定性。

3、本發(fā)明利用原料組分間的固溶反應(yīng)提升了鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚致密度，進(jìn)而增強(qiáng)了鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚的抗沖刷和侵蝕性能。

4、本發(fā)明通過碳化硅的添加，使還原氣氛下性質(zhì)穩(wěn)定并具有良好的耐磨損性能；氧化氣氛下，sic被氧化為sio2，sio2同al2o3發(fā)生莫來石化反應(yīng)，降低鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚的高溫?zé)崤蛎浵禂?shù)。

本發(fā)明所制備的鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚經(jīng)測定：1100℃水冷熱震實(shí)驗(yàn)8~12次；1300℃抗折強(qiáng)度為30~35mpa；1300℃靜態(tài)坩堝法抗渣實(shí)驗(yàn)侵蝕指數(shù)為4~9%；1200℃線膨脹率為1.00~1.20%。

因此，本發(fā)明具有成本低廉和工藝簡單的特點(diǎn)；所制備的鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚的熱震穩(wěn)定性良好、抗沖刷性能優(yōu)良、耐酸浸出渣侵蝕能力強(qiáng)和高溫?zé)崤蛎浵禂?shù)小。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對其保護(hù)范圍的限制。

為避免重復(fù)，先將本具體實(shí)施方式所涉及的原料統(tǒng)一描述如下，實(shí)施例中不再贅述：

所述鋁鉻渣顆粒為冶煉鉻鐵合金產(chǎn)生的爐渣，主要物相為剛玉相和鋁鉻固溶體相；所述鋁鉻渣顆粒的主要化學(xué)成分是：al2o3為80~85wt%，cr2o3為10~15wt%，cao≤3%，fe2o3≤2%，mgo≤2%；所述鋁鉻渣的粒徑為0.1~5mm。

所述鎂鋁尖晶石顆粒的主要化學(xué)成分是：al2o3為35~40wt%，mgo為60~65wt%；所述鎂鋁尖晶石顆粒的粒徑為0.1~3mm。

所述鋁鉻渣細(xì)粉為冶煉鉻鐵合金產(chǎn)生的爐渣，主要物相為剛玉相和鋁鉻固溶體相；所述鋁鉻渣細(xì)粉的主要化學(xué)成分是：al2o3為80~85wt%，cr2o3為10~15wt%，cao≤3%，fe2o3≤2%，mgo≤2%；所述鋁鉻渣的粒徑為0.088~0.1mm。

所述鎂鋁尖晶石細(xì)粉的主要化學(xué)成分是：al2o3為48~52wt%，mgo為48~50wt%；所述鎂鋁尖晶石細(xì)粉的粒徑為0.088~0.1mm。

所述鉻精礦細(xì)粉的主要化學(xué)成分是：al2o3為10~15wt%，cr2o3為45~55wt%，cao≤2wt%，fe2o3為17~25wt%，mgo為17~25wt%；所述鉻精礦細(xì)粉的粒徑為0.088~0.1mm。

所述碳化硅微粉中的sic含量≥99wt%，碳化硅細(xì)粉的粒徑為1~2μm。

所述鋁溶膠中的al2o3含量為15~20wt%。

所述機(jī)壓成型的壓力為150~180mpa。

實(shí)施例1

一種鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚及其制備方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案：以45~48wt%的鋁鉻渣顆粒和13~16wt%的鎂鋁尖晶石顆粒為骨料，以8~10wt%的鋁鉻渣細(xì)粉、9~11wt%的鎂鋁尖晶石細(xì)粉、8~11wt%的鉻精礦細(xì)粉和9-11wt%的碳化硅微粉為基質(zhì)料；按所述骨料和所述基質(zhì)料的含量，先將所述基質(zhì)料混勻，再將混勻后的基質(zhì)料加入所述骨料中，混合均勻；然后外加占所述骨料和所述基質(zhì)料之和3~5.5wt%的鋁溶膠，混合5~10分鐘，半干法機(jī)壓成型；將成型后的坯體置于高溫爐中，在1500~1540℃條件下保溫2~3小時(shí)，即得鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚。

本實(shí)施例制備的鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚經(jīng)測定：1100℃水冷熱震實(shí)驗(yàn)11~12次；1300℃抗折強(qiáng)度為30~32mpa；1300℃靜態(tài)坩堝法抗渣實(shí)驗(yàn)侵蝕指數(shù)為7~9%；1200℃線膨脹率為1.00~1.06%。

實(shí)施例2

一種鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚及其制備方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案：以47~50wt%的鋁鉻渣顆粒和11~14wt%的鎂鋁尖晶石顆粒為骨料，以9~11wt%的鋁鉻渣細(xì)粉、8~10wt%的鎂鋁尖晶石細(xì)粉、9~12wt%的鉻精礦細(xì)粉和8-10wt%的碳化硅微粉為基質(zhì)料；按所述骨料和所述基質(zhì)料的含量，先將所述基質(zhì)料混勻，再將混勻后的基質(zhì)料加入所述骨料中，混合均勻；然后外加占所述骨料和所述基質(zhì)料之和3.5~6wt%的鋁溶膠，混合5~10分鐘，半干法機(jī)壓成型；將成型后的坯體置于高溫爐中，在1520~1560℃條件下保溫2~3小時(shí)，即得鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚。

