一种镁质浇注料及其制备方法和应用

1.本技术涉及资源高效利用领域，更具体地说，它涉及一种镁质浇注料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.察尔汗盐湖是我国最大的可溶性钾镁盐矿床，该地区是我国最大的钾肥工业生产基地，年产量已超过500万t，占我国钾肥生产量和国产钾肥销售额96％，然而每生产1t的氯化钾肥就会产生40m3的mgcl2卤水。早期就地排放，造成企业周围老卤泛滥，目前大多采用远距离排放方式排回盐湖，经日晒蒸发形成水氯镁石(mgcl2
·
6h2o)。随着氯化钾生产规模的不断扩大，上述处理方式导致副产的水氯镁石逐年增加，不仅造成镁资源的浪费，而且对盐湖自然生态平衡造成严重破坏并形成盐湖“镁害”。目前水氯镁石的利用途径主要为：一将水氯镁石脱水经熔盐电解法冶炼金属镁，二将水氯镁石经高温热解或化学反应制备氢氧化镁/氧化镁等。但无论是以何种方法生产镁产品，既经济高效又无污染是目前发展的基本问题，因此，低成本、高效率、增值化地实现水氯镁石资源的综合利用，对于消除盐湖“镁害”，实现盐湖可持续发展及镁行业的技术进步具有非常重要的意义。
3.浇注料又称耐火浇注料，是一种由耐火物料参加一定量结合剂制成的粒状和粉状资料，具有较高流动性，以浇注方式成型的不定形耐火材料。浇注料是目前消费与运用最为普遍的一种不定型耐火材料，用于构筑各种加热炉内衬的全体构筑物，可用于冶炼炉。但现有的浇注料普遍结合强度低，抗折强度弱，抗渣性能低，并且镁质浇注料在生产过程中粉尘和废气排放量较大，造成了环境污染。


技术实现要素：

4.为了有效利用盐湖卤水中的镁资源，提高浇注料的抗折强度，本技术提供一种镁质浇注料及其制备方法和应用。
5.第一方面，本技术提供一种镁质浇注料，采用如下的技术方案：
6.一种镁质浇注料包括以下原料份：18～26wt％的氧化镁细粉、1～3wt％的二氧化硅微粉、1～3wt％的镁铝硅水合物结合剂、0.05～0.2wt％的聚羧酸盐类分散剂和余量的氧化镁颗粒。
7.通过采用上述技术方案，将镁铝硅水合物结合剂加入到镁质浇注料中，能显著提高浇注料的结合强度，改善抗爆裂性能和抗渣性能。相比于传统的波特兰水泥结合剂，本技术中的镁质浇注料能显著降低生产能耗，减少生产过程中粉尘和废气排放量，安全环保并且耐久性优良。此外，含低温(200-400℃)预热处理的镁铝硅水合物结合剂的镁质浇注料，由于镁铝硅水合物结合剂具有记忆效应，早期结合强度得到提高。
8.第二方面，本技术提供一种镁质浇注料的制备方法，采用如下的技术方案：
9.一种镁质浇注料的制备方法包括以下制备步骤：
10.a.根据所要制备的镁质浇注料的总量，计算并确定各原料组分的占比，称取各原
料组分；
11.b.将步骤a称取的氧化镁细粉、二氧化硅微粉、聚羧酸盐类分散剂、氧化镁颗粒和镁铝硅水合物结合剂混合均匀，得到预混料；
12.c.向步骤b得到的预混料中加入4～6wt％的水并混合均匀，得到湿混料，最后将湿混料进行浇注和振动成型，得到浇注料；
13.d.对步骤c振动成型后的浇注料在温度为20～50℃和湿度为70～80％的条件下养护24～48h，干燥后在1300～1600℃条件下保温2～8h。
14.通过采用上述技术方案，镁质浇注料内加入镁铝硅水合物结合剂来取代部分sio2微粉，材料的力学强度提高，其中高温抗折强度提高15％。此外，预热处理的镁铝硅水合物结合剂反应活性更高，促进了固相烧结，提高材料高温强度。本技术中的制备方法工艺流程简单、产率高和周期短，制备过程安全环保，无废气、废水和废渣排放；所制备的镁铝硅水结合镁质耐火浇注料具有良好的力学性能和优异的抗渣渗透性能。
