1.本发明属于氧化锌回转窑用浇注料技术领域。具体涉及一种氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料及其制备方法。


背景技术：

2.氧化锌回转窑是回收含锌渣料中氧化锌的设备，属于一种高温火法冶炼设备。其内衬热面耐火材料使用条件比较恶劣，如炉内温度高，碱、锌及二氧化硫等侵蚀性气体浓度大，同时内衬热面耐火材料还遭受气流冲刷和炉内温度的剧烈波动。为了使回转窑稳定运行，要求内衬热面耐火材料高温强度和抗热震性能要好，同时还应具有良好的耐磨性能和抗气相侵蚀性能。
3.目前，氧化锌回转窑内衬热面耐火材料普遍采用镁铝铬砖砌筑，由于氧化铬的存在，镁铝铬砖在氧化锌回转窑内的化学侵蚀相对较弱(康明红,毛忠.锌浸出渣回转挥发窑用镁铝铬砖.耐火材料,2006(2):pp154-155.)。然而，镁铝铬砖不仅显气孔率高、强度低和耐磨性差，且由于热膨胀系数很高，抗热震性能差。长期的使用过程发现，侵蚀气体容易沿着砖缝及气孔渗入到镁铝铬砖内部，改变耐火材料结构，加之气流冲刷及热应力的作用，部分耐火材料与砖体分离，形成剥落，造成砖体的严重损毁。此外，镁铝铬砖导热系数高，导致窑体热量耗散严重；使用过程三价铬会转化为致癌的六价铬离子，严重威胁人和动物的健康。“一种氧化锌回转窑反应带用铝铬锆硅复合砖及制备方法”(cn112299826a)专利技术，采用板状刚玉、电熔铬铝尖晶石、碳化硅、氧化锆和氧化铝超细粉等为原料，经混料压制成型，制得了氧化锌回转窑用铝铬锆硅复合砖，该技术主要缺点在于所采用的电熔铬铝尖晶石会对人的健康安全构成较大威胁，且该砖以致密板状刚玉为主要原料，抗热震性能较差和导热系数较高，加之砖体难以致密化，抗气相侵蚀介质渗透性能依然较差。


技术实现要素：

4.本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种环境友好、导热系数低、耐磨性好、抗热震性能高和抗侵蚀性能优良的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料及其制备方法。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.先以40～60wt％的多孔刚玉-铝酸钡颗粒、10～20wt％的莫来石颗粒、5～15wt％的锆莫来石细粉、5～15wt％的白刚玉细粉、5～15wt％的硅线石细粉、5～10wt％的氧化硅微粉、1～5wt％的氧化钐细粉、1～5wt％的硫酸钡细粉、1～5wt％的塞隆细粉和1～2wt％的钛碳化硅细粉为原料，再外加所述原料0.02～0.08wt％的减水剂、1～4wt％的铝酸钙水泥和7～15wt％的水，搅拌均匀，震动成型，制得氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料。
7.所述多孔刚玉-铝酸钡颗粒的制备方法是：以85～95wt％的工业氧化铝粉和5～15wt％的碳酸钡粉为混合料，外加所述混合料2.0～5.0wt％的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，干燥，在1500～1750℃的条件下保温2～6h，随炉冷却，破碎，筛分，即得多孔刚玉-铝酸钡颗粒。
8.所述多孔刚玉-铝酸钡颗粒的颗粒级配是：粒径为5～3mm的颗粒占55～65wt％，粒径为3～1mm的颗粒占10～25wt％，粒径为1～0.1mm的颗粒占15～30wt％。
9.所述莫来石颗粒的颗粒级配是：粒径为5～3mm的颗粒占55～65wt％，粒径为3～1mm的颗粒占10～25wt％，粒径为1～0.1mm的颗粒占15～30wt％；莫来石颗粒的al2o3含量﹥68wt％。
10.所述锆莫来石细粉的zro2含量﹥15wt％；锆莫来石细粉的粒径﹤75μm。
11.所述白刚玉细粉的al2o3含量﹥97wt％；白刚玉细粉的粒径﹤45μm。
12.所述硅线石细粉的al2o3含量﹥57wt％；硅线石细粉的粒径﹤75μm。
13.所述氧化硅微粉的sio2含量﹥97wt％；氧化硅微粉的粒径﹤5μm。
14.所述氧化钐细粉的sm2o3含量﹥46wt％；氧化钐细粉的粒径﹤45μm。
15.所述硫酸钡细粉的baso4含量﹥97wt％；硫酸钡细粉的粒径﹤45μm。
16.所述塞隆细粉的sialon含量﹥95wt％；塞隆细粉的粒径﹤45μm。
