一種利用廢棄鎂碳磚制備氧化鎂晶須的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用廢棄鎂碳磚制備氧化鎂晶須的方法，以廢棄鎂碳磚為主要原料，經(jīng)揀選、破碎、磨細(xì)，配料、調(diào)整配料中碳組分含量，經(jīng)成型和高溫合成，通過氧化鎂碳熱還原生成鎂蒸氣，鎂蒸氣氧化生成氧化鎂晶須。是利用氧化鎂碳熱還原輸運(yùn)氧化法制備，通過調(diào)整合成溫度和保溫時(shí)間可以調(diào)整氧化鎂晶須的直徑和長徑比。氧化鎂晶須制備在氣氛燒結(jié)爐中進(jìn)行，首先對氣氛爐抽真空，在氬氣保護(hù)下升溫，到達(dá)合成溫度通入氧氣，氧氣與鎂蒸汽反應(yīng)生成氧化鎂晶須。這種方法不僅可以節(jié)約大量天然資源和合成原料，還可以對固體廢棄物進(jìn)行再利用。合成的晶須原料便宜，成本低，直徑在2～15μm之間，長徑比在30～75之間。
【專利說明】
一種利用廢棄鎂碳磚制備氧化鎂晶須的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及氧化鎂晶須的制備技術(shù)，具體涉及一種利用廢棄鎂碳磚制備氧化鎂晶須的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鎂晶須具有耐熱性、絕緣性、耐堿性和高強(qiáng)度、高模量，可作為增強(qiáng)體用于樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料。已有的制備方法包括蒸熱法、氧化鎂還原法、鎂鹽分解法、鎂鹽水解法、鎂鹽與鹵化物反應(yīng)法以及醇類-水熱法等，所有這些方法均需消耗大量天然原料或合成原料。鋼鐵工業(yè)煉鋼過程產(chǎn)生大量廢棄鎂碳磚，其中主要成分是氧化鎂和碳，目前主要用來生產(chǎn)再生鎂碳磚、再生鎂鋁碳磚、再生鎂磚、再生鎂鉻磚、電熔鎂砂等，根據(jù)
【申請人】的資料檢索，還沒有利用其作為主要原料制備氧化鎂晶須的相關(guān)文獻(xiàn)，因此，利用廢棄鎂碳磚作為主要原料制備氧化鎂晶須，不僅可以節(jié)省大量天然原料和人工合成原料，還可以實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的再利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種利用廢棄鎂碳磚制備氧化鎂晶須的方法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案:
[0005]—種利用廢棄鎂碳磚制備氧化鎂晶須的方法，其特征在于，該方法以廢棄鎂碳磚為主要原料，經(jīng)揀選、破碎、磨細(xì)，配料、調(diào)整配料中碳組分含量，經(jīng)成型和高溫合成，通過氧化鎂碳熱還原生成鎂蒸氣，鎂蒸氣氧化生成氧化鎂晶須。
[0006]具體按照下列步驟制備:
[0007]步驟一，對廢棄鎂碳磚進(jìn)行人工揀選，剔除粘渣部分和粘附的金屬，利用顎式破碎機(jī)和反擊式破碎機(jī)進(jìn)行粗碎和中碎，隨后進(jìn)行篩分，篩上料作為后續(xù)階段的骨料，篩下料用于球磨機(jī)的磨細(xì)；
[0008]步驟二，經(jīng)化學(xué)分析確定篩下料中氧化鎂和碳含量，球磨機(jī)進(jìn)料控制碳組分和氧化鎂摩爾比在0.3?0.7之間，不足部分用廢碳磚細(xì)粉或冶金碎焦補(bǔ)充；
