一種用鋁土礦尾礦合成剛玉-莫來石復相材料的方法
2023-06-05 07:02:56 1
專利名稱：一種用鋁土礦尾礦合成剛玉-莫來石復相材料的方法
技術領域：
本發明屬於耐火材料領域，特別涉及一種剛玉-莫來石復相材料。
背景技術：
由於莫來石具有良好的高溫力學、高溫熱學性能，使合成莫來石製品具有較高的密度和純度，較低的熱傳導係數和熱膨脹係數，高溫結構強度高，高溫蠕變率低，抗熱震性和化學侵蝕性強，熔點高等優點；而剛玉彈性好，熔點高，在高溫下具有良好的耐磨、抗化學侵蝕性和體積穩定性，硬度大，耐火度高；另外莫來石晶體一般為柱狀或者稜柱狀，剛玉體一般為粒狀，所以製備剛玉-莫來石復相材料將匯集剛玉晶體和莫來石晶體的雙重優點，從而使這種材料在各方面都優於單相莫來石材料或剛玉材料。目前一般採用高鋁礬土以燒結法或電熔法人工合成莫來石，但是如果用純原料來合成則嚴重提高了材料的生產成本，尤其是作為耐火材料。因此，採用天然原料無疑可以大幅度降低材料的生產成本。·
我國鋁土礦特點是低鋁矽比，只能採用選礦-拜耳法生產氧化鋁，選礦後產生的主要固體廢棄物是鋁土礦尾礦，每噸鋁土礦原礦將產生約209Γ30%質量的鋁土礦尾礦，尾礦目前並沒有被大規模開發利用，一般只是在尾礦壩中堆放。尾礦的堆積會造成土壤鹼化，環境汙染等問題。鋁工業在不斷發展，尾礦量必將越來越大，因此，鋁土礦尾礦的開發與利用，已成為當務之急。鋁土礦尾礦的主要化學成分為Al2O3及SiO2，二者含量之和一般在70%左右，另有少量的Fe203、TiO2、K2O等。Al2O3與SiO2是工業上生產鋁矽酸鹽系耐火材料的主要成分，可以考慮用鋁土礦尾礦作為生產鋁矽酸鹽系耐火材料的原料。
發明內容
本發明目的在於結合我國現有資源，充分利用及促進固體廢棄物資源化再利用，選擇了固體廢棄物鋁土礦尾礦來合成耐火材料，製作剛玉-莫來石復相材料，不僅充分利用了現有資源，同時也減少了固體廢棄物帶來的汙染，大大降低生產成本。一種用鋁土礦尾礦合成剛玉-莫來石復相材料的方法，主要以鋁土礦尾礦為原料，鋁土礦尾礦中Al2O3含量重量百分比為45°/Γ65%左右，SiO2含量為20% 25%左右，同時含有1(Γ15%的Fe2O3及2°/Γ4%的K2O,其餘物質主要為結晶水。其合成方法是
(I)鋁土礦尾礦原料為褐黃色顆粒狀，原始粒徑尺寸為100 μ m左右，為減小礦粉顆粒的粒徑，增大其比表面積，增加其化學反應活性，並使其化學成分均勻分布，將礦粉在球磨機中磨細並均化，得到的礦粉的平均粒徑小於 ο μ m。(2)磨細後的鋁土礦尾礦在630°C 820°C活化焙燒2至4個小時，活化焙燒過程中鋁土礦尾礦中的一水硬鋁石，高嶺石，伊利石礦相會逐步分解，分解後得到Al2O3, SiO2, K2O及Fe2O3等，這些成分的化學活性相比焙燒前有很大提高，有利於之後的鹽酸除雜流程及燒結合成流程。(3)活化焙燒後的鋁土礦尾礦焙燒後的礦粉以液固比1:10左右在濃度2. 5mol/L至4. 3mol/L的鹽酸中於90°C以上酸浸I. 5至3. 5個小時，絕大多數Fe2O3與K2O會溶解於鹽酸之中，絕大多數Al2O3與SiO2會保留在固相之中，經固液分離過程，得到純淨的基本不含雜質的精礦。(4)酸浸後得到的精礦成型後在1450°C 1650°C保溫3 6個小時進行燒結合成，合成氣氛為空氣，精礦中的Al2O3與SiO2成分發生反應生成莫來石-剛玉復相。經試驗，並利用XRD分析了復相材料的組成，試驗結果表明合成的是剛玉-莫來石復相材料，從SEM斷口形貌分析可看出晶體形貌為典型的長柱狀晶體與塊狀晶體彼此交錯生長，結構緻密。鋁土礦尾礦的雜質含量較高，特別是Fe2O3與K2O雜質，其將嚴重影響莫來石復相材料的合成過程，以普通工藝無法用鋁土礦尾礦來合成莫來石復相材料。本課題組經多年研究，發現在630°C 820°C對鋁土礦尾礦先進行2至4個小時活化焙燒，得到的精礦再以液 固比1:10左右在濃度2. 5mol/L至4. 3mol/L的鹽酸中於90°C以上酸浸I至3個小時，可顯著降低尾礦中的Fe2O3與K2O雜質，酸浸後尾礦中的Al2O3與SiO2的化學活性也顯著提高，其在1450°C 1650°C燒結3 6個小時即可得到剛玉-莫來石復相材料。本發明的優點在於因為合成剛玉-莫來石的主要原料是鋁土礦尾礦，是一種廢棄的資源，合成的剛玉-莫來石復相材料具有很高的附加值，所以是製備高性能耐火材料的又一個新途徑，而且符合國家倡導的「循環經濟」的產業政策。
