一種以硫鐵尾礦為原料製備粘土質耐火材料的方法
2023-06-04 04:14:21 2
專利名稱：一種以硫鐵尾礦為原料製備粘土質耐火材料的方法
技術領域：
本發明涉及耐火材料製備領域，是一種以硫鐵尾礦為原料製備粘土質耐火材料的方法。
背景技術：
硫鐵尾礦是硫鐵礦選礦後排出的廢渣。長期以來硫鐵尾礦作為廢渣被排棄於地面或山溝，嚴重汙染環境。同時從可持續發展的角度來看，硫鐵尾礦也是一種潛在的二次資源，合理、有效地綜合利用這些廢棄資源，對於節約礦產資源和保護生態環境具有重要意義。我國硫鐵尾礦廢渣堆存量巨大。以全國六大硫鐵礦區之一的四川省為例，其硫鐵礦儲量居全國第一，其中川南地區(宜賓、於州兩市)硫鐵礦又佔全省的97%，預測儲量達45.2億噸，而尾礦量約佔原礦的60-70%。估算目前川南地區地面堆存的尾礦已達1000多萬噸。由於各硫鐵礦企業的選礦工藝流程、設備條件及技術水平相差較大，因此川南硫鐵尾礦的化學成分波動較大。川南硫鐵尾礦的化學組成為(重量百分比)SiO2 3(T52%，Al2O325 40%，CaO 0.2 2.0%，Fe2O3 0.6 19%，TiO2 0.5 7.0%，SO3 0.5 4.5%，其它雜質組分 1 5%。這種硫鐵尾礦的主要礦物成分是高嶺石，還含有少量銳鈦型、黃鐵礦和方解石等礦物雜質。該尾礦中較細的部分是半軟質粘土，主要礦物成分為高嶺石，含有銳鈦礦、有機質、水雲母等及未被選出的黃鐵礦，黃鐵礦含量較少。而較粗的部分則形成尾砂，灰白色顆粒，粒度一般在I 5 mm,很難水化,屬硬質黏土,其間嵌有未裂開的黃鐵礦。從以上川南硫鐵尾礦的化學組成可見，其最主要的化學成分是Al2O3和Si02。Al2O3-SiO2 二元相圖是矽酸鋁質耐火材料中的基礎相圖，也是該體系耐火材料的基礎。矽酸鋁質耐火材料的化學組成、相組成和耐火材料`性能之間存在著內在聯繫。當粘土中的Al2O3含量為20% 50%時，可根據下式近似計算其耐火度t:
t= (360 + Al2O3 — R) /0.228(1-1)
式中=Al2O3——把粘土中的Al2O3和SiO2總量換算為100%時，所Al2O3佔的質量分數； R——其它雜質的質量分數。以前述硫鐵尾礦化學組成的平均值為計算依據，根據(1-1)式計算出硫鐵尾礦的耐火度為1690°C。此外實際分析測試了一個硫鐵尾礦樣品，其化學組成(重量百分比)為:Si0238.41%, Al2O3 32.40%, CaO 3.02%, TiO2 4.01%, MgO 0.76%, Fe2O 3 1.91%, Na2O:0.16%,K2O 0.35%, SO3 0.92%，燒失量14.30%，餘量為其他微量成分。以此為計算依據計算出該硫鐵尾礦的耐火度為1703°C。因此，從理論上說，可以使用硫鐵尾礦製備矽酸鋁體系耐火材料。在矽酸鋁體系耐火材料中一般可按Al2O3含量將耐火材料分為半矽質耐火材料(Al2O315 30% )、粘土質耐火材料(Al2O3 30 48% )、高鋁質耐火材料(Al203>48% )三類。應該說明的是，資料所提供的化學組成為(重量百分比)SiO2 30^52%, Al2O325 40%，CaO 0.2 2.0%, Fe2O3 0.6 19%，TiO2 0.5 7.0%, SO3 0.5 4.5%，其它雜質組分 Γδ%的硫鐵尾礦中Fe2O3過高的部分是不適宜用來製備耐火材料的，因為原料中的高Fe2O3含量會嚴重影響耐火材料的耐火度等使用性能。但是實際考察表明硫鐵尾礦化學組成中Fe2O3含量高的那部分都是僅採用重選法對硫鐵礦原礦進行選礦所產生的尾礦，其中含有相當多未選出的黃鐵礦，該尾礦為幾十年來產生並堆存下來的老尾礦。目前有些企業對這種尾礦進行再次選礦，既回收了硫，產生經濟效益，又使硫鐵尾礦中的Fe2O3含量大大下降。隨著選礦技術的更新，現在很多企業都採用重浮聯選工藝進行硫鐵礦選礦操作，使尾礦中殘餘的黃鐵礦降到了很低的水平，即降低了 Fe2O3含量，為硫鐵尾礦綜合利用提供了一定的條件。本發明製備粘土質耐火材料的原料是硫鐵尾礦。為了保證所製備的耐火材料具有良好的性能，要求硫鐵尾礦中Fe2O3 ( 3%。從目前硫鐵礦選礦技術水平來說，這個要求是完全可以達到的。而對於長期堆存下來的老尾礦則可以通過再次選礦達到這個要求。因此以硫鐵尾礦為原料製備粘土質耐火材料是完全可行。從檢索到的文獻看，有一些以尾礦為主要原料製備各種耐火材料的相關報導，但未見以硫鐵尾礦為原料製備粘土質耐火材料的相關技術。
