一种用作Sialon原料的矾土均化料及其生产方法

xiaoxiao2020-11-9  17

一种用作Sialon原料的矾土均化料及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于耐火原料生产技术领域,具体涉及一种用作Sialon原料的矾土均化 料及其生产方法。
【背景技术】
[0002] 目前全球的大型高炉普遍用法国Savoie公司生产的Sialon结合刚玉砖,这种耐 火砖是以刚玉为主要原料,外加一定量的单质Si,单质A1,在大于150MPa压力下成型,在N2 气氛中烧成,烧成过程中单质Si与Al首先氮化形成Si3N4与A1N,在大于1400°C温度下, Al2O3逐渐固溶于Si3N4晶格中形成Si6_ZA1Z0ZN8_Z (Sialon),因Sialon材料具有很高的强 度,有十分优良的抗铁水,抗溶渣侵蚀能力,有极其优良的热稳定性能与抗碱侵蚀能力及抗 氧化性能,故此Sialon结合刚玉砖材料是目前高炉炉缸、炉腹等使用条件最苛刻部位最 好的耐火材料,我们国家上世纪八十年代后很多大专院校,研究部门都做了很多研究工作, 发表论文多达几百篇,北科大洪彦若、孙加林等,把这些成果汇编成《非氧化物复合耐火材 料》一书,使人们对Sialon材料有了普遍的认识,我国科研工作者研究Sialon材料都是以 国内现有原料展开的研究工作,大尺度Sialon结合刚玉砖中很难得到性能稳定、可靠、均 匀分布的P-Sialon相。Sialon材料发现到目前已经近五十年了,我国始终未出现能和法 国Sialon结合刚玉砖质量上一争高下的Sialon产品。本发明人认为问题的关键是我们忽 略了最适合做Sialon结合刚玉的原料开发工作,普通的刚玉原料加单质Si,金属Al,在基 质中很容易得到性能很好的Sialon材料,而占Sialon结合刚玉砖质量一半以上的颗粒内 部也形成Sialon相几乎不可能,原料内部也需要有均勻分布的单质Si与Al和具有催化能 力的Ti与Fe。本发明正是为了解决原料的这些问题。