17.所述钛碳化硅细粉的ti3sic2含量﹥95wt％；钛碳化硅细粉的粒径﹤75μm。
18.所述减水剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠中的一种。
19.由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
20.本发明制备的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料为无铬化浇注料，可以避免含六价铬离子的致癌化合物形成，不会对人和动物造成潜在危害，且不需要高温烧成，环境友好。
21.本发明采用的多孔刚玉-铝酸钡颗粒是利用碳酸钡分解原位形成多孔结构，且分解形成的氧化钡和氧化铝高温使用下发生反应，使形成的气孔转化为封闭的微纳米孔，保证了所制备的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料具备低的导热系数和优异的隔热性能。
22.本发明采用的莫来石颗粒、锆莫来石细粉及塞隆细粉均属于耐磨性高的原料，且所采的多孔刚玉-铝酸钡颗粒中的铝酸钡相在浇注过程中会水化生成胶凝结合相，提高了多孔刚玉-铝酸钡颗粒与基质间的结合程度，进一步提高了氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料的耐磨性能。此外，引入的氧化钐细粉会与基质内的氧化铝反应生成smalo3，促进浇注料基质在高温使用条件下烧结致密化，进一步提高了氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料的耐磨性能。
23.本发明采用的多孔刚玉-铝酸钡颗粒具有丰富的微孔，能有效吸收和缓解热应力，所用的锆莫来石能通过氧化锆相变对浇注料增韧，且原位形成的针状结构smalo3能通过桥连、拔出机制，进一步提高氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料的抗热冲击能力，使所制备的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料具备优异的抗热震性能。
24.本发明所制备的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料和耐火砖相比，整体性更好，避免了气相侵蚀介质沿砖缝等薄弱部位渗入浇注料内部。多孔刚玉-铝酸钡颗粒中铝酸钡相浇注过程生成水化相，提高了该颗粒与基质间的结合程度，高温使用条件下多孔刚玉-铝酸钡颗粒会与基质反应，在颗粒表面形成致密反应层，有效阻止了气相侵蚀介质对颗粒料的渗透侵蚀。本发明所用的硅线石在使用过程会逐渐莫来石化，钛碳化硅会氧化产生氧化钛，上述过程均伴随一定体积膨胀，有效堵塞浇注料基质内的气孔，进而大幅减缓气相侵蚀介质在基质中的渗透侵蚀。此外，本发明采用的硫酸钡与各种侵蚀介质不会发生反应，侵蚀过程中，zno与钛碳化硅氧化生成的活性氧化钛反应，生成化学稳定性高的zntio3相，阻止
气相侵蚀介质的进一步渗透侵蚀，故所制备的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料具备优异的抗侵蚀性能。
25.本发明所制备的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料的检测结果
26.110℃
×
24h条件下：体积密度为2.58～2.88g/cm3，显气孔率为8～15％，平均孔径为5～12μm，抗折强度为7～12mpa；
27.1600℃
×
3h条件下：体积密度为2.50～2.75g/cm3，显气孔率为6～12％，平均孔径为3～8μm，抗折强度为10～16mpa，800℃的导热系数为0.50～0.80w/(m
·
k)。
28.因此，本发明所制备的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料具有环境友好、导热系数低、耐磨性好、抗热震性能高和抗侵蚀性能优良的特点。
具体实施方式
29.下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：
