礬土基莫來石均質料的製備方法
2023-06-24 02:37:41
專利名稱：礬土基莫來石均質料的製備方法
技術領域：
本發明為耐火原料的無機化合物的加工製造技術領域，具體涉及一種礬土基莫來石均質料的製備方法。
背景技術：
莫來石(mullite)為鋁矽酸鹽礦物，具有耐火度高、抗熱震性好、抗化學侵蝕、抗蠕變、荷重軟化溫度高、體積穩定性好等性質，是理想的高級耐火材料，被廣泛應用於冶金、玻璃、陶瓷、化學、電力、國防、燃氣和水泥等工業上。
礬土基莫來石均質料是指直接以礬土為原料，經過一定的工藝和適當高溫煅燒製得的具有均勻的組成、結構和性能的合成料。其主晶相為莫來石，Al2O3含量為50-80％，具有耐火度高、抗熱震性好、抗蠕變、荷重軟化溫度高、體積穩定性好等性質，是理想的高級耐火材料。但礬土原料一般含有較高的雜質，製備的莫來石純度較低，同時其燒結溫度一般很高，在1600-1750℃。
公開號為CN98101568.9的中國發明專利申請中提供了一種人工合成莫來石的方法，其主要以高鋁礬土、高嶺土、粘土、矽石、氧化鋁為原料，採用預焙燒和溼發浸出工藝，該工藝複雜、要求條件高，成本高，難以實現大規模生產。
公開號為CN200410061029.7的中國發明專利申請中提供了一種莫來石材料的合成方法，其主要利用型材廠工業汙泥和鐵合金廠矽灰粉塵，經高溫燒結製成。
公開號為CN200410009081.8的中國發明專利申請中提供了一種利用高鋁粉煤灰燒結合成莫來石的方法。其主要利用電廠廢棄物高鋁粉煤灰為原料，並加入少量的高鋁礬土，燒結合成系列莫來石產品。
公開號為CN200510040142.1的中國發明專利申請中提供了一種用機械力化學法低溫製備高純莫來石的方法，其主要利用高嶺土與氫氧化鋁或氧化鋁為原料，由於其要求物料粉磨至平均粒徑小於1～2μm，成本較高，其工業利用受到限制。
公開號為CN1312237A的中國發明專利中提供了一種人工合成莫來石的方法，他是以高鋁礬土、高嶺土、粘土、矽石、氧化鋁中的一種或多種物質為原料，經過選料、匹配、粉碎、成型、烘乾、燒成、冷卻，以窯爐燒成的方法人工合成莫來石。其主要原料高鋁礬土的氧化鋁含量要求大於77％，是礬土需求各方都競爭的資源，今後越來越緊張。其燒成溫度也到1800℃，太高的燒成溫度不僅無法大規模生產，而且成本會很高。
發明內容
為了克服上述莫來石製備中存在的不足，本發明的目的是提供一種以高鋁礬土和煤矸石為主要原料，外加輔料以提高礬土基莫來石的純度，降低莫來石燒成溫度的礬土基莫來石均質料的製備方法本發明的技術方案是以下述方式實現的一種礬土基莫來石均質料的製備方法以高鋁礬土為和煤矸石為原料，外加稀土氧化物和MgO複合助燒結劑，採用溼法或半乾法混合研磨均勻，壓成塊料，烘乾、燒成其特徵在於a、各原料的重量百分數為70-95％的高鋁礬土5-30％的煤矸石高鋁礬土和煤矸石總量的0.25-1.00％稀土氧化物和MgO複合助燒結劑稀土氧化物∶MgO(質量比)＝3-1∶1，稀土氧化物為CeO2、La2O3或Y2O3。
b、研磨粒度＜0.088mm，製成塊料，烘乾；c、燒成溫度為1500-1600℃，保溫2-8小時燒成，冷卻至室溫即可製得產物。
本發明的技術方案還可以下述方式實現