[0009]步驟三，將步驟二調(diào)整好的物料在球磨機(jī)中磨細(xì)至小于180目的細(xì)粉大于95%;
[0010]步驟四，按著篩上料60%，細(xì)粉40%進(jìn)行配料，在混煉機(jī)中按照先篩上料，混合2-5分鐘，加入配料總重量8 %的酚醛樹脂乙二醇稀釋液，混合5分鐘，加入細(xì)粉混合10分鐘，總計(jì)混合20分鐘，混合好的物料置于密閉容器或用塑料袋密封，睏料6小時(shí)；
[0011]步驟五，經(jīng)睏料后的物料利用液壓機(jī)或摩擦壓磚機(jī)成型，成型壓力為150MPa;
[0012]步驟六，成型試樣經(jīng)I天自然晾干，在干燥設(shè)備中階段升溫和保溫，最后在110°C，保溫24小時(shí)；
[0013]步驟七，氧化鎂晶須合成在氣氛燒結(jié)爐中進(jìn)行，將成型試樣置于氧化鋁匣缽或尖晶石匣缽，匣缽上加蓋并留出縫隙，對氣氛燒結(jié)爐抽真空后通入氬氣，升溫至1450°C?1600°c，通入氧氣，氧氣流量根據(jù)成型試樣多少和尺寸進(jìn)行調(diào)整，燒結(jié)使得高溫碳熱還原產(chǎn)生的鎂蒸汽全部氧化生成氧化鎂晶須；
[0014]步驟八，燒結(jié)后的試樣隨爐自然冷卻，晶須附著在試樣外部，剝離后得到氧化鎂晶須。
[0015]采用本方法制備的氧化鎂晶須，具有長徑比較大，發(fā)育完整，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0016](I)主要原料均為用后耐火材料，為此原料便宜，可望氧化鎂具有較高的性價(jià)比。
[0017](2)合成的晶須直接附著在成型坯體表面，便于收集；
[0018](3)晶須的長徑比可以方便地通過調(diào)整合成溫度和時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，合成的晶須長徑比大。
[0019](4)合成晶須用坯體用后具有多孔結(jié)構(gòu)，且具有足夠的強(qiáng)度，可用于高溫窯爐的隔熱襯。
[0020](5)合成晶須用坯體骨料部分可以用鎂碳磚以外的用后耐火材料顆粒料，只要在高溫下惰性，不與氧化鎂和碳成分發(fā)生反應(yīng)即可，比如尖晶石磚。
[0021](6)合成氧化鎂晶須用碳組分可以選用廢棄鎂碳磚中的殘余碳、也可以用用后碳磚、用后石墨電極、活性炭、冶金焦細(xì)顆粒等，原料來源廣泛。
【附圖說明】
[0022]圖1是在1600°C、保溫3小時(shí)合成的氧化鎂晶須形貌圖；其中，(a)圖為實(shí)物圖，(b)圖為氧化鎂晶須形貌圖，(C)圖為(b)圖的局部放大圖；
[0023]圖2為在1600°C、保溫3小時(shí)合成氧化鎂晶須的X-射線衍射圖譜；
[0024]圖3是在1450°C保溫3小時(shí)合成氧化鎂晶須形貌圖，其中，(a)圖為實(shí)物圖，(b)圖為氧化鎂晶須形貌圖；
[0025]圖4是在1550°C、3小時(shí)合成氧化鎂晶須形貌圖，其中，(a)圖為實(shí)物圖，(b)圖為氧化鎂晶須形貌圖；
[0026]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本實(shí)施例給出一種利用廢棄鎂碳磚制備氧化鎂晶須的方法，具體包括下列步驟:
