一种利用微波外场协同处理菱镁矿制备高密度镁锆砖的方法与流程

本发明属于耐火材料技术领域，涉及一种利用微波外场协同处理菱镁矿制备高密度镁锆砖的方法。

背景技术

菱镁矿作为生产氧化镁以及金属镁的主要矿物原料之一，具有自身镁含量高，其他杂质元素相对较少等天然优势。目前，以天然菱镁矿作为生产原料进行制备的各种镁及镁盐类产物已经广泛应用于冶金、耐材、化工、建筑以及新材料等领域。

在制备耐火材料方面，利用菱镁矿直接制备镁砂或者高镁砖时，由于碳酸镁在分解过程中，材料自身的孔隙率会相应增加，使得其自身的体积密度与致密度相应降低，且对生产工艺及条件要求相对较高。一般直接利用菱镁矿制备出的高镁砖或者镁砂，其体积密度不会超过3.2g/cm³，并且氧化镁自身晶体结构等性质也单一使用氧化镁所制备的耐火材料热震性能也相对较差，在实际使用过程中易产生裂痕等，进而影响生产。因此，目前在生产相应镁质耐火材料中往往向其原料中其他元素使其与氧化镁在烧制过程中反应生产结构相对复杂的镁质复合耐火材料来提升自身原有抗热震及抗侵蚀性能，进而提升材料自身的使用寿命。其中最为代表性的就是镁铬质复合耐火材料。

但是在镁铬砖生产过程中，不可避免的会造成铬元素对周围生态环境的污染，并且镁铬材料在使用过程中的导热系数相对较大，不仅会增加材料使用过程中的散热压力，也会导致其大量的热量的浪费。近年来，随着环保及探索替代镁铬砖的新耐火材料压力的不断提升，促使相关行业及研究人员尽快研发出一种新型的、环保的、耐火度高并具有更高保温特性的新型耐火材料。

基于上述背景，有部分研究人员提出并开发了一种利用氧化锆替代氧化铬进行生产镁锆砖的相关方法，但其基本是通过电熔镁及氧化锆分析纯等进行制备，其生产成本相对较高，生产工艺相对复杂，也不适宜大规模的工业生产与实际应用。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用微波外场协同处理菱镁矿制备高密度镁锆砖的方法，该发明方法的原始物料均为天然矿石，生产工艺也相对简单，易于应用在实际的镁锆砖生产。

本发明提供一种利用微波外场协同处理菱镁矿制备高密度镁锆砖的方法，包括以下步骤：

步骤1：分别对菱镁矿和锆英石进行破碎及研磨；

步骤2：将步骤1中处理获得的菱镁矿粉置于马弗炉中进行焙烧，促进碳酸镁的完全分解，制得初级的轻烧氧化镁粉；

步骤3：采用水化法将轻烧氧化镁进行水化处理，并置于球磨机中进行球磨处理；

步骤4：将步骤3得到的水化泥浆装入粘土坩埚或石英坩埚后送入真空微波反应装置内进行抽真空下的微波脱水干燥以及氢氧化镁的二次分解处理，真空微波反应装置的反应功率为3000w，反应时间40-60min，真空度需在20kpa以上，每次协同处理物料重量在10kg以下；

步骤5：待步骤4中的反应后产物完全冷却后，将其得到的活性氧化镁粉与步骤1中获得的锆英石进行混合配料，其锆英石添加量为5％-10％；

步骤6：将步骤5中制备好的混合物料进行压制成型，同时在压制完成后仍对样品进行保压处理，之后进行脱模，制得待烧制的样品；

步骤7：将待烧制的样品送入高温炉中进行最后烧制，待样品烧制和冷却完成后取出，得到高密度镁锆砖。

在本发明的利用微波外场协同处理菱镁矿制备高密度镁锆砖的方法中，所述步骤1中菱镁矿研磨至100目，锆英石研磨至200目。

在本发明的利用微波外场协同处理菱镁矿制备高密度镁锆砖的方法中，所述步骤2中的焙烧温度为850℃，焙烧时间为2小时。

在本发明的利用微波外场协同处理菱镁矿制备高密度镁锆砖的方法中，所述步骤3中球磨时间为8-12小时。

在本发明的利用微波外场协同处理菱镁矿制备高密度镁锆砖的方法中，所述步骤6中压制力根据所需压制试样尺寸产生变化，其范围为15mpa-500mpa，保压处理时间为5-10分钟。