15.优选的，所述镁铝硅水合物结合剂的制备方法包括以下步骤：
16.s1、按盐湖卤水中镁离子∶铝离子：硅离子的摩尔浓度比为(0.6～2.0)∶(1.0～3.0)∶1，向盐湖卤水中加入硅酸盐溶液和铝离子溶液，搅拌均匀，得到混合溶液；
17.s2、再将步骤s1所得混合溶液在80～150℃条件下静置于反应釜中10～91小时，洗涤，抽滤，分别得到固体产物和滤液；
18.s3、将步骤s2所得固体产物在45～120℃条件下干燥，磨细，制得基于盐湖卤水的镁铝硅水合物结合剂。
19.通过采用上述技术方案，将盐湖卤水中含有的大量氯化镁资源开发利用，向盐湖卤水中加入硅酸盐与铝离子溶液，混合，静置，洗涤，抽滤，抽滤后所得固体产物干燥，即得基于盐湖卤水的镁铝硅水合物结合剂。工艺简单、产率高、安全环保和周期短，用该方法制备的基于盐湖卤水的镁铝硅水合物结合剂纯度高、热稳定性能优良和使用效果好，同时具有凝胶结合特性。
20.优选的，步骤s1所述硅酸盐溶液为硅酸钾溶液、硅酸钠溶液及硅酸锂溶液中的一种。
21.通过采用上述技术方案，硅酸钾溶液、硅酸钠溶液及硅酸锂溶液极易溶于水，可在盐湖卤水中充分反应，且溶于盐湖卤水中的钾离子、钠离子和锂离子不会与其他物质发生联锁反应，不会影响主反应的进行。
22.优选的，步骤s1中所述盐湖卤水中镁离子的浓度为0.37～1.5mol/l。
23.通过采用上述技术方案，制备过程中先提取镁资源，实现了镁资源的有效利用；镁离子的浓度在该范围时，硅酸盐溶液和铝离子溶液与镁离子反应最充分，得到的镁铝硅水合物结合剂效果最佳。
24.优选的，步骤s1中所述铝离子溶液为水合氧化铝或氢氧化铝。
25.通过采用上述技术方案，水合氧化铝和氢氧化铝均为白色胶状沉淀，胶溶性能好，粘结性强，能与镁、硅形成稳定的结合剂。
26.优选的，步骤s2所述滤液经蒸发析晶即得副产品，所述副产品为氯化钾、氯化钠和碳酸锂中的一种或两种。
27.通过采用上述技术方案，将滤液蒸发析晶得到副产品，即将前期加入的硅酸盐中
金属元素进行回收，实现了资源的高效综合利用，减少了资源的浪费。
28.第三方面，本技术提供一种镁质浇注料的应用，采用如下的技术方案：
29.一种镁质浇注料，所述镁质浇注料用于镁质耐火浇注料、混凝土及环保建筑材料领域。
30.本技术将盐湖卤水中含有的大量氯化镁资源开发利用，实现了镁资源的有效利用，并将镁质浇注料用于镁质耐火浇注料、混凝土及环保建筑材料等领域，纯度高、热稳定性能优良和使用效果好。
31.综上所述，本技术具有以下有益效果：
32.1、由于本技术采用将镁铝硅水合物结合剂加入到镁质浇注料中，能显著提高浇注料的结合强度，改善抗爆裂性能和抗渣性能；由于镁铝硅水合物结合剂具有记忆效应，早期结合强度得到提高。
33.2、本技术中的制备方法工艺流程简单、产率高和周期短，制备过程安全环保，无废气、废水和废渣排放；所制备的镁铝硅水结合镁质耐火浇注料具有良好的力学性能和优异的抗渣渗透性能。
34.3、本技术制备的基于盐湖卤水的镁铝硅水合物结合剂纯度高、热稳定性能优良和使用效果好，同时具有凝胶结合特性。
具体实施方式
35.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
36.实施例
37.实施例1
38.一种镁质浇注料包括以下原料份：18wt％的氧化镁细粉、1wt％的二氧化硅微粉、1wt％的镁铝硅水合物结合剂、0.05wt％的聚羧酸盐类分散剂和余量的氧化镁颗粒。
39.所述镁铝硅水合物结合剂的制备方法包括以下步骤：