[0028]步驟一，對廢棄鎂碳磚進(jìn)行人工揀選，剔除粘渣部分和粘附的金屬，利用顎式破碎機(jī)和反擊式破碎機(jī)進(jìn)行粗碎和中碎，隨后進(jìn)行篩分，篩上料作為后續(xù)階段的骨料，篩下料用于球磨機(jī)磨細(xì)。
[0029]步驟二，經(jīng)化學(xué)分析確定篩下料中氧化鎂和碳含量，球磨機(jī)進(jìn)料要求碳組分和氧化鎂摩爾比在0.3?0.7之間，不足部分用廢碳磚細(xì)粉或冶金碎焦等補(bǔ)充。
[0030]步驟三，將步驟二調(diào)整好的物料在球磨機(jī)中磨細(xì)至小于180目的細(xì)粉大于95%。
[0031]步驟四，按著篩上料50?80%，球磨細(xì)粉20?50%，進(jìn)行配料。在混煉機(jī)中先加入篩上料，混合2-5分鐘，再加入酚醛樹脂乙二醇稀釋液8%，混合5分鐘，加入細(xì)粉混合10分鐘?？傆?jì)混合20分鐘左右，混合好的物料置于密閉容器或用塑料袋密封，睏料6小時(shí)；
[0032]步驟五、經(jīng)睏料后的物料利用液壓機(jī)或摩擦壓磚機(jī)成型，成型壓力為150MPa;
[0033]步驟六，成型試樣經(jīng)I天自然晾干，在干燥設(shè)備中階段升溫和保溫，最后在110°C，保溫24小時(shí)。
[0034]步驟七，氧化鎂晶須合成在氣氛燒結(jié)爐中進(jìn)行，將晾曬和干燥后成型試樣置于氧化鋁或尖晶石匣缽，上加蓋并留出縫隙，對氣氛燒結(jié)爐抽真空后通入氬氣，升溫至1450°C?1600°C，通入氧氣，氧氣流量根據(jù)試樣多少和尺寸進(jìn)行調(diào)整，使得高溫碳熱還原產(chǎn)生的鎂蒸汽全部氧化生成氧化鎂晶須。
[0035]步驟八，燒結(jié)后的試樣隨爐自然冷卻，晶須附著在試樣外部，剝離后得到氧化鎂晶須。
[0036]所述的廢棄鎂碳磚選用殘?zhí)己扛叩膹U棄鎂碳磚，它們是轉(zhuǎn)爐煉鋼用后鎂碳磚，或者是精煉鋼包用后鎂碳磚，或者是鎂碳質(zhì)用后滑板。
[0037]所述的碳為用后鎂碳磚殘余碳、石墨、焦炭、廢石墨電極或者冶金過程中不可利用的細(xì)焦炭顆粒。
[0038]以下是發(fā)明人給出的最優(yōu)實(shí)施例，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，經(jīng)
【申請人】的實(shí)驗(yàn)證明，在本發(fā)明給出的范圍內(nèi)，均能夠制備出氧化鎂晶須。
[0039]實(shí)施例1:
[0040]利用MT18A牌號廢棄鎂碳磚(新磚碳含量多18%)，將粘渣和金屬附著物清除，經(jīng)顎式破碎機(jī)、沖擊式破粹機(jī)破碎后篩分，篩上料作為顆粒料使用，篩下料用于磨細(xì)，經(jīng)分析需補(bǔ)充5.1%碳質(zhì)材料，以保證細(xì)粉部分碳組分和氧化鎂的摩爾比為0.5。篩下料利用球磨機(jī)磨細(xì)至小于180目的細(xì)粉，按著按顆粒料:細(xì)粉=60:40比例進(jìn)行配料，首先加入顆粒料混合3分鐘，再加入顆粒料和細(xì)粉總重量8 %的酚醛樹脂乙二醇稀釋液，混合5分鐘，加入細(xì)粉混合12分鐘，混合好的物料置于密閉容器或用塑料袋密封，睏料6小時(shí);經(jīng)睏料后的物料在液壓機(jī)上成型，成型壓力150MPa，成型試樣經(jīng)I天自然晾干，在干燥設(shè)備中階段升溫和保溫，最后在110°C，保溫24小時(shí)；晾曬和干燥后成型試樣置于氧化鋁匣缽或尖晶石匣缽，匣缽上加蓋并留出縫隙，放入氣氛燒結(jié)爐，對氣氛燒結(jié)爐抽真空，充入氬氣，待溫度升至1600°C保溫，并通入氧氣，氧氣流量250mL/min，保溫3小時(shí)。