一種礬土基莫來石均質料的製備方法以高鋁礬土為和煤矸石為原料，外加稀土氧化物和MgO複合助燒結劑、活性氧化鋁，採用溼法或半乾法混合研磨均勻，壓成塊料，烘乾、燒成其特徵在於a、各原料的重量百分數為70-95％的高鋁礬土5-30％的煤矸石高鋁礬土和煤矸石總量的0.25-1.00％稀土氧化物和MgO複合助燒結劑高鋁礬土和煤矸石總量的1-4％活性氧化鋁稀土氧化物∶MgO(質量比)＝3-1∶1，稀土氧化物為CeO2、La2O3或Y2O3。
b、研磨粒度＜0.088mm，製成塊料，烘乾；c、燒成溫度為1500-1600℃，保溫2-8小時燒成，冷卻至室溫即可製得產物。
所述的高鋁礬土為II等高鋁礬土或碎礦生料，其灼減後Al2O3含量為60-78％、TiO2≤4.0％、Fe2O3≤2.5％。
所述的煤矸石灼減後Al2O3含量為40-46％、TiO2≤1.0％、Fe2O3≤0.8％。
所述的礬土基莫來石均質料主晶相為莫來石；化學組成Al2O3為58-75％、TiO2≤3.0％、Fe2O3≤2.0％；氣孔率≤3.0％，體積密度≥2.65g/cm3。
本發明的優點在於1.本發明以中國豐富的大多閒置或被廢棄堆積的II等高鋁礬土和碎礦為主要原料，煤矸石也是煤礦生產伴生的廢料。該發明可提高高鋁礬土資源利用率，使部分煤矸石用於生產高檔耐火原料，提高資原的利用率和產品附加值。
2.通過在高鋁礬土中加入適量煤矸石，以及需要時加入活性氧化鋁製備成分穩定、雜質含量相對較低的莫來石。
3.通過加入稀土氧化物和MgO複合助燒結劑，可將礬土基莫來石均質料的燒結溫度從1650-1750℃降至1500-1600℃，同時保持其荷重軟化點為1500-1650℃，有利於工業化生產。
4.本發明利用中國的高鋁礬土資源合成礬土基莫來石均質料，不僅提高產品檔次和產品附加值，而且大幅提高高鋁礬土資源利用率，且將部分煤矸石用於生產高檔耐火材料，提高煤矸石經濟效益，為高鋁礬土和煤矸石資源的綜合利用提供一較佳的途徑和方法。
具體實施方法下面結合實例對本發明作進一步描述，但不局限於下列實施例。
實施例1工廠實驗以河南登封高鋁礬土和山西煤矸石為原料，其成分示於表2。
表1 河南登封的高鋁礬土和山西的煤矸石化學組成
實驗規模為100Kg；具體如下將76份高鋁礬土和24份煤矸石放置於球磨罐中，溼磨至粒度小於0.044mm以下，烘乾後外加高鋁礬土和煤矸石總量的0.35％複合助燒結劑，複合劑中CeO2和MgO的質量比為3∶1，壓製成型後乾燥；將上述成型料塊放入工業窯爐中燒結，燒結溫度為1600℃，保溫6小時。然後自然冷卻至室溫取出，得到礬土基莫來石均質料。
經XRD分析，產物的主晶相為莫來石，含量大於95％；莫來石均質料的性能AL2O3含量69.80％，TiO2含量2.8％、Fe2O3含量1.55％，氣孔率1.5％、體積密度2.84g/cm3。
實施例2以高鋁礬土和煤矸石為原料，其成分示於表2。
表2 高鋁礬土和煤矸石化學組成
將88份高鋁礬土和12份煤矸石，外加高鋁礬土和煤矸石總量的0.75％複合助燒結劑，複合助燒結劑La2O3和MgO的質量比為1∶1，放置於球磨罐中溼磨至0.044mm以下，擠泥成型後，在110℃下乾燥24小時；將上述成型料塊放入窯爐中燒結，燒結溫度為1550℃，保溫3小時。然後自然冷卻至室溫取出，得到礬土基莫來石均質料。
經XRD分析，產物的主晶相為莫來石，含量大於95％。Al2O3含量59.50％，TiO2含量2.88％、Fe2O3含量1.92％，均質料的氣孔率2.0％、體積密度2.68g/cm3。
實施例3以高鋁礬土和煤矸石為原料，其成分示於表2。