40.s1、按盐湖卤水中镁离子∶铝离子：硅离子的摩尔浓度比为0.6∶1.0∶1，向盐湖卤水中加入硅酸盐溶液和铝离子溶液，搅拌均匀，得到混合溶液；本技术中所述硅酸盐溶液为硅酸钾溶液、硅酸钠溶液及硅酸锂溶液中的一种，所述盐湖卤水中镁离子的浓度为0.37mol/l，所述铝离子溶液为水合氧化铝或氢氧化铝。
41.s2、再将步骤s1所得混合溶液在80℃条件下静置于反应釜中10小时，洗涤，抽滤，分别得到固体产物和滤液；所述滤液经蒸发析晶即得副产品，所述副产品为氯化钾、氯化钠和碳酸锂中的一种或两种。
42.s3、将步骤s2所得固体产物在45℃条件下干燥，磨细，制得基于盐湖卤水的镁铝硅水合物结合剂。
43.一种镁质浇注料的制备方法包括以下制备步骤：
44.a.根据所要制备的镁质浇注料的总量，计算并确定各原料组分的占比，称取各原料组分；
45.b.将步骤a称取的氧化镁细粉、二氧化硅微粉、聚羧酸盐类分散剂、氧化镁颗粒和镁铝硅水合物结合剂混合均匀，得到预混料；
46.c.向步骤b得到的预混料中加入4wt％的水并混合均匀，得到湿混料，最后将湿混
料进行浇注和振动成型，得到浇注料；
47.d.对步骤c振动成型后的浇注料在温度为20℃和湿度为70％的条件下养护24h，干燥后在1300℃条件下保温2h。
48.所述镁质浇注料用于镁质耐火浇注料、混凝土及环保建筑材料领域。
49.实施例2
50.一种镁质浇注料包括以下原料份：26wt％的氧化镁细粉、3wt％的二氧化硅微粉、3wt％的镁铝硅水合物结合剂、0.2wt％的聚羧酸盐类分散剂和余量的氧化镁颗粒。
51.所述镁铝硅水合物结合剂的制备方法包括以下步骤：
52.s1、按盐湖卤水中镁离子∶铝离子：硅离子的摩尔浓度比为2.0∶3.0∶1，向盐湖卤水中加入硅酸盐溶液和铝离子溶液，搅拌均匀，得到混合溶液；本技术中所述硅酸盐溶液为硅酸钾溶液、硅酸钠溶液及硅酸锂溶液中的一种，所述盐湖卤水中镁离子的浓度为1.5mol/l，所述铝离子溶液为水合氧化铝或氢氧化铝。
53.s2、再将步骤s1所得混合溶液在150℃条件下静置于反应釜中91小时，洗涤，抽滤，分别得到固体产物和滤液；所述滤液经蒸发析晶即得副产品，所述副产品为氯化钾、氯化钠和碳酸锂中的一种或两种。
54.s3、将步骤s2所得固体产物在120℃条件下干燥，磨细，制得基于盐湖卤水的镁铝硅水合物结合剂。
55.一种镁质浇注料的制备方法包括以下制备步骤：
56.a.根据所要制备的镁质浇注料的总量，计算并确定各原料组分的占比，称取各原料组分；
57.b.将步骤a称取的氧化镁细粉、二氧化硅微粉、聚羧酸盐类分散剂、氧化镁颗粒和镁铝硅水合物结合剂混合均匀，得到预混料；
58.c.向步骤b得到的预混料中加入6wt％的水并混合均匀，得到湿混料，最后将湿混料进行浇注和振动成型，得到浇注料；
59.d.对步骤c振动成型后的浇注料在温度为50℃和湿度为80％的条件下养护48h，干燥后在1600℃条件下保温8h。
60.所述镁质浇注料用于镁质耐火浇注料、混凝土及环保建筑材料领域。
61.实施例3
62.一种镁质浇注料包括以下原料份：22wt％的氧化镁细粉、2wt％的二氧化硅微粉、2wt％的镁铝硅水合物结合剂、0.1wt％的聚羧酸盐类分散剂和余量的氧化镁颗粒。
63.所述镁铝硅水合物结合剂的制备方法包括以下步骤：
64.s1、按盐湖卤水中镁离子∶铝离子：硅离子的摩尔浓度比为0.8∶2.0∶1，向盐湖卤水中加入硅酸盐溶液和铝离子溶液，搅拌均匀，得到混合溶液；本技术中所述硅酸盐溶液为硅酸钾溶液、硅酸钠溶液及硅酸锂溶液中的一种，所述盐湖卤水中镁离子的浓度为1.0mol/l，所述铝离子溶液为水合氧化铝或氢氧化铝。
65.s2、再将步骤s1所得混合溶液在120℃条件下静置于反应釜中50小时，洗涤，抽滤，分别得到固体产物和滤液；所述滤液经蒸发析晶即得副产品，所述副产品为氯化钾、氯化钠和碳酸锂中的一种或两种。