30.为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的物料技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：
31.所述多孔刚玉-铝酸钡颗粒的颗粒级配是：粒径为5～3mm的颗粒占55～65wt％，粒径为3～1mm的颗粒占10～25wt％，粒径为1～0.1mm的颗粒占15～30wt％。
32.所述莫来石颗粒的颗粒级配是：粒径为5～3mm的颗粒占55～65wt％，粒径为3～1mm的颗粒占10～25wt％，粒径为1～0.1mm的颗粒占15～30wt％；莫来石颗粒的al2o3含量﹥68wt％。
33.所述锆莫来石细粉的zro2含量﹥15wt％；锆莫来石细粉的粒径﹤75μm。
34.所述白刚玉细粉的al2o3含量﹥97wt％；白刚玉细粉的粒径﹤45μm。
35.所述硅线石细粉的al2o3含量﹥57wt％；硅线石细粉的粒径﹤75μm。
36.所述氧化硅微粉的sio2含量﹥97wt％；氧化硅微粉的粒径﹤5μm。
37.所述氧化钐细粉的sm2o3含量﹥46wt％；氧化钐细粉的粒径﹤45μm。
38.所述硫酸钡细粉的baso4含量﹥97wt％；硫酸钡细粉的粒径﹤45μm。
39.所述塞隆细粉的sialon含量﹥95wt％；塞隆细粉的粒径﹤45μm。
40.所述钛碳化硅细粉的ti3sic2含量﹥95wt％；钛碳化硅细粉的粒径﹤75μm。
41.实施例1
42.一种氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
43.先以40wt％的多孔刚玉-铝酸钡颗粒、10wt％的莫来石颗粒、15wt％的锆莫来石细粉、15wt％的白刚玉细粉、5wt％的硅线石细粉、10wt％的氧化硅微粉、1wt％的氧化钐细粉、1wt％的硫酸钡细粉、1wt％的塞隆细粉和2wt％的钛碳化硅细粉为原料，再外加所述原料0.02wt％的三聚磷酸钠、1wt％的铝酸钙水泥和15wt％的水，搅拌均匀，震动成型，制得氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料。
44.所述多孔刚玉-铝酸钡颗粒的制备方法是：以85wt％的工业氧化铝粉和15wt％的碳酸钡粉为混合料，外加所述混合料2.0wt％的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，干燥，在1500℃的条件下保温2h，随炉冷却，破碎，筛分，即得多孔刚玉-铝酸钡颗粒。
45.本实施例所制备的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料的检测结果
46.110℃
×
24h条件下：体积密度为2.58g/cm3，显气孔率为15％，平均孔径为5μm，抗折强度为7mpa；
47.1600℃
×
3h条件下：体积密度为2.50g/cm3，显气孔率为12％，平均孔径为3μm；抗折强度为10mpa，导热系数为0.50w/(m
·
k)。
48.实施例2
49.一种氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
50.先以60wt％的多孔刚玉-铝酸钡颗粒、12wt％的莫来石颗粒、5wt％的锆莫来石细粉、5wt％的白刚玉细粉、5wt％的硅线石细粉、5wt％的氧化硅微粉、2wt％的氧化钐细粉、2wt％的硫酸钡细粉、3wt％的塞隆细粉和1wt％的钛碳化硅细粉为原料，再外加所述原料0.03wt％的六偏磷酸钠、3wt％的铝酸钙水泥和7wt％的水，搅拌均匀，震动成型，制得氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料。
51.所述多孔刚玉-铝酸钡颗粒的制备方法是：以88wt％的工业氧化铝粉和12wt％的碳酸钡粉为混合料，外加所述混合料3.5wt％的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，干燥，在1600℃的条件下保温3h，随炉冷却，破碎，筛分，即得多孔刚玉-铝酸钡颗粒。
52.本实施例所制备的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料的检测结果
53.110℃
×
24h条件下：体积密度为2.76g/cm3，显气孔率为11％，平均孔径为7μm，抗折强度为9mpa；
54.1600℃
×
