【成果完成人】 封立杰 陈俊红 孙加林 曹文斌 薛文东 李勇 封吉圣 赵兵 朱波 朱晓梅 王小健 刘强

【第一完成单位】 淄博市鲁中耐火材料有限公司

【成果简介】

1、立项背景

六价铬(Cr6+)除强致癌外，还可导致DNA断裂、碱基突变等，进而使生物体出现肝肾毒性、生殖毒性、遗传毒性等。水泥工业就产生大量的Cr6+，而Cr6+主要来自于回转窑烧成带的镁铬耐火材料。因此，欧洲于1993年即已禁止镁铬砖用于水泥生产。取而代之的是白云石(锆)、镁锆砖和镁铁铝尖晶石砖等。 我国的无铬化研究始于上世纪九十年代，也先后研究了白云石砖和镁锆砖等，历经了 “九五”攻关和“十五”期间的863等项目的资助。由于技术原因，国内的无铬化材料并未被市场接受和认可，烧成带仍然大量应用镁铬砖。着眼于国内外现状，本项目致力于新型无铬化材料—镁铁铝尖晶石材料的研制。 镁铁铝尖晶石砖为RHI公司于九十年代末首次提出;尽管出现较晚，但由于挂窑皮、高温韧性等非常出色，被认为是烧成带材料无铬化的重要方向。该材料制备的关键障碍即是合成以Fe2+存在的Hercynite(FeO，Al2O3)。 在标准状况下铁的稳定价态为Fe3+，Fe2+不稳定，因此，Hercynite在自然界很少存在，只能人工合成。RHI公司利用单质铁液与Fe2+平衡共存原理，以电熔工艺合成出了Hercynite，也成为目前世界上唯一拥有电熔法合成Hercynite的专利和生产镁铁铝尖晶石砖的公司。但是，该公司的镁铁铝尖晶石砖的导热率较高，易导致筒体过热、变形，这也是RHI公司一直未能解决的难题。 相对于电熔工艺，以反应烧结工艺合成Hercynite的能耗低、产品也将更具竞争优势，但研制难度要高得多。虽已研究多年，但由于未能取得合成理论上的突破，国外也未能以反应烧结工艺合成出高纯度的Hercynite;镁铁铝尖晶石砖依然被RHI公司所垄断。 为避开RHI专利，开发出具有自主知识产权的反应烧结合成Hercynite和制备镁铁铝尖晶石材料的新技术、新工艺，北京科技大学与鲁中耐火材料有限公司自2003年起即已开始Hercynite的合成理论研究。 如何取得理论突破、计算并设计出可控的稳定Fe2+的气氛，如何通过控制物相反应顺序合成出高纯度的Hercynite结晶，以及制备低导热的镁铁铝材料，取代镁铬砖、实现水泥生产的无铬化和绿色化?这就是本项目立项时尚待解决的关键问题和立项目的。

2、详细技术内容

1)科学技术内容 总体思路为利用反应烧结工艺合成出高纯度的Hercynite和制备出地导热率的镁铁铝尖晶石材料，该项目的总体思路为： ①从理论上对Fe-O和Fe-C-O体系进行热力学计算，绘制Fe-C-O体系相区图，设计、耦合其它气氛，并据此推理能够确保Fe2+价态稳定的可控气氛;这是合成Hercynite的基础和关键。 ②对合成体系进行理论计算，绘制自由能-温度关系图，并据此确定、控制相关物相反应的先后顺序，合成高纯度的Hercynite八面体结晶; ③设计材料的显微结构和控制热流传导路径，制备低导热的镁铁铝尖晶石材料。 2)技术方案： ①稳定Fe2+价态的理论计算 ②高纯度Hercynite的合成 ③ 低导热型的镁铁铝尖晶石材料的研制

【成果类别】 应用技术