一種適用於熔融還原銅渣中鐵的耐火材料的製造方法
2023-05-13 21:43:01
專利名稱：一種適用於熔融還原銅渣中鐵的耐火材料的製造方法
技術領域：
本發明屬於耐火材料生產領域，特別涉及一種用於熔融還原銅渣中鐵的耐火材料的製造方法。
背景技術：
銅渣是爐料和燃料中各種氧化物互相熔融而成的共熔體，主要的氧化物是二氧化矽和氧化亞鐵，其次是氧化鈣，三氧化二鋁和氧化鎂等。有關文獻表明，銅渣中約含有40% 的鐵，在這數量巨大的銅渣中含有具有相當回收價值的鐵。鐵在銅冶金渣中主要以2Fe0 · SiO2 (鐵橄欖石)和!^e3O4 (磁鐵礦)的形式存在， 目前對從銅渣中回收富集鐵的研究主要有兩種方法第一將銅渣在非熔融狀態下對其進行氧化焙燒，將銅渣中主要以2Fe0 *Si02 (鐵橄欖石)形式存在的鐵轉變為主要以狗304(磁鐵礦)形式存在的鐵，其後對焙燒銅渣進行破碎磁選，將富鐵相和其餘渣相分離，達到富集鐵的目的。有關文獻證明，通過此方法回收銅渣中的鐵，能使渣中鐵在磁鐵礦中的富集度達到85%以上，但此種方法存在以下缺點1、將水淬銅渣冷卻後再高溫氧化焙燒，過程中造成了熱量的浪費。銅渣的出爐溫度為1150°C -1250°C，銅渣的比熱容大約為1. IkJ · kg—1 · 經計算將銅渣由出爐溫度冷卻到室溫25°C時，我國銅冶煉廠2008年損失的熱量大約為1. lX1013-1.2X1013kJ，將發熱量進行經濟衡算，按照標煤的熱值29271. 2kJ · kg—1計算，結合目前標煤的價格，每年我國因銅渣的熱量損失而造成的經濟損失至少為2. 1億人民幣，將之推廣至世界範圍，其經濟損失更為巨大；2、通過氧化焙燒-破碎磁選工藝，將鐵富集在磁鐵礦中，此工藝存在鐵回收率低、 後續處理工藝複雜的缺點。有關文獻證實，通過此工藝回收銅渣中的鐵，其回收率最高保持在85%左右，且富集的鐵集中在磁鐵礦中，對其進行還原煉鐵，需再將其投入高爐中進行煉鐵，整個過程程序過於複雜。第二 借鑑熔融還原煉鐵的思想，將銅渣中主要以2Fe0 · SiO2 (鐵橄欖石)和 !^e3O4(磁鐵礦)形式存在的鐵利用還原劑直接熔融還原為金屬鐵，在熔融狀態下實現渣鐵分離的回收銅渣中鐵的工藝。對於第二種方法，怎樣解決熔融還原銅渣中鐵過程中耐火材料的侵蝕問題，成為此項技術工業化所面臨的重大問題之一。銅渣的基本渣係為!^O-SiO2-CaO渣系，針對此渣系一般採用鎂質或鉻鎂質耐火材料。主要是因為，對於鎂質耐火材料，渣熔融後耐火材料和渣之間形成的三元系 MgO-FeO-SiO2在其吸收相當數量的鐵的氧化物爾⑷，Fe2O3)後，所形成液相的溫度依然很高，即鎂質耐火材料可以抵抗鐵橄欖石渣的侵蝕。向鎂質耐火材料加入一定量的Cr2O3 後，可以使耐火材料的抗侵蝕性得到進一步的提升，主要是因為含Cr2O3的耐火材料在 FeO-SiO2渣中的溶解度更小。同時，鎂鉻耐火材料的組織結構中亦存在著相當數量的微小裂紋，其熱震穩定性也好於鎂質耐火材料。
高溫下銅熔融渣對耐火材料的化學侵蝕，主要包括以下三個方面(1)在耐火材料表面進行，即熔融銅渣和耐火礦物晶體表面接觸發生化學反應，生成低熔點物相，進入熔渣，造成腐蝕；(2)化學侵蝕在耐火材料的晶界發生，即銅熔融渣浸入晶界，與晶界材料發生化學反應，生成低熔點物相，並隨著化學溶蝕反應的不斷進行，低熔點物相不斷變厚變長，使耐火礦物被所形成低熔點液相包圍、分離，使侵蝕加劇；(3)化學侵蝕發生在耐火材料的毛細氣孔發生，即銅熔融渣通過毛細氣孔浸入耐火材料內部並與其發生化學反應，所產生的低熔點物相包圍耐火材料顆粒，使耐火材料顆粒之間的結合力喪失，加劇溶蝕反應的進行；因此，選擇合適的耐火材料成分及耐火材料成型工藝(各組分粒度的選擇、成型溫度、機械壓力等)，對減少銅渣對耐火材料的侵蝕至關重要。
發明內容
