- 礦熱爐鎳鐵渣熔融改性制備鎂橄欖石耐火材料技術(shù)
- 作者：nhxx
- 作者機(jī)構(gòu)：
- 分類號(hào)：
- 卷號(hào)：
- 期號(hào) : 2024 年， 第12期
- 關(guān)鍵詞： 礦熱爐鎳鐵渣，熔融改性，鎂橄欖石耐火材料技術(shù)
隨著鎳鐵合金產(chǎn)量的增加，鎳鐵渣的排放量逐年激增。鎳鐵渣中含有大量的鎂橄欖石和頑火輝石結(jié)晶相，是制備鎂橄欖石耐火材料的良好原料。為了充分利用熔融鎳鐵渣及其蘊(yùn)含的高溫潛熱，湖北理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院等單位的研究人員開發(fā)了礦熱爐鎳鐵渣熔融改性制備鎂橄欖石耐火材料新技術(shù)。
本研究采用的礦熱爐渣來自廣西某不銹鋼冶煉廠。礦熱爐渣的化學(xué)成分見表1，主要包括 SiO2和 MgO，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 49.27%和 27.94%。使用純度大于99.0%的高純度 MgO 作為改性劑是為了更精準(zhǔn)地控制鎳鐵渣混合料的鎂硅比，從而探索鎂橄欖石的最佳生成條件。
表1 礦熱爐鎳鐵渣的元素組成（w）和失重/%
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SiO2 |
Al2O3 |
MgO |
Na2O |
Fe2O3 |
TiO2 |
CaO |
MnO2 |
Cr2O3 |
LOI |
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49.27 |
2.83 |
27.94 |
0.28 |
6.79 |
0.15 |
3.58 |
1.60 |
2.16 |
4.43 |
使用振磨機(jī)進(jìn)行磨礦，振磨質(zhì)量為 100 g、振磨時(shí)間為15 s。隨后，將處理后的原料按照不同配比混合，通過調(diào)整混合料中 MgO 和 SiO2 的物質(zhì)的量之比，制備一系列具有不同鎂硅比的混合料。氧化鎂摻量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）依次為 30.3%、38.3%、46.3%、54.3%、62.3%，對(duì)應(yīng)混合料中鎂硅比依次為 1.77、2.02、2.26、2.50、2.75，實(shí)現(xiàn)了大約 0.25 的勻速遞增。然后，將混勻料在 105 °C 下烘干 12 h，以脫除水分，確保后續(xù)熱處理的效果。烘干后的粉體裝入剛玉坩堝，按照預(yù)設(shè)的升溫曲線進(jìn)行升溫（從室溫到 1 200 °C、以 10 °C·min-1 的速率升溫；而從 1 200 °C 升溫至所需溫度時(shí)，以5 °C·min-1 的速率升溫），在預(yù)定的改性溫度下焙燒，最后以不同冷卻方式冷卻至室溫。然后檢測(cè)試樣的耐壓強(qiáng)度、體積密度、顯氣孔率、加熱永久線變化等指標(biāo)。
分別探討了氧化鎂添加量、熔融改性溫度、改性時(shí)間以及冷卻速度對(duì)鎂橄欖石性能的影響。
通過將鎳鐵渣和高純 MgO混合模擬高溫熔融狀態(tài)鎳鐵渣的在線改性過程，進(jìn)行不同改性溫度、時(shí)間和冷卻方式的改性試驗(yàn)，研究其對(duì)鎂橄欖石耐火材料的微觀結(jié)構(gòu)、體積密度、顯氣孔率和重?zé)�收縮率的影響，得到的主要結(jié)論如下。
1）礦熱爐鎳鐵渣在 1 550 ℃下改性 2 h 并緩慢冷卻的條件下，制備的鎂橄欖石耐火材料具有良好的綜合性能，耐壓強(qiáng)度可達(dá) 91.41 MPa，重?zé)�收縮率為 0.87%，顯氣孔率為 10.71%，體積密度為 2.63 g·cm-3。
2）改性溫度和冷卻方式對(duì)鎂橄欖石耐火材料的晶粒粒度和晶相組成影響顯著，適當(dāng)提高改性溫度，鎂橄欖石耐火材料的鎂橄欖樹主晶相晶粒充分生長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)更加致密，氣孔率降低，強(qiáng)度提高；但過高的溫度可能引發(fā)材料內(nèi)部應(yīng)力增大，影響其整體性能。若冷卻速度過快，會(huì)嚴(yán)重破壞晶體結(jié)構(gòu)，降低其性能。
3）鎂橄欖石的合成過程主要分為 2 個(gè)階段，即 MgO 的擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)階段以及鎂橄欖石的燒結(jié)致密化反應(yīng)階段，通過控制改性溫度、保溫時(shí)間、冷卻方式等反應(yīng)條件可以促進(jìn)或者抑制鎂橄欖石的合成過程。
4）通過模擬在線改性過程，利用礦熱爐鎳鐵渣，制備出具有良好力學(xué)性能和高溫穩(wěn)定性能的鎂橄欖石耐火材料，這不但為充分利用鎳鐵渣的高溫潛熱、降低能耗提供一種途徑，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)礦熱爐冶煉渣的綜合利用，具有良好的環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益。
（摘編自《中國(guó)冶金》2024年12月6日網(wǎng)絡(luò)首發(fā)）