發明內容
本發明的目的是利用硫鐵尾礦製備出性能良好的粘土質耐火材料，使硫鐵尾礦得到綜合利用，既能解決硫鐵尾礦帶來的環境汙染，又能創造出經濟價值。本發明的以硫鐵尾礦為原料製備粘土質耐火材料的方法，有如下工藝步驟:
(I)原料準備:將硫鐵尾礦在80-120°C溫度下烘乾後用球磨機磨細至過80目篩。(2)熟料煅燒:將經步驟(I)得到的部分硫鐵尾礦粉料在120(Tl30(rC溫度下煅燒2 3小時，製備出硫鐵尾礦熟料，並過80目篩。(3)配料:將按步驟(I)準備好的硫鐵尾礦粉料與按步驟(2)煅燒成的硫鐵尾礦熟料進行配料，其配料重量百分比為:硫鐵尾礦(Γ80%，硫鐵尾礦熟料 2(Γ100% ;同時要求配合料中Al2O3含量為30 48 %，Fe2O3含量< 3%。另加佔硫鐵尾礦及硫鐵尾礦熟料總重量O 2% (重量百分比)的粘結劑和5 8% (重量百分比)的水。所述的粘結劑為甲基纖維素或羧甲基纖維素。(4)混合:將按步驟(3)配料的物料混合均勻。(5)陳腐:將混合均勻的混合料陳腐24小時以上，以增加其可塑性。(6)成型:將陳腐後的物料置於模具中通過壓磚機壓製成型，製成生坯。(7)乾燥:在8(Tl50°C溫度下將生坯乾燥至含水率為I 2%。(8)燒成:將按步驟(7)製備的磚坯於高溫爐中緩慢升溫至1300°C 1450°C，在氧化氣氛下保溫5 10小時後燒成，緩慢冷卻至常溫。由於硫鐵尾礦中含有少量未選出硫鐵礦，高溫燒成時會有硫排放出來，為了防止環境汙染，一方面要提高選礦工藝技術，減少尾礦中的硫含量；另一方面在硫鐵尾礦熟料煅燒與耐火材料燒成過程過程中應進行煙氣脫硫。按上述配料方案和工藝步驟製備的粘土質耐火材料製品呈黃褐色，表面平整、色澤均勻，主晶相為莫來石。產品的主要性能為:耐火度159(Tl730°C，0.2MPa荷重軟化溫度:130(Tl36(TC，耐壓強度42 59Mpa，密度1.99 2.07g/cm3，顯氣孔率8.22 21.3%，重燒線變化-0.5 0.2%(1400°C，2h)。本發明的主要特點與優勢在於:(I)全部使用工業廢洛一硫鐵尾礦為原料製備粘土質耐火材料，產品成本低，並可實現變廢為寶，有效地緩解因硫鐵尾礦長期堆放和氧化帶來的環境危害。(2)由於硫鐵尾礦中含有少量Fe203、Fe0、Ca0，不需要另外加入礦化劑。
具體實施例方式以下結合具體實例對本發明進行進一步闡述，但並不限制本發明。實施例1
所使用硫鐵尾礦取自川南地區某企業小型重浮聯選的浮選槽內，其化學成分重量百分比為:Si0238.41%, Al2O3 32.40%, CaO 3.02%, TiO2 4.01%, MgO 0.76%, Fe2O 3 1.91%, Na2O:0.16%，K2O 0.35%, SO3 0.92%，燒失量14.30%，餘量為其他微量組成。使用該硫鐵尾礦製備粘土質耐火材料的工藝步驟如下:
(I)將硫鐵尾礦在80-120°C溫度下烘乾4小時左右後在球磨機中磨細至過80目篩。(2)將硫鐵尾礦粉料在1300±5°C溫度下煅燒2小時，製備出硫鐵尾礦熟料，並過80目篩。 (3)稱取硫鐵尾礦熟料若干，外加佔硫鐵尾礦熟料重量8% (重量百分比)的水，混合攪拌均勻，陳腐24小時。(4)將陳腐後的物料置於模具中通過壓磚機壓製成生坯，成型壓力為140MPa。(5)在8(Tl50°C溫度下將生坯乾燥至含水率為I 2%。(6)將乾燥好的磚坯於高溫爐中緩慢升溫至1400±5°C，在氧化氣氛下保溫6小時後燒成，緩慢冷卻至常溫即為本發明的產品。所製備的產品呈桔黃色，表面平整、色澤均勻。產品的主要性能如下:耐火度1610°C，0.2MPa荷重軟化溫度1320°C，耐壓強度45Mpa，密度2.07g/cm3，顯氣孔率16.35%，重燒線變化0.ll%(1400°C，2h)。X射線粉晶衍射物相分析表明該產品的主要晶相是莫來石，另外含有少量鈣長石。實施例2