燒結(jié)使得高溫碳熱還原產(chǎn)生的鎂蒸汽全部氧化生成氧化鎂晶須，燒結(jié)后的成型試樣隨爐自然冷卻，晶須附著在成型試樣外部，剝離后得到氧化鎂晶須。氧化鎂晶須照片如圖1所示，相組成如圖2所示?？梢娫谠摋l件下合成的氧化鎂晶須直徑在2μπι?3μ??，晶須長徑比在50?75之間。由圖2可見，晶須僅含有方鎂石相，為氧化鎂晶須。
[0041 ] 實(shí)施例2:
[0042]利用ΜΤ18Α廢棄鎂碳磚(新磚碳含量多18% )，將粘渣和金屬附著物清除，經(jīng)顎式破碎機(jī)、沖擊式破粹機(jī)破碎后篩分，篩上料作為顆粒料使用，篩下料用于磨細(xì)，經(jīng)分析需補(bǔ)充5.1%碳質(zhì)材料，以保證細(xì)粉部分碳組分和氧化鎂的摩爾比為0.5。利用球磨機(jī)磨細(xì)至小于180目，按著顆粒料:細(xì)粉= 60:40比例進(jìn)行配料，其中利用鎂尖晶石用后耐火材料顆粒取代鎂碳磚顆粒。坯料混合首先加入顆粒料混合3分鐘，再加入顆粒料和細(xì)粉總重量8%的酚醛樹脂乙二醇稀釋液混合5分鐘，加入細(xì)粉混合12分鐘，混合好的物料置于密閉容器或用塑料袋密封，睏料6小時(shí);經(jīng)睏料后的物料在液壓機(jī)上成型，成型壓力150MPa，成型試樣經(jīng)I天自然晾干，在干燥設(shè)備中階段升溫和保溫，最后在110°C，保溫24小時(shí);經(jīng)晾曬和干燥后成型試樣放入氣氛燒結(jié)爐，對氣氛燒結(jié)爐抽真空，充入氬氣，待溫度升至1450 °C保溫，并通入氧氣，氧氣流量250mL/min，保溫3小時(shí)。燒結(jié)使得高溫碳熱還原產(chǎn)生的鎂蒸汽全部氧化生成氧化鎂晶須，燒結(jié)后的成型試樣隨爐自然冷卻，晶須附著在成型試樣外部，剝離后得到氧化鎂晶須，氧化鎂晶須形貌圖片如圖3所示。可見在該條件下合成的氧化鎂晶須直徑相差較大，在2μ???15μ??，晶須長徑比較小，在15?25之間。
[0043]實(shí)施例3:
[0044]利用ΜΤ18Α廢棄鎂碳磚(新磚碳含量多18%)，將粘渣和金屬附著物清除，經(jīng)顎式破碎機(jī)、沖擊式破粹機(jī)破碎后篩分，篩上料作為顆粒料使用，篩下料用于磨細(xì)，經(jīng)分析需補(bǔ)充8.0%碳質(zhì)材料，以保證細(xì)粉部分碳組分和氧化鎂的摩爾比為0.6。利用球磨機(jī)磨細(xì)至小于180目的細(xì)粉，按著顆粒料:細(xì)粉=60:40比例進(jìn)行配料，首先加入顆粒料混合3分鐘，再加入顆粒料和細(xì)粉總重量8%的酚醛樹脂乙二醇稀釋液混合5分鐘，加入細(xì)粉混合12分鐘，混合好的物料置于密閉容器或用塑料袋密封，睏料6小時(shí);經(jīng)睏料后的物料在液壓機(jī)上成型，成型壓力150MPa，成型試樣經(jīng)I天自然晾干，在干燥設(shè)備中階段升溫和保溫，最后在110°C，保溫24小時(shí)，成型試樣經(jīng)晾干和干燥后置于氧化鋁匣缽或尖晶石匣缽，匣缽上加蓋并留出縫隙，放入氣氛燒結(jié)爐，對氣氛燒結(jié)爐抽真空，充入氬氣，待溫度升至1550 °C保溫，并通入氧氣，氧氣流量300mL/min，保溫3小時(shí)。