【发明内容】

[0003] 本发明目的在于提供了一种用作Sialon原料的矾土均化料及其生产方法。
[0004] 基于上述目的,本发明采取了如下技术方案:一种用作Sialon原料的矾土均化 料,其通过加入过量金属铝粉将铝矾土和煤矸石中的Si02、Fe203和TiO2进行还原制得,该矾 土均化料的有效成分为A1203、Si、Al、Fe和Ti,其中Al2O3为85?90wt%,单质Si和单质 Al总量为8?12wt%,且单质Si与单质Al的重量比为(3?4) :1,Fe和Ti含量较少,Ti 1 ?2%,Fe<L0%。
[0005]所述错研!土中Al2O3S85wt%、TiO2 2. 5 ?4wt%、Fe203<I. 2wt% ;所述煤石干石 中A1203> 45wt%,Al203+SiO2S97?98wt%。虽然单质Fe对Sialon的形成有催化作 用,但均化料中单质Fe的含量应控制在0. 5?1%之间,有利于形成高品质的Sialon产品, 因此矾土原料中控制Fe2O3彡1.2wt%。由于煤矸石中TiOJPFe2O3的含量不影响目标产物 最后的组份含量,在此可以不必考虑。
[0006] 所述矾土均化料的生产方法,包括以下步骤:1)将铝矾土和煤矸石制粉,与过量的 金属铝粉进行混合得到原料混合物;2)加入稀酚醛树脂,湿碾、压坯成型后,升温至1500°C 以上后保温制得矾土均化料,即为目标产物;所述稀酚醛树脂由酚醛树脂和有机溶剂混合 制得。稀酚醛树脂加入的目的是使物料之间进行更好的结合,起到结合剂的作用。
[0007] 步骤1)中将所述铝矾土和煤矸石制成600?800目粉或在800?1000°C轻烧后 制成600?800目粉。矾土煤矸石生料直接磨粉后,与铝粉混合压坯烧成,由于生料中化合 水会使铝粉氧化,会造成不易烧结且铝粉催化效果降低,从而铝粉用量增加,成本更高;若 铝矾土、煤矸石在800?1000°C轻烧活化后,生料中化合水去除,更易烧结可得更致密质量 更好的均化料。
[0008] 配料前分别检测铝矾土和煤矸石中41203、510 2、?6203、1102的含量,若轻烧后,则需 对轻烧后的铝矾土和煤矸石进行检测,再根据质量守恒定律换算加料量使目标产物中单质 Si和单质Al总量为8?12wt%,且Si与Al的重量比为(3?4) :1。
[0009] 所述有机溶剂为醇类有机溶剂,所属醇类优选甲醇、乙醇或乙二醇。
[0010] 所述醇类有机溶剂为乙醇,所述稀酚醛树脂的加入量为原料混合物重量的4? 6%,该稀酚醛树脂由酚醛树脂与乙醇按体积比1 :4混合制得。
[0011] 步骤2)中湿碾25?35min。
[0012] 步骤2)中压坯成型的压力为100?150MPa。
[0013] 步骤2)中升温至1500?1600°C,升温速率为30?50°C/h,保温8?24h。
[0014] 本发明得到的均化料是合成Sialon很好的原料,不仅具有均匀分散的单质硅 与铝存在,也有能做催化剂的微量的Ti与Fe存在,因而采用本发明的均化料在N2氛围 合成Sialon的过程中,基质与颗粒内部均可形成性能稳定的、可靠的且均匀分布的原位 3-Sialon相。其具体形成过程为:首先,金属Al粉将铝矾土和煤矸石内部的Si02、Ti02、 Fe2O3原位还原为单质Si、Ti、Fe,被还原出的单质Si即为合成均化料所需Si之量,多出 的金属Al正好是合成Sialon所需金属Al之量,从而保证了在氮化过程中形成原位的 Sialon,其中,Si/Al=(3?4) :1,Al+Si占均化料质量的8?12%,确保了该均化料在氮化 形成Sialon的过程中产生30%左右的Si6_zAlz0zN8_z相。
[0015] 此均化料除了铝矾土中固有的Al2O3之外,还原Al最终也成了均化料中之Al203, 其余成分也就是被还原成单质Si、Ti、Fe了,其余成分只有铝矾土和煤矸石中不能被还原 的微量的CaO、MgO、Na20、K2O了,Ca0+Mg0+Na20+K20 < 1. 0%,而最终得到的均化料的成分: Al2O3 85 ?90%,Si+Al8 ?12%,Ti1 ?2%,Fe<L0%,几乎是合成Sialon的高纯原料了。 [0016] 综上,本发明的有益效果为:本方法公开了以过量的金属铝粉做还原剂,将铝矾土 中的SiO2,TiO2,Fe2O3等杂质还原成单质的Si、Ti、Fe,被还原的Si即为目标均化料的Si的来源,而多余出的金属铝A1,即为目标均化料中Al的来源,少量Ti与Fe正好是合成 Sialon材料的催化剂,被氧化了的金属铝正好是矾土均化料中的第一主成分Al2O3,这种矾 土均化料是合成Sialon材料很好的原料。因这种均化料做耐火砖,氮化烧成时不但砖的基 质中可形成Sialon,而且颗粒内部也一样可形成质地均勻的Sialon相,同时这种均化料也 是生产铁沟料和高荷软、低蠕变高性耐火砖很好的原料。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合具体实施例,对本发明作进一步的说明,本专利保护的范围决非仅限于 此。
