无铬MgO–ZrO2耐火材料的开发及其抗铜渣腐蚀性能增强机制研究

本文系统阐述了MgO–ZrO2耐火材料在铜冶炼环境中的微观结构演变规律，揭示了ZrO2通过形成高熔点ZrSiO4和稳定MgO–t–ZrO2固溶体（SS）的优化机制。研究证实10% ZrO2可使体积密度提升24.8%，孔隙率降低61.7%，抗压强度达303.09 MPa，为开发绿色高效的无铬铜冶炼耐火材料提供了理论依据。

　　

Highlight

原材料

本研究使用的原材料包括电熔氧化镁（MgO，≤ 74 μm，98 wt%）和单斜氧化锆（ZrO₂，≤ 1 μm，99 wt%）。通过持续喷洒醇基ZrO₂悬浮液对电熔氧化镁进行造粒，制备球形骨料，随后筛分成1.0–2.0 mm、2.0–3.2 mm、3.2–4.0 mm和4.0–5.5 mm四个粒度级别。这些分级颗粒按30%:20%:20%:30%的质量比混合，压制成直径20 mm的圆柱试样。

组成与微观结构

图3(a)展示了1600°C烧结的MgO–ZrO₂复合材料的X射线衍射图谱。这些图谱一致显示出方镁石（MgO）在约42.93°处（200）晶面的尖锐衍射峰，证实MgO是主要物相。随着ZrO₂含量的增加，与氧化锆相关的衍射峰逐渐明显。此外，如图3(b)中MgO最强峰的放大图所示，峰位发生偏移。

结论

本研究通过多重表征阐明了MgO–ZrO₂复合材料在铜冶炼环境中的性能优化机制，主要结论如下：

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  （1）10 wt% ZrO₂时可实现最佳综合性能：Zr⁴⁺取代Mg²⁺引起晶格膨胀并促进致密化，导致体积密度达到3.11 g·cm^?3，显气孔率降低至10.12%。同时，Mg²⁺占据ZrO₂中的氧空位。