所使用硫鐵尾礦取自川南地區某企業小型重浮聯選的浮選槽內，其化學成分重量百分比為:Si0238.41%, Al2O3 32.40%, CaO 3.02%, TiO2 4.01%, MgO 0.76%, Fe2O 3 1.91%, Na2O:0.16%，K2O 0.35%, SO3 0.92%，燒失量14.30%，餘量為其他微量組成。使用該硫鐵尾礦製備粘土質耐火材料的工藝步驟如下:
(I)將該硫鐵尾礦在80-120°C溫度下烘乾4小時左右後在球磨機中磨細至過80目篩。(2)將得到的部分硫鐵尾礦粉料在1300±5°C溫度下煅燒2小時，製備出硫鐵尾礦熟料,並過80目篩。(3)按重量百分比為:硫鐵尾礦45%，硫鐵尾礦熟料55%稱量，外加佔硫鐵尾礦及硫鐵尾礦熟料總重量為8% (重量百分比)的水，混合攪拌均勻，陳腐24小時。(4)將陳腐後的物料置於模具中通過壓磚機壓製成生坯，成型壓力為140MPa。(5)在8(Tl50°C溫度下將磚坯乾燥至含水率為I 2%。(6)將乾燥好的生坯於窯爐中緩慢升溫至1400±5°C，在氧化氣氛下保溫6小時後燒成，緩慢冷卻至常溫即為本發明的產品。所製備的產品呈黃褐色，表面平整、色澤均勻。產品的主要性能如下:耐火度1600°C，荷重軟化溫度1310°C，耐火磚耐壓強度45Mpa，密度2.01g/cm3，顯氣孔率16.85%，重燒線變化0.19%(1400°C，2h)。X射線粉晶衍射物相分析表明該產品的主要晶相是莫來石，另 外含有少量鈣長石。
權利要求
1.一種以硫鐵尾礦為原料製備粘土質耐火材料的方法，其特徵在於有如下工藝步驟: (1)將硫鐵尾礦在80-120°C溫度下烘乾後用球磨機磨細至過80目篩； (2)將經步驟(I)得到的部分硫鐵尾礦粉料在120(Tl300°C溫度下煅燒2 3小時，製備出硫鐵尾礦熟料，並過80目篩； (3)將按步驟(I)準備好的硫鐵尾礦粉料與按步驟(2)煅燒成的硫鐵尾礦熟料進行配料，其配料重量百分比為:硫鐵尾礦(Γ80%，硫鐵尾礦熟料 2(Γ100% ;同時要求硫鐵尾礦中Al2O3含量為30 48%, Fe2O3含量彡3%。
2.另加佔硫鐵尾礦及硫鐵尾礦熟料總重量O 2%(重量百分比)的粘結劑和5 8%(重量百分比)的水； (4)將按步驟(3)得到的物料經混合、陳腐、成型、乾燥，製備成生坯； (5)將按步驟(4)製備的生坯於高溫爐中緩慢升溫至1350°C 1450°C，在氧化氣氛下保溫5 10小時後燒成，緩慢冷卻至常溫； 根據權利要求1所述的一種以硫鐵尾礦為原料製備粘土質耐火材料的方法，其特徵在於所說的粘結劑為甲基纖維素或羧甲基纖維素。
3.根據權利要求1所述的一種以硫鐵尾礦為原料製備粘土質耐火材料的方法，其特徵在於所製備的耐火材料的主要晶相為莫來石。
4.根據權利要求1所述的一種以硫鐵尾礦為原料製備粘土質耐火材料的方法，其特徵在於所製備的耐火材料產品呈桔黃色，色澤均勻，表面平整；產品耐火度159(T1730°C，0.2MPa荷重軟化溫度13(KTl36(TC，耐壓強度42 59Mpa，密度1.99 2.07g/cm3，顯氣孔率8.22 21.3%，重燒線變化-0.5 0.2%(1400° C，2h)。
全文摘要
本發明涉及一種以硫鐵尾礦為原料製備粘土質耐火材料的方法。本發明以硫鐵尾礦為原料製備粘土質耐火材料的原料重量百分比為硫鐵尾礦0~80%，硫鐵尾礦熟料 20~100%；同時要求硫鐵尾礦中Al2O3含量為30～48％，Fe2O3含量≤3%。另加佔硫鐵尾礦及硫鐵尾礦熟料總重量0～2%(重量百分比)的粘結劑和5～8%(重量百分比)的水。原料經過熟料煅燒，粉磨，配料，混合，陳腐，成型，乾燥後在1350℃~1450℃氧化氣氛下燒製成主晶相為莫來石的粘土質耐火材料。
文檔編號C04B35/622GK103159494SQ20131013241
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月17日 優先權日2013年4月17日
發明者葉巧明, 張軍, 劉菁, 王燕, 李江, 倪冬瓊 申請人:成都理工大學