在本发明的利用微波外场协同处理菱镁矿制备高密度镁锆砖的方法中，所述步骤7中的烧制温度为1600℃，烧制时间3小时，并在升温和降温过程中均以5℃/min的升/降温速度进行烧制。

本发明的一种利用微波外场协同处理菱镁矿制备高密度镁锆砖的方法至少具有以下有益效果：

(1)本发明所用原料均为天然矿物，无需任何二次合成产品，相对廉价且易得，生产流程相对简单易实现，可以有效的降低生产成本。

(2)本发明所添加的添加剂与其他方法所选用的添加剂相比，本发明的添加剂为天然矿石产物，且生产过程中也不会生产任何有毒或有害物质，可有效的保证生产环节和流程的绿色与无害化。

(3)本发明采用的焙烧、水化、磨细以及微波干燥及改性分解的协同处理方式等理化手段对菱镁矿直接制备的镁砂的活性与粒度进行不断的提升。使其自身物理性质与化学性能更接近于氧化镁分析纯，进而提升样品最终质量。

(4)本发明所采用微波干燥及改性分解的微波协同处理工艺对水化后的轻烧氧化镁粉进行处理。在前期，由于微波的热效应，使得在微波处理过程中的水分子由于吸收微波能量而不断升温挥发，并且在真空的作用下，其蒸发及升华出的水蒸气可以得到快速排出，加快干燥过程。当完全挥发后得到干燥的氢氧化镁粉体又因为非热效应等作用而得到分解，最终再次得到活性氧化镁粉，并且在微波处理过程中，由于微波的热效应及非热效应等影响因素也使得最终得到的镁粉的自身结构、大分子间的团簇等连接键在吸收微波能量过程中发生断裂甚至是二次解聚，进而导致其自身结构形成一定的缺陷，而混料过程中所加入的锆英石则在后续压制成型和高温烧制过程中对其所产生的缺陷进行此填充，使得镁砂与添加剂间的反应更加充分，同时致密度也相对可以得到提升。

(5)利用本发明所制备的高密度镁锆砖，其产品的最终体积密度均可达3.4g/cm3以上。

附图说明

图1是一种利用微波外场协同处理菱镁矿制备高密度镁锆砖的方法的流程图。

具体实施方式

为更简明的表述本发明的技术实施方法，图1提供了本发明利用微波外场协同处理菱镁矿制备高密度镁锆砖的方法的关键环节技术流程示意图。如图1所述本发明的制备高密度镁锆砖的方法包括以下步骤：

步骤1破碎和研磨：分别对菱镁矿和锆英石进行破碎及研磨；

具体实施时，由于天然矿石粒度相对较大，直接进行生产会严重影响产品质量与物料烧制时间，因此需将矿石进行简单的研磨处理，其中菱镁矿研磨至100目，锆英石研磨至200目。

步骤2菱镁矿轻烧分解：将步骤1中处理获得的菱镁矿粉置于马弗炉中进行焙烧，促进碳酸镁的完全分解，制得初级的轻烧氧化镁粉；

具体实施时，焙烧温度为850℃，焙烧时间为2小时。

步骤3水化磨细：采用水化法将轻烧氧化镁进行水化处理，并置于球磨机中进行球磨处理；

具体实施时，为提升轻烧氧化镁自身活性及粒度，采用水化法将轻烧氧化镁进行水化处理，并且至于球磨机中进行球磨处理，以便氧化镁可以充分水化生成氢氧化镁，并在球磨过程中，物料的粒度也会被再次磨细，有利于提升成品质量，其球磨时间为8-12小时。