3h条件下：体积密度为2.63g/cm3，显气孔率为8％，平均孔径为4μm，抗折强度为12mpa，800℃的导热系数为0.66w/(m
·
k)。
55.实施例3
56.一种氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
57.先以42wt％的多孔刚玉-铝酸钡颗粒、20wt％的莫来石颗粒、6wt％的锆莫来石细粉、7wt％的白刚玉细粉、8wt％的硅线石细粉、6wt％的氧化硅微粉、5wt％的氧化钐细粉、3wt％的硫酸钡细粉、2wt％的塞隆细粉和1wt％的钛碳化硅细粉为原料，再外加所述原料0.02wt％的六偏磷酸钠、4wt％的铝酸钙水泥和10wt％的水，搅拌均匀，震动成型，制得氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料。
58.所述多孔刚玉-铝酸钡颗粒的制备方法是：以90wt％的工业氧化铝粉和10wt％的碳酸钡粉为混合料，外加所述混合料5.0wt％的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，干燥，在1750℃的条件下保温6h，随炉冷却，破碎，筛分，即得多孔刚玉-铝酸钡颗粒。
59.本实施例所制备的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料的检测结果
60.110℃
×
24h条件下：体积密度为2.88g/cm3，显气孔率为8％，平均孔径为12μm，抗折强度为12mpa；
61.1600℃
×
3h条件下：体积密度为2.75g/cm3，显气孔率为6％，平均孔径为8μm，抗折强度为16mpa，800℃的导热系数为0.80w/(m
·
k)。
62.实施例4
63.一种氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
64.先以45wt％的多孔刚玉-铝酸钡颗粒、11wt％的莫来石颗粒、7wt％的锆莫来石细粉、8wt％的白刚玉细粉、7wt％的硅线石细粉、7wt％的氧化硅微粉、3wt％的氧化钐细粉、5wt％的硫酸钡细粉、5wt％的塞隆细粉和2wt％的钛碳化硅细粉为原料，再外加所述原料0.03wt％的三聚磷酸钠、3wt％的铝酸钙水泥和9wt％的水，搅拌均匀，震动成型，制得氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料。
65.所述多孔刚玉-铝酸钡颗粒的制备方法是：以95wt％的工业氧化铝粉和5wt％的碳酸钡粉为混合料，外加所述混合料3.0wt％的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，干燥，在1700℃的条件下保温4h，随炉冷却，破碎，筛分，即得多孔刚玉-铝酸钡颗粒。
66.本实施例所制备的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料的检测结果
67.110℃
×
24h条件下：体积密度为2.82g/cm3，显气孔率为10％，平均孔径为10μm，抗折强度为11mpa；
68.1600℃
×
3h条件下：体积密度为2.72g/cm3，显气孔率为7％，平均孔径为6μm，抗折强度为15mpa，800℃的导热系数为0.69w/(m
·
k)。
69.实施例5
70.一种氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
71.先以44wt％的多孔刚玉-铝酸钡颗粒、15wt％的莫来石颗粒、9wt％的锆莫来石细粉、6wt％的白刚玉细粉、15wt％的硅线石细粉、5wt％的氧化硅微粉、2wt％的氧化钐细粉、1wt％的硫酸钡细粉、2wt％的塞隆细粉和1wt％的钛碳化硅细粉为原料，再外加所述原料0.08wt％的三聚磷酸钠、2wt％的铝酸钙水泥和11wt％的水，搅拌均匀，震动成型，制得氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料。
72.所述多孔刚玉-铝酸钡颗粒的制备方法是：以92wt％的工业氧化铝粉和8wt％的碳酸钡粉为混合料，外加所述混合料4.0wt％的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，干燥，在1550℃的条件下保温5h，随炉冷却，破碎，筛分，即得多孔刚玉-铝酸钡颗粒。