本發明要解決的問題是，選擇理想的耐火材料組分和合適的耐火材料成型工藝， 為熔融還原銅渣中鐵這一工藝的工業化應用提供一種抗化學侵蝕性好、抗熱震性能好、抗滲透性能好的耐火材料。本發明適用於熔融還原銅渣中鐵的耐火材料的製造方法，其特徵在於該材料按重量百分比計，其的成分是:MgO 40% -42%, Cr2O3 15% -17%, Al2O3 37% -40%, Fe2O3 1. 5% -2. 5%, CaO 或 SiA : · 5% -2. 5%,該材料的製備工藝流程為；採用粒度為3-5mm的鎂砂，粒度為l_3mm的鉻精礦，粒度為l_2mm的剛玉粉為基本原料，以紙漿廢液為粘合劑，常溫下在150MPa的壓力下壓製成型，其後置於110°C的烘箱中乾燥20h，最後置於矽鉬高溫電阻爐中在1750°C保溫池，完成高溫燒結，即可製得適用於熔融還原銅渣中鐵的耐火材料。所述鎂砂的MgO含量為95wt%，鉻精礦的Cr2O3含量為60wt%，剛玉粉的Al2O3含量為98wt%。所述粘合劑加入量滿足耐火材料各物料總重的0. 5% -1. 5%。本發明適用於熔融還原銅渣中鐵的耐火材料的製造方法，該材料的成分是 MgO 40% -42% ；Cr2O3 15% -17% ；Al2O3 37% -40% ；Fe2O3 1. 5% -2. 5% ；CaO 或 SiO2 0.5^-2.5 ^按照以下工藝完成的採用粒度為3-5mm的鎂砂(MgO含量為95wt % )， 粒度為l_3mm的鉻精礦(Cr2O3含量為60wt% )，粒度為l_2mm的剛玉粉(Al2O3含量為 98wt% )為基本原料，以紙漿廢液為粘合劑(粘合劑加入量滿足耐火材料各物料總重的 0.5%-1.5% )，常溫下在150MPa的壓力下壓製成型，其後置於110°C的烘箱中乾燥20h，最後置於矽鉬高溫電阻爐中在1750°C保溫3h，完成高溫燒結，即可製得適用於熔融還原銅渣中鐵的耐火材料。這種磚抗!^O-SW2渣化學侵蝕性好，且抗熱震性能好、抗滲透性能好，同時氣孔率較低，適用於熔融還原銅渣中鐵。本發明的優點在於，首先基於銅渣的基本渣系!^O-SiO2-CaO三元渣系，選擇以 MgOXr2O3為抗侵蝕基體的耐火材料，一方面利用了其中MgO組分在渣熔融後與渣之間形成的三元系MgO-FeO-SiO2，在其吸收相當數量的鐵的氧化物爾⑷，Fe2O3)後，形成液相的溫度依然很高，可以抵抗鐵橄欖石渣的侵蝕，同時利用了耐火材料中的Cr2O3組分在!^eO-SiA渣
4中的溶解度很小，使耐火材料的抗侵蝕性得到進一步的提升；其次，利用鎂鉻耐火材料的組織結構中存在的相當數量的微小裂紋，提高了其熱震穩定性；最後，採用特定的成型工藝， 使其體積密度、顯氣孔率、常溫下耐壓強度等參數達到優化。
具體實施例方式下面本發明做進一步說明，但它們不構成對本發明的限制。本發明是按下述配方製成的(按重量百分比)MgO 40% -42% ；Cr2O3 15% -17% ；Al2O3 37% -40% ；Fe2O3 1. 5% -2. 5% ；(CaO, SiO2) 0. 5% -2. 5% ；以上述各組分為基礎熔鑄成耐火材料的工藝為採用粒度為3_5mm的鎂砂(MgO 含量為95wt% )，粒度為l_3mm的鉻精礦(Cr2O3含量為60wt% )，粒度為l_2mm的剛玉粉 (Al2O3含量為98wt% )為基本原料，以紙漿廢液為粘合劑，常溫下在150MPa的壓力下壓製成型，其後置於110°C的烘箱中乾燥20h，最後置於矽鉬高溫電阻爐中在1750°C保溫池，完成高溫燒結，即可製得適用於熔融還原銅渣中鐵的耐火材料。實施例1將成分符合要求的鎂砂、鉻精礦、剛玉粉在常溫下分別研磨至一定粒度，其中鎂砂粒度為3. 5mm左右，鉻精礦2mm左右，剛玉粉1. 5mm左右，經過配料計算，使各物料的加入量滿足]\%040%，020316%4120338%，!^2032%，(CaO^SiO2)L 5%。將配料完成的物料在常溫下攪拌均勻，並將結合劑紙漿廢液(紙漿廢液的加入量為上述材料總重量的1%)加入上述物料中並混合均勻，常溫下在150MPa的壓力下壓製成型，並置於110°C的烘箱中乾燥20h， 最後置於矽鉬高溫電阻爐中在1750°C保溫3h，完成高溫燒結，即製成適用於熔融還原銅渣中鐵的耐火材料。