66.s3、将步骤s2所得固体产物在80℃条件下干燥，磨细，制得基于盐湖卤水的镁铝硅
水合物结合剂。
67.一种镁质浇注料的制备方法包括以下制备步骤：
68.a.根据所要制备的镁质浇注料的总量，计算并确定各原料组分的占比，称取各原料组分；
69.b.将步骤a称取的氧化镁细粉、二氧化硅微粉、聚羧酸盐类分散剂、氧化镁颗粒和镁铝硅水合物结合剂混合均匀，得到预混料；
70.c.向步骤b得到的预混料中加入5wt％的水并混合均匀，得到湿混料，最后将湿混料进行浇注和振动成型，得到浇注料；
71.d.对步骤c振动成型后的浇注料在温度为35℃和湿度为75％的条件下养护36h，干燥后在1400℃条件下保温5h。
72.所述镁质浇注料用于镁质耐火浇注料、混凝土及环保建筑材料领域。
73.对比例
74.一种镁质浇注料包括以下原料份：22wt％的氧化镁细粉、2wt％的二氧化硅微粉、0.1wt％的聚羧酸盐类分散剂和余量的氧化镁颗粒。
75.一种镁质浇注料的制备方法包括以下制备步骤：
76.a.根据所要制备的镁质浇注料的总量，计算并确定各原料组分的占比，称取各原料组分；
77.b.将步骤a称取的氧化镁细粉、二氧化硅微粉、聚羧酸盐类分散剂和氧化镁颗粒混合均匀，得到预混料；
78.c.向步骤b得到的预混料中加入5wt％的水并混合均匀，得到湿混料，最后将湿混料进行浇注和振动成型，得到浇注料；
79.d.对步骤c振动成型后的浇注料在温度为35℃和湿度为75％的条件下养护36h，干燥后在1400℃条件下保温5h。
80.所述镁质浇注料用于镁质耐火浇注料、混凝土及环保建筑材料领域。
81.性能检测试验
82.按实施例1～6和对比例制备出镁质浇注料试验件，对试验件进行抗压强度和抗折强度检测，将试验件分为多组，最终数据取平均值。
83.试验方法
84.根据gb/t17669.3-1999标准对试验件进行测定。
85.一、抗折强度测定
86.1、主要仪器设备为砖瓦抗折试验机。
87.2、试验步骤：(1)取一组试验件，测量每个试验件中间宽度与厚度各两个、精确至mm，取其平均值。(2)调整好材料试验机和抗折活动支架的支座跨距l，l为试件总长减去40mm，即两端支座中心离砖边缘各为20mm。(3)将试件大平面平放在抗折活动支架上，加压点应放在1/2l处，试件有裂缝或凹陷时，应将裂缝或凹陷部分置于受拉面。(4)均匀加荷加荷速度以每秒0.5mpa为宜，直至试件折断为止，记录破坏荷载。
88.二、抗压强度测定
89.1、主要仪器设备为压力机(1-200kn)。
90.2、试验步骤：(1)用钢直尺测量每个试件连接面或受压面的长、宽尺寸各两次，分
别取其平均值，精确至1mm。(2)将试件平放在加压板的中央，垂直于受压面加荷，应均匀平稳，不得发生冲击或振动。加荷速度以4kn/s为宜，直至试件破坏为止，记录最大破坏荷载。
91.试验结果
92.下列表1为试验检测结果：
[0093] 实施例1实施例2实施例3对比例标准养护/天28282828抗折强度/mpa4.95.35.54.1抗压强度/mpa16.517.921.415.3
[0094]
结合实施例3合对比例并结合表1可看出，标准养护28天的镁质浇注料试验件内添加上述预合成的镁铝硅水结合剂，试验件的抗折强度提高了20～35％，抗压强度提高了22～40％，说明含镁铝硅水合物结合剂的镁质浇注料试验件的抗折、抗压性能明显优于不含镁铝硅水合物结合剂的镁质浇注料试验件的性能，这也说明镁铝硅水结合剂具有记忆效应，早期结合强度得到提高，耐久性优良。
[0095]
本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。