[發明專利]一種ZrSiO4?MgO材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610152371.0
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105837180B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 魏耀武;張濤
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: C04B35/043
• 分類號: C04B35/043
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發明屬于鎂質耐火材料技術領域。尤其涉及一種ZrSiO₄-MgO材料及其制備方法。

背景技術

鎂質材料是目前應用最廣泛的耐火材料品種，其主要礦物原料為鎂砂。鎂砂主要分為燒結鎂砂、海水鎂砂和電熔鎂砂三種。燒結鎂砂主要由菱鎂礦、水鎂礦或從海水中提取的氫氧化鎂經高溫煅燒而成。以天然菱鎂礦為原料燒制的燒死鎂砂稱為燒結鎂砂，以菱鎂礦等為原料經電弧爐熔煉達到熔融狀態冷卻后形成的稱為電熔鎂砂，從海水中提取氧化鎂制成的稱為海水鎂砂。隨著高溫工業的技術的進步和耐火材料技術的發展，對鎂砂的品位提出了多種要求。其中，高純鎂砂是選用天然特級菱鎂礦石浮選提純經輕燒、細磨、壓球、超高溫豎窯煅燒而成，是制磚和不定耐火材料優質原料；中檔鎂砂是以輕燒氧化鎂為原料，經壓球、高溫豎窯煅燒等工藝生產而成，產品燒結程度好，結晶致密，是生產中檔鎂質耐火制品的優質原料，也可用于制造各種鎂磚、鎂鋁磚、搗打料、補爐料等。含鎂砂的鎂質耐火材料具有燒后線變化較小、強度高、抗堿性渣侵蝕的能力強以及耐鈉鹽熔融物侵蝕能力強等優點，而且制造成本適中，因而在高溫工業中有著廣泛的應用，既可以制成定型產品也可以制成不定形產品，如鎂碳磚、鎂鋁碳磚、鎂鈣磚、鎂質涂料和鎂質澆注料等等。

但是，不定形和不含碳的鎂質耐火材料有著普遍的缺點，即：抗渣滲透性較差、易剝落、易水化及干燥過程容易產生裂紋等問題影響到鎂質產品的使用效果，這就導致了澆注料已成為目前國內外主要不定形耐火材料品種，而鎂質澆注料在其中的比重卻很低。其原因主要有兩個方面：1）鎂砂容易水化及鎂質澆注料在干燥過程容易產生裂紋；2）鎂砂的化學成分為MgO，高溫下MgO容易和其它雜質氧化物如CaO、SiO₂、Fe₂O₃和Al₂O₃等發生化學反應形成低熔點化合物，即降低了鎂質材料的荷重軟化溫度，又降低了鎂質材料的抗渣滲透能力。因此，對鎂砂進行改性，已成為提高鎂質材料尤其是鎂質澆注料性能的重要途徑。

發明內容

本發明旨在克服現有技術不足，目的是提供一種ZrSiO₄-MgO材料的制備方法，所制備的ZrSiO₄-MgO材料耐火度高、抗水化能力強、抗渣滲透能力好、耐磨蝕性能優良和耐侵蝕性能高，能作為制備高溫工業用高級耐火材料的原材料。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：先將鎂砂細粉和含鎳混合液按質量比為1∶2置于球磨機中，混磨0.5~6小時，得混合漿料；再將混合漿料濾干，在110℃條件下干燥24小時，得到混合料塊；將混合料塊在1000~1400℃條件下保溫1~6小時，冷卻，球磨至粒度為1~200μm，制得ZrSiO₄-MgO材料。

所述含鎳混合液的制備方法是：先按Si和Zr的原子摩爾比為1∶1，將四氯化硅和四正丁氧基鋯溶液混合，得混合溶液；再按混合溶液與硝酸鎳的質量比為1∶（0.001~0.02），向混合溶液中加入硝酸鎳，混合，制得含鎳混合液。

由于采用上述技術方案，本發明與現有技術相比具有如下積極效果：

本發明在高溫制備過程中，鎂砂顆粒表面會形成ZrSiO₄（包裹在MgO顆粒表面的四氯化硅和四正丁氧基鋯在鎳基催化劑的作用下發生反應并生成ZrSiO₄），即MgO顆粒表面將包裹一薄層ZrSiO₄，ZrSiO₄層的存在，可以帶來如下顯著效果：

1）制備澆注料時，ZrSiO₄層將鎂砂和水隔離，能保護鎂砂顆粒免于水化，避免因鎂砂顆粒水化后在其表面形成的Mg(OH)₂在預熱過程中導致材料開裂的現象；

2）位于鎂砂顆粒間的ZrSiO₄抗渣滲透和侵蝕能力強，能提高ZrSiO₄-MgO材料的抗渣滲透性能；

3）ZrSiO₄層將鎂砂和其它雜質氧化物隔離，避免高溫下產生過多的低熔點物相，有利于提高ZrSiO₄-MgO材料的荷重軟化溫度。

本發明制備的ZrSiO₄-MgO材料經檢測：MgO含量≥96wt%；體積密度≥3.35g/cm³；在126℃水蒸氣環境中處理3小時，質量增重率≤0.3%