本實(shí)施例制備的鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚經(jīng)測定：1100℃水冷熱震實(shí)驗(yàn)10~11次；1300℃抗折強(qiáng)度為31~33mpa；1300℃靜態(tài)坩堝法抗渣實(shí)驗(yàn)侵蝕指數(shù)為6~8%；1200℃線膨脹率為1.05~1.11%。

實(shí)施例3

一種鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚及其制備方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案：以49~52wt%的鋁鉻渣顆粒和9~12wt%的鎂鋁尖晶石顆粒為骨料，以10~12wt%的鋁鉻渣細(xì)粉、7~9wt%的鎂鋁尖晶石細(xì)粉、10~13wt%的鉻精礦細(xì)粉和7-9wt%的碳化硅微粉為基質(zhì)料；按所述骨料和所述基質(zhì)料的含量，先將所述基質(zhì)料混勻，再將混勻后的基質(zhì)料加入所述骨料中，混合均勻；然后外加占所述骨料和所述基質(zhì)料之和4~6.5wt%的鋁溶膠，混合5~10分鐘，半干法機(jī)壓成型；將成型后的坯體置于高溫爐中，在1540~1580℃條件下保溫2~3小時(shí)，即得鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚。

本實(shí)施例制備的鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚經(jīng)測定：1100℃水冷熱震實(shí)驗(yàn)9~10次；1300℃抗折強(qiáng)度為32~34mpa；1300℃靜態(tài)坩堝法抗渣實(shí)驗(yàn)侵蝕指數(shù)為5~7%；1200℃線膨脹率為1.10~1.16%。

實(shí)施例4

一種鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚及其制備方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案：以51~54wt%的鋁鉻渣顆粒和7~10wt%的鎂鋁尖晶石顆粒為骨料，以11~13wt%的鋁鉻渣細(xì)粉、6~8wt%的鎂鋁尖晶石細(xì)粉、11~14wt%的鉻精礦細(xì)粉和6-8wt%的碳化硅微粉為基質(zhì)料；按所述骨料和所述基質(zhì)料的含量，先將所述基質(zhì)料混勻，再將混勻后的基質(zhì)料加入所述骨料中，混合均勻；然后外加占所述骨料和所述基質(zhì)料之和4.5~7wt%的鋁溶膠，混合5~10分鐘，半干法機(jī)壓成型；將成型后的坯體置于高溫爐中，在1560~1600℃條件下保溫2~3小時(shí)，即得鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚。

本實(shí)施例制備的鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚經(jīng)測定：1100℃水冷熱震實(shí)驗(yàn)8~9次；1300℃抗折強(qiáng)度為33~35mpa；1300℃靜態(tài)坩堝法抗渣實(shí)驗(yàn)侵蝕指數(shù)為4~6%；1200℃線膨脹率為1.15~1.20%。

本具體實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果：

1、本具體實(shí)施方式所用原料價(jià)格低廉，無需特殊的生產(chǎn)設(shè)備和處理手段，節(jié)省勞動(dòng)力資源，工藝流程簡單。

2、本具體實(shí)施方式利用鎂鋁尖晶石和鋁鉻渣的二次尖晶石化反應(yīng)，以及鉻剛玉相和尖晶石相高溫膨脹系數(shù)的不匹配形成微裂紋，提高鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚的熱震穩(wěn)定性。

3、本具體實(shí)施方式利用原料組分間的固溶反應(yīng)提升了鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚致密度，進(jìn)而增強(qiáng)了鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚的抗沖刷和侵蝕性能。

4、本具體實(shí)施方式通過碳化硅的添加，使還原氣氛下性質(zhì)穩(wěn)定并具有良好的耐磨損性能；氧化氣氛下，sic被氧化為sio2，sio2同al2o3發(fā)生莫來石化反應(yīng)，降低鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚的高溫?zé)崤蛎浵禂?shù)。

本具體實(shí)施方式所制備的鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚經(jīng)測定：1100℃水冷熱震實(shí)驗(yàn)8~12次；1300℃抗折強(qiáng)度為30~35mpa；1300℃靜態(tài)坩堝法抗渣實(shí)驗(yàn)侵蝕指數(shù)為4~9%；1200℃線膨脹率為1.00~1.20%。

因此，本具體實(shí)施方式具有成本低廉和工藝簡單的特點(diǎn)；所制備的鋅揮發(fā)窯用鉻剛玉-鎂鋁尖晶石磚的熱震穩(wěn)定性良好、抗沖刷性能優(yōu)良、耐酸浸出渣侵蝕能力強(qiáng)和高溫?zé)崤蛎浵禂?shù)小。