73.本实施例所制备的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料的检测结果
74.110℃
×
24h条件下：体积密度为2.72g/cm3，显气孔率为12％，平均孔径为8μm，抗折强度为10mpa；
75.1600℃
×
3h条件下：体积密度为2.61g/cm3，显气孔率为10％，平均孔径为7μm，抗折强度为14mpa，800℃的导热系数为0.73w/(m
·
k)。
76.本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
77.本具体实施方式制备的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料为无铬化浇注料，可以避免含六价铬离子的致癌化合物形成，不会对人和动物造成潜在危害，且不需要高温烧成，环境友好。
78.本具体实施方式采用的多孔刚玉-铝酸钡颗粒是利用碳酸钡分解原位形成多孔结构，且分解形成的氧化钡和氧化铝高温使用下发生反应，使形成的气孔转化为封闭的微纳米孔，保证了所制备的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料具备低的导热系数和优异的隔热性能。
79.本具体实施方式采用的莫来石颗粒、锆莫来石细粉及塞隆细粉均属于耐磨性高的原料，且所制备的多孔刚玉-铝酸钡颗粒中的铝酸钡相在浇注过程中会水化生成胶凝结合
相，提高了多孔刚玉-铝酸钡颗粒与基质间的结合程度，进一步提高了氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料的耐磨性能。此外，引入的氧化钐细粉会与基质内的氧化铝反应生成smalo3，促进浇注料基质在高温使用条件下烧结致密化，进一步提高了氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料的耐磨性能。
80.本具体实施方式采用的多孔刚玉-铝酸钡颗粒具有丰富的微孔，能有效吸收和缓解热应力，所用的锆莫来石能通过氧化锆相变对浇注料增韧，且原位形成的针状结构smalo3能通过桥连、拔出机制，进一步提高氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料的抗热冲击能力，使所制备的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料具备优异的抗热震性能。
81.本具体实施方式所制备的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料和耐火砖相比，整体性更好，避免了气相侵蚀介质沿砖缝等薄弱部位渗入浇注料内部。多孔刚玉-铝酸钡颗粒中铝酸钡相浇注过程生成水化相，提高了该颗粒与基质间的结合程度，高温使用条件下多孔刚玉-铝酸钡颗粒会与基质反应，在颗粒表面形成致密反应层，有效阻止了气相侵蚀介质对颗粒料的渗透侵蚀。本具体实施方式所用的硅线石在使用过程会逐渐莫来石化，钛碳化硅会氧化产生氧化钛，上述过程均伴随一定体积膨胀，有效堵塞浇注料基质内的气孔，进而大幅减缓气相侵蚀介质在基质中的渗透侵蚀。此外，本具体实施方式采用的硫酸钡与各种侵蚀介质不会发生反应，侵蚀过程中，zno与钛碳化硅氧化生成的活性氧化钛反应，生成化学稳定性高的zntio3相，阻止气相侵蚀介质的进一步渗透侵蚀，故所制备的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料具备优异的抗侵蚀性能。
82.本具体实施方式所制备的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料的检测结果
83.110℃
×
24h条件下：体积密度为2.58～2.88g/cm3，显气孔率为8～15％，平均孔径为5～12μm，抗折强度为7～12mpa；
84.1600℃
×
3h条件下：体积密度为2.50～2.75g/cm3，显气孔率为6～12％，平均孔径为3～8μm，抗折强度为10～16mpa，800℃的导热系数为0.50～0.80w/(m
·
k)。
85.因此，本具体实施方式所制备的氧化锌回转窑用刚玉-莫来石浇注料具有环境友好、导热系数低、耐磨性好、抗热震性能高和抗侵蚀性能优良的特点。