[0018] 以下实施例中,所用铝矾土和煤矸石先经过轻烧后进行检测各组分的含量,其中 轻烧铝矾土中Al2O3 88%、SiO2 7%、TiO2 3. 5%、Fe2O3L2% ;轻烧煤矸石中Al2O3 45. 5%、SiO2 52%、TiO2 1. 0%、Fe2O3 1. 0%,但轻烧铝矾土和轻烧煤矸石并不限于此,不同地区不同环境作 用下的铝矾土和煤矸石中各成分的含量是不同的,在实际生产中,优选铝矾土中Al2O3S85 wt%、TiO2 2. 5 ?4wt%、Fe2O3彡I. 2wt% ;煤矸石中Al203> 45wt%,Al203+SiO2* 97 ? 98wt%〇
[0019] 实施例1 目标产物:制备Si+Al为10. 2wt%,Si与Al的重量比为3. 08矾土均化料,其中,单质 硅含量为7. 7wt%,金属Al含量为2. 5wt%矾土均化料。
[0020] 首先,采用如下方法对各原料的用量进行计算:轻烧铝矾土和轻烧煤矸石的总量 以IOOOkg计,分别设轻烧铝矾土和轻烧煤矸石为Xkg、ykg,铝粉的用量为zkg。
[0021] 设轻烧错研^土和轻烧煤砰石分别为Xkg、ykg,则Xkg轻烧错研^土和ykg轻烧 煤矸石中含Al2O3 (88%x+45. 5%y)kg,含SiO2 (7%x+52%y)kg,Ti02 (3. 5%x+l. 0%y)kg,Fe203 (I. 2%x+1. 0%y)kg,已知分别还原Ikg的Si02、打02和Fe203需金属Al粉的量为0? 6kg、 0. 45kg、0. 34kg,由此可得: x+y=1000 (I)
【主权项】
1. 一种用作Sialon原料的矾土均化料,其特征在于,其通过加入过量的金属铝粉将铝 矾土和煤矸石中的Si0 2、Fe203和TiO 2还原制得,该矾土均化料的有效成分为Al 203、Si、A1、 Fe和Ti,其中Al2O3为85?90wt%,单质Si和单质Al总量为8?12wt%,且单质Si与单 质Al的重量比为(3?4) :1。
2. 如权利要求1所述的研!土均化料,其特征在于,所述错研!土中Al 203彡85 wt%、TiO 2 2. 5 ?4 wt %、Fe2O3彡 I. 2 wt% ;所述煤矸石中 Al 203> 45 wt%,Al 203+ SiO2* 97 ?98 Wt%〇
3. 如权利要求1或2所述的矾土均化料的生产方法,其特征在于,包括以下步骤:1)将 铝矾土和煤矸石制粉,与过量的金属铝粉进行混合得到原料混合物;2)加入稀酚醛树脂,湿 碾、压坯成型后,升温至1500°C以上后保温制得矾土均化料,即为目标产物;所述稀酚醛树 脂由酚醛树脂和有机溶剂混合制得。
4. 如权利要求3所述的矾土均化料的生产方法,其特征在于,步骤1)中将所述铝矾土 和煤矸石制成600?800目粉或在800?100(TC轻烧后制成600?800目粉。
5. 如权利要求4所述的矾土均化料的生产方法,其特征在于,配料前分别检测铝矾土 和煤矸石中A1203、Si0 2、Fe203、TiO2的含量,根据质量守恒定律换算加料量使目标产物中单 质Si和单质Al总量为8?12wt%,且Si与Al的重量比为(3?4) :1。
6. 如权利要求5所述的矾土均化料的生产方法,其特征在于,所述有机溶剂为醇类有 机溶剂。
7. 如权利要求3所述的矾土均化料的生产方法,其特征在于,所述醇类有机溶剂为乙 醇,所述稀酚醛树脂的加入量为原料混合物重量的4?6%,该稀酚醛树脂由酚醛树脂与乙 醇按体积比1 :4混合制得。
8. 如权利要求3所述矾土均化料的生产方法,其特征在于,步骤2)中湿碾25?35min。
9. 如权利要求3所述矾土均化料的生产方法,其特征在于,步骤2)中压坯成型的压力 为 100 ?150MPa。
10. 如权利要求3所述的矾土均化料的生产方法,其特征在于,步骤2)中升温至 1500?1600°C,升温速率为30?50°C /h,保温8?24h。
【专利摘要】一种用作Sialon原料的矾土均化料及其生产方法,属于耐火原料生产技术领域,其通过加入过量的金属铝粉将铝矾土和煤矸石中的SiO2、Fe2O3和TiO2还原制得,该矾土均化料的有效成分为Al2O3、Si、Al和少量的Fe、Ti,其中Al2O3为85~90wt%,单质Si和单质Al总量为8~12wt%,且单质Si与单质Al的重量比为(3~4):1,这种矾土均化料是合成Sialon材料很好的原料。因这种均化料做耐火砖,氮化烧成时不但砖的基质中可形成Sialon,而且颗粒内部也样可形成质地均匀的Sialon,同时这种均化料也是生产铁沟料和高荷软、低蠕变高性耐火砖很好的原料。
【IPC分类】C04B35-626
【公开号】CN104557056
【申请号】CN201510048655
【发明人】李明建, 李仲翟, 李云霄, 宋昌
【申请人】巩义市时创新材料孵化器有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月30日

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