步骤4微波协同处理：将步骤3得到的水化泥浆装入粘土坩埚或石英坩埚后送入真空微波反应装置内进行抽真空下的微波脱水干燥以及氢氧化镁的二次分解处理，真空微波反应装置的反应功率为3000w，反应时间40-60min，真空度需在20kpa以上，每次协同处理物料重量在10kg以下；

步骤5混料：待步骤4中的反应后产物完全冷却后，将其得到的活性氧化镁粉与步骤1中获得的锆英石进行混合配料，其锆英石添加量为5％-10％；

步骤6压制成型：将步骤5中制备好的混合物料进行压制成型，同时在压制完成后仍对样品进行保压处理，之后进行脱模，制得待烧制的样品；

具体实施时，压制力根据所需压制试样尺寸产生变化，其范围为15mpa-500mpa，保压处理时间为5-10分钟。

步骤7高温烧结：将待烧制的样品送入高温炉中进行最后烧制，其烧制温度为1600℃，烧制时间3小时，并在升温和降温过程中均以5℃/min的升/降温速度进行烧制，待样品烧制和冷却完成后取出，得到高密度镁锆砖。

下面通过实施例说明本方法的实施过程。

实施例1

本实施所选用的菱镁矿及锆英石成分分别如下表1和表2所示。

表1菱镁矿化学成分(wt/％)

表2锆英石化学成分(wt/％)

首先，将矿石进行研磨处理，其中菱镁矿研磨至100目，锆英石研磨至200目。之后将研磨好的锆英石留作后续备用，将菱镁矿置于马弗炉中进行焙烧，其烧制温度为850℃，烧制时间2小时。之后将焙烧后的轻烧氧化镁粉进行水化和球磨处理10小时。球磨后将试样进行静置、沉淀后得到的水化泥浆装入粘土或石英坩埚后送入真空微波反应装置进行抽真空下的微波脱水干燥以及氢氧化镁的二次分解处理，其反应功率为3000w，反应时间40min，真空度需控制在30kpa左右。待反应后产物完全冷却后，将其得到的活性氧化镁粉与锆英石进行混合配料。其锆英石添加量为5％。之后将混合好的物料进行压制成型，压制成直径2cm的镁锆砖，压制力设定为15mpa，并且在压制过程中对试样进行保压5min处理，之后进行脱模。脱模后样品直接送入高温炉中进行烧制，其烧制温度为1600℃，烧制时间3小时，并在在升温和降温过程中均以5℃/min的升/降温速度进行烧制。待样品烧制和冷却完成后取出。之后通过gb/t2999-2002的方法对取出后的镁锆砖的体积密度进行测定，其最终的镁锆砖体积密度为3.41g/cm³。

实施例2

本实施所选用的菱镁矿及锆英石成分分别如上表1和表2所示。

首先，将矿石进行研磨处理，其中菱镁矿研磨至100目，锆英石研磨至200目。之后将研磨好的锆英石留作后续备用，将菱镁矿置于马弗炉中进行焙烧，其烧制温度为850℃，烧制时间2小时。之后将焙烧后的轻烧氧化镁粉进行水化和球磨处理10小时。球磨后将试样进行静置、沉淀后得到的水化泥浆装入粘土或石英坩埚后送入真空微波反应装置进行抽真空下的微波脱水干燥以及氢氧化镁的二次分解处理，其反应功率为3000w，反应时间50min，真空度需控制在30kpa左右。待反应后产物完全冷却后，将其得到的活性氧化镁粉与锆英石进行混合配料。其锆英石添加量为10％。之后将混合好的物料进行压制成型，压制成直径5cm的镁锆砖，压制力设定为200mpa，并且在压制过程中对试样进行保压8min处理，之后进行脱模。脱模后样品直接送入高温炉中进行烧制，其烧制温度为1600℃，烧制时间3小时，并在在升温和降温过程中均以5℃/min的升/降温速度进行烧制。待样品烧制和冷却完成后取出。之后通过gb/t2999-2002的方法对取出后的镁锆砖的体积密度进行测定，其最终的镁锆砖体积密度为3.46g/cm³。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。