表2 高鋁礬土和煤矸石化學組成
在某個耐火材料廠進行實驗，實驗規模為5000Kg。具體如下將82份高鋁礬土和18份煤矸石混合後，外加高鋁礬土和煤矸石總量的2％的活性氧化鋁和1％複合助燒結劑，複合助燒結劑中Y2O3和MgO的質量比為1∶2，放入球磨機中溼磨至0.044mm以下，然後溼法擠壓成型，烘乾後，放入窯爐中燒結，燒結溫度為1520℃，保溫8小時。然後自然冷卻至室溫取出，得到礬土基莫來石均質料。
經XRD分析，產物的主晶相為莫來石，含量大於95％。Al2O3含量68.40％，TiO2含量2.90％、Fe2O3含量1.81％，均質料的氣孔率1.0％、體積密度2.80g/cm3。
權利要求
1.一種礬土基莫來石均質料的製備方法以高鋁礬土、煤矸石為原料，外加稀土氧化物和MgO複合助燒結劑，採用溼法或半乾法混合研磨均勻，壓成塊料，烘乾、燒成其特徵在於a、各原料的重量百分數為70-95％的高鋁礬土5-30％的煤矸石高鋁礬土和煤矸石總量的0.25-1.00％稀土氧化物和MgO複合助燒結劑稀土氧化物質量∶MgO質量＝3-1∶1，稀土氧化物為CeO2、La2O3或Y2O3；b、研磨粒度＜0.088mm，製成塊料，烘乾；c、燒成溫度為1500-1600℃，保溫2-8小時燒成，冷卻至室溫即可製得產物。
2.一種根據權利要求1所述的礬土基莫來石均質料的製備方法以高鋁礬土、煤矸石為原料，外加稀土氧化物和MgO複合助燒結劑和活性氧化鋁，採用溼法或半乾法混合研磨均勻，壓成塊料，烘乾、燒成其特徵在於a、各原料的重量百分數為70-95％的高鋁礬土5-30％的煤矸石高鋁礬土和煤矸石總量的0.25-1.00％稀土氧化物和MgO複合助燒結劑高鋁礬土和煤矸石總量的1-4％活性氧化鋁，稀土氧化物質量∶MgO質量＝3-1∶1，稀土氧化物為CeO2、La2O3或Y2O3；b、研磨粒度＜0.088mm，製成塊料，烘乾；c、燒成溫度為1500-1600℃，保溫2-8小時燒成，冷卻至室溫即可製得產物。
3.根據權利要求1或2所述的礬土基莫來石均質料的製備方法其特徵在於高鋁礬土為II等高鋁礬土或碎礦生料，灼減後Al2O3含量為60-78％、TiO2≤4.0％、Fe2O3≤2.5％。
4.根據權利要求3所述的礬土基莫來石均質料的製備方法其特徵在於煤矸石灼減後Al2O3含量為40-46％、TiO2≤1.0％、Fe2O3≤0.8％。
5.根據權利要求3所述的礬土基莫來石均質料的製備方法其特徵在於所製備的礬土基莫來石均質料主晶相為莫來石；化學組成Al2O3為58-75％、TiO2≤3.0％、Fe2O3≤2.0％；氣孔率≤3.0％，體積密度≥2.65g/cm3。
6.根據權利要求4所述的礬土基莫來石均質料的製備方法其特徵在於所製備的礬土基莫來石均質料主晶相為莫來石；化學組成Al2O3為58-75％、TiO2≤3.0％、Fe2O3≤2.0％；氣孔率≤3.0％，體積密度≥2.65g/cm3。
全文摘要
本發明提供了礬土基莫來石均質料的製備方法，該方法採用Ⅱ等高鋁礬土和煤矸石為主要原料，二者的重量百分數為70－95％的高鋁礬土5－30％的煤矸石外加0.25－1.00％的CeO
文檔編號C04B35/622GK1807345SQ200610017448
公開日2006年7月26日 申請日期2006年2月22日 優先權日2006年2月22日
發明者鍾香崇, 楊中正, 葉方保 申請人:鄭州大學