實施例2將成分符合要求的鎂砂、鉻精礦、剛玉粉在常溫下分別研磨至一定粒度，其中鎂砂粒度為4mm左右，鉻精礦2. 5mm左右，剛玉粉1. 5mm左右，經過配料計算，使各物料的加入量滿足 Mg041%，Cr20316. 8%, Al20338. 5%, Fe2O3L 5%, (CaO、SiO2) 0· 7%。將配料完成的物流在常溫下攪拌均勻，並將結合劑紙漿廢液(紙漿廢液的加入量為上述材料總重量的) 加入上述物料中並混合均勻，常溫下在150MPa的壓力下壓製成型，並置於110°C的烘箱中乾燥20h，最後置於矽鉬高溫電阻爐中在1750°C保溫3h，完成高溫燒結，即可製得適用於熔融還原銅渣中鐵的耐火材料。實施例3將成分符合要求的鎂砂、鉻精礦、剛玉粉在常溫下分別研磨至一定粒度，其中鎂砂粒度為4. 2mm左右，鉻精礦2. 7mm左右，剛玉粉1. 8mm左右，經過配料計算，使各物料的加入量滿足 Mg041. 5%,Cr20316. 5%,A120338. 4%,Fe2032%, (CaO^SiO2) 1. 2%0 將配料完成的物流在常溫下攪拌均勻，並將結合劑紙漿廢液(紙漿廢液的加入量為上述材料總重量的) 加入上述物料中並混合均勻，常溫下在150MPa的壓力下壓製成型，並置於110°C的烘箱中
5乾燥20h，最後置於矽鉬高溫電阻爐中在1750°C保溫3h，完成高溫燒結，即可製得適用於熔融還原銅渣中鐵的耐火材料。
權利要求
1.一種適用於熔融還原銅渣中鐵的耐火材料的製造方法，其特徵在於該材料按重量百分比計，其的成分是:MgO 40% -42%, Cr2O3 15% -17%, Al2O3 37% -40%, Fe2O3 1. 5% -2. 5%, CaO 或 SiA : · 5% -2. 5%,該材料的製備工藝流程為；採用粒度為3-5mm的鎂砂，粒度為l_3mm的鉻精礦，粒度為 l-2mm的剛玉粉為基本原料，以紙漿廢液為粘合劑，常溫下在150MPa的壓力下壓製成型，其後置於110°C的烘箱中乾燥20h，最後置於矽鉬高溫電阻爐中在1750°C保溫3h，完成高溫燒結，即可製得適用於熔融還原銅渣中鐵的耐火材料。
2.根據權利要求1所述的適用於熔融還原銅渣中鐵的耐火材料的製造方法，其特徵在於所述鎂砂的MgO含量為95wt%，鉻精礦的Cr2O3含量為60wt%，剛玉粉的Al2O3含量為 98wt%。
3.根據權利要求1所述的適用於熔融還原銅渣中鐵的耐火材料的製造方法，其特徵在於所述粘合劑加入量滿足耐火材料各物料總重的0. 5% -1. 5%。
全文摘要
本發明公開了一種適用於熔融還原銅渣中鐵的耐火材料的製造方法，該材料的成分是MgO40％-42％；Cr2O315％-17％；Al2O337％-40％；Fe2O31.5％-2.5％；CaO或SiO20.5％-2.5％。按照以下工藝完成的採用粒度為3-5mm的鎂砂(MgO含量為95wt％)，粒度為1-3mm的鉻精礦(Cr2O3含量為60wt％)，粒度為1-2mm的剛玉粉(Al2O3含量為98wt％)為基本原料，以紙漿廢液為粘合劑(粘合劑加入量滿足耐火材料各物料總重的0.5％-1.5％)，常溫下在150MPa的壓力下壓製成型，其後置於110℃的烘箱中乾燥20h，最後置於矽鉬高溫電阻爐中在1750℃保溫3h，完成高溫燒結，即可製得適用於熔融還原銅渣中鐵的耐火材料。這種磚抗FeO-SiO2渣化學侵蝕性好，且抗熱震性能好、抗滲透性能好，同時氣孔率較低，適用於熔融還原銅渣中鐵。
文檔編號C04B35/66GK102167602SQ201010597038
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月20日 優先權日2010年12月20日
發明者李磊, 王 華, 胡建杭 申請人:昆明理工大學