圖I :用鋁土礦尾礦合成剛玉-莫來石復相材料的工藝流程圖 圖2 :用鋁土礦尾礦合成的剛玉-莫來石復相的XRD圖譜 圖3 以鋁土礦尾礦為原料合成的剛玉-莫來石復相材料SEM圖
具體實施例方式 1.原料選取
原料為豫中鋁土礦尾礦，鋁土礦尾礦的化學分析結果如表I所示
表I :鋁土礦尾礦的化學成分
IAlaO, ISiOa IFeaO, ITiOa IKaO |結晶水I呂土礦尾礦 |49. 87 |22. 45 |l3. I \2. 61 \2. 25 \9. 72
2.合成步驟見圖I
從XRD圖中標註中很清晰的看到在此試驗條件下合成了非常純的剛玉-莫來石復相材料。從SEM斷口形貌分析可看出晶體形貌為典型的柱狀晶，相互交錯狀的密集生長。
權利要求
1.一種用鋁土礦尾礦合成剛玉-莫來石復相材料的方法，其特徵在於 以鋁土礦尾礦為原料，鋁土礦尾礦中Al2O3含量重量百分比為45%飛5%，SiO2含量為20% 25%，同時含有10 15%的Fe2O3, 2% 4%的K20，2% 4%的TiO2，其餘為結晶水； 合成剛玉-莫來石的步驟為 (I)鋁土礦尾礦原料為褐黃色顆粒狀，原始粒徑尺寸為100 μ m，為減小礦粉顆粒的粒徑，增大其比表面積，增加其化學反應活性，並使其化學成分均勻分布，將礦粉在球磨機中磨細並均化，得到的礦粉的平均粒徑小於IOym; 磨細後的鋁土礦尾礦在630°C 820°C活化焙燒2至4個小時，活化焙燒過程中鋁土礦尾礦中的一水硬鋁石，高嶺石，伊利石礦相會逐步分解，分解後得到Al2O3, SiO2, K2O及Fe2O3,這些成分的化學活性相比焙燒前有很大提高，有利於之後的鹽酸除雜流程及燒結合成流程; (3)活化焙燒後的鋁土礦尾礦焙燒後的礦粉以液固比1:10的比例在濃度2. 5mol/L至4.3mol/L的鹽酸中於90°C以上酸浸I. 5至3. 5個小時，絕大多數Fe2O3與K2O會溶解於鹽酸之中，絕大多數Al2O3與SiO2會保留在固相之中，經固液分離過程，得到純淨的不含雜質的精礦； 酸浸後得到的精礦成型後在1450°C 1650°C保溫3 6個小時進行燒結合成，合成氣氛為空氣，精礦中的Al2O3與SiO2成分發生反應生成莫來石-剛玉復相。
全文摘要
一種用鋁土礦尾礦合成剛玉-莫來石復相材料的方法，屬於耐火材料領域。合成剛玉-莫來石的原料是鋁土礦尾礦，合成步驟為原料為褐黃色顆粒狀，原始粒徑尺寸為100μm左右，經球磨磨細並均化，得到礦粉的平均粒徑小於10μm，磨細後的礦粉在630℃~820℃活化焙燒2至4個小時，焙燒後的礦粉以液固比1:10左右在濃度2.5mol/L至4.3mol/L的鹽酸中於90℃以上酸浸1至3個小時，酸浸後得到的精礦在1450℃～1650℃保溫3～6個小時，空氣氣氛下進行合成。本發明原料豐富價格低廉，合成的剛玉-莫來石復相材料非常純，能顯著提高材料的各方面性能，有很高的附加值，是製備高溫耐火材料的一個新途徑。
文檔編號C04B35/117GK102910923SQ20121046110
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月15日 優先權日2012年11月15日
發明者張梅, 郭敏, 馬冬陽, 王振東, 苑德志, 彭犇, 嶽昌盛 申請人:北京科技大學