燒結(jié)使得高溫碳熱還原產(chǎn)生的鎂蒸汽全部氧化生成氧化鎂晶須，燒結(jié)后的成型試樣隨爐自然冷卻，晶須附著在成型試樣外部，剝離后得到氧化鎂晶須。氧化鎂晶須照片如圖4所示。可見在該條件下合成的氧化鎂晶須直徑在2μπι?5μπι，晶須長徑比在30?60之間。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用廢棄鎂碳磚制備氧化鎂晶須的方法，其特征在于，該方法以廢棄鎂碳磚為主要原料，經(jīng)揀選、破碎、磨細(xì)，配料、調(diào)整配料中碳組分含量，經(jīng)成型和高溫合成，通過氧化鎂碳熱還原生成鎂蒸氣，鎂蒸氣氧化生成氧化鎂晶須。2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，具體包括下列步驟: 步驟一，對廢棄鎂碳磚進(jìn)行人工揀選，剔除粘渣部分和粘附的金屬，利用顎式破碎機(jī)和反擊式破碎機(jī)進(jìn)行粗碎和中碎，隨后進(jìn)行篩分，篩上料作為后續(xù)階段的骨料，篩下料用于球磨機(jī)的磨細(xì)； 步驟二，經(jīng)化學(xué)分析確定篩下料中氧化鎂和碳含量，球磨機(jī)進(jìn)料控制碳組分和氧化鎂摩爾比在0.3?0.7之間，不足部分用廢碳磚細(xì)粉或冶金碎焦補(bǔ)充； 步驟三，將步驟二調(diào)整好的物料在球磨機(jī)中磨細(xì)至小于180目的細(xì)粉大于95% ; 步驟四，按著篩上料50?80%，細(xì)粉20?50%進(jìn)行配料，在混煉機(jī)中按照先篩上料，混合2-5分鐘，加入配料總重量8%的酚醛樹脂乙二醇稀釋液，混合5分鐘，加入細(xì)粉混合10分鐘，總計(jì)混合20分鐘，混合好的物料置于密閉容器或用塑料袋密封，睏料6小時(shí)； 步驟五，經(jīng)睏料后的物料利用液壓機(jī)或摩擦壓磚機(jī)成型，成型壓力為150MPa; 步驟六，成型試樣經(jīng)I天自然晾干，在干燥設(shè)備中階段升溫和保溫，最后在110°C，保溫24小時(shí); 步驟七，氧化鎂晶須合成在氣氛燒結(jié)爐中進(jìn)行，將晾曬和干燥后成型試樣置于氧化鋁匣缽或尖晶石匣缽，匣缽上加蓋并留出縫隙，對氣氛燒結(jié)爐抽真空后通入氬氣，升溫至1450°C?1600°C，通入氧氣，氧氣流量根據(jù)成型試樣多少和尺寸進(jìn)行調(diào)整，燒結(jié)使得高溫碳熱還原產(chǎn)生的鎂蒸汽全部氧化生成氧化鎂晶須； 步驟八，燒結(jié)后的成型試樣隨爐自然冷卻，晶須附著在成型試樣外部，剝離后得到氧化鎂晶須。3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的廢棄鎂碳磚選用殘?zhí)己扛叩膹U棄鎂碳磚，它們是轉(zhuǎn)爐煉鋼用后鎂碳磚，或者是精煉鋼包用后鎂碳磚，或者是鎂碳質(zhì)用后滑板。4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的碳為用后鎂碳磚殘余碳、石墨、焦炭、廢石墨電極或者冶金過程中不可利用的細(xì)焦炭顆粒。
【文檔編號】C30B25/00GK105908255SQ201610172529
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】尹洪峰, 辛亞樓, 高魁, 袁蝴蝶
【申請人】西安建筑科技大學(xué)