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【成果完成人】 封立杰 陳俊紅 孫加林 曹文斌 薛文東 李勇 封吉圣 趙兵 朱波 朱曉梅 王小健 劉強
【第一完成單位】 淄博市魯中耐火材料有限公司
【成果簡介】
1、立項背景
六價鉻(Cr6+)除強致癌外，還可導(dǎo)致DNA斷裂、堿基突變等，進(jìn)而使生物體出現(xiàn)肝腎毒性、生殖毒性、遺傳毒性等。水泥工業(yè)就產(chǎn)生大量的Cr6+，而Cr6+主要來自于回轉(zhuǎn)窯燒成帶的鎂鉻耐火材料。因此，歐洲于1993年即已禁止鎂鉻磚用于水泥生產(chǎn)。取而代之的是白云石(鋯)、鎂鋯磚和鎂鐵鋁尖晶石磚等。 我國的無鉻化研究始于上世紀(jì)九十年代，也先后研究了白云石磚和鎂鋯磚等，歷經(jīng)了 “九五”攻關(guān)和“十五”期間的863等項目的資助。由于技術(shù)原因，國內(nèi)的無鉻化材料并未被市場接受和認(rèn)可，燒成帶仍然大量應(yīng)用鎂鉻磚。著眼于國內(nèi)外現(xiàn)狀，本項目致力于新型無鉻化材料—鎂鐵鋁尖晶石材料的研制。 鎂鐵鋁尖晶石磚為RHI公司于九十年代末首次提出;盡管出現(xiàn)較晚，但由于掛窯皮、高溫韌性等非常出色，被認(rèn)為是燒成帶材料無鉻化的重要方向。該材料制備的關(guān)鍵障礙即是合成以Fe2+存在的Hercynite(FeO，Al2O3)。 在標(biāo)準(zhǔn)狀況下鐵的穩(wěn)定價態(tài)為Fe3+，F(xiàn)e2+不穩(wěn)定，因此，Hercynite在自然界很少存在，只能人工合成。RHI公司利用單質(zhì)鐵液與Fe2+平衡共存原理，以電熔工藝合成出了Hercynite，也成為目前世界上唯一擁有電熔法合成Hercynite的專利和生產(chǎn)鎂鐵鋁尖晶石磚的公司。但是，該公司的鎂鐵鋁尖晶石磚的導(dǎo)熱率較高，易導(dǎo)致筒體過熱、變形，這也是RHI公司一直未能解決的難題。 相對于電熔工藝，以反應(yīng)燒結(jié)工藝合成Hercynite的能耗低、產(chǎn)品也將更具競爭優(yōu)勢，但研制難度要高得多。雖已研究多年，但由于未能取得合成理論上的突破，國外也未能以反應(yīng)燒結(jié)工藝合成出高純度的Hercynite;鎂鐵鋁尖晶石磚依然被RHI公司所壟斷。 為避開RHI專利，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的反應(yīng)燒結(jié)合成Hercynite和制備鎂鐵鋁尖晶石材料的新技術(shù)、新工藝，北京科技大學(xué)與魯中耐火材料有限公司自2003年起即已開始Hercynite的合成理論研究。 如何取得理論突破、計算并設(shè)計出可控的穩(wěn)定Fe2+的氣氛，如何通過控制物相反應(yīng)順序合成出高純度的Hercynite結(jié)晶，以及制備低導(dǎo)熱的鎂鐵鋁材料，取代鎂鉻磚、實現(xiàn)水泥生產(chǎn)的無鉻化和綠色化?這就是本項目立項時尚待解決的關(guān)鍵問題和立項目的。
2、詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容
1)科學(xué)技術(shù)內(nèi)容 總體思路為利用反應(yīng)燒結(jié)工藝合成出高純度的Hercynite和制備出地導(dǎo)熱率的鎂鐵鋁尖晶石材料，該項目的總體思路為： ①從理論上對Fe-O和Fe-C-O體系進(jìn)行熱力學(xué)計算，繪制Fe-C-O體系相區(qū)圖，設(shè)計、耦合其它氣氛，并據(jù)此推理能夠確保Fe2+價態(tài)穩(wěn)定的可控氣氛;這是合成Hercynite的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。 ②對合成體系進(jìn)行理論計算，繪制自由能-溫度關(guān)系圖，并據(jù)此確定、控制相關(guān)物相反應(yīng)的先后順序，合成高純度的Hercynite八面體結(jié)晶; ③設(shè)計材料的顯微結(jié)構(gòu)和控制熱流傳導(dǎo)路徑，制備低導(dǎo)熱的鎂鐵鋁尖晶石材料。 2)技術(shù)方案： ①穩(wěn)定Fe2+價態(tài)的理論計算 ②高純度Hercynite的合成 ③ 低導(dǎo)熱型的鎂鐵鋁尖晶石材料的研制
【成果類別】 應(yīng)用技術(shù)
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