專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用鋁土礦尾礦合成剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于耐火材料領(lǐng)域，特別涉及一種剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料。
背景技術(shù)：
由于莫來(lái)石具有良好的高溫力學(xué)、高溫?zé)釋W(xué)性能，使合成莫來(lái)石制品具有較高的密度和純度，較低的熱傳導(dǎo)系數(shù)和熱膨脹系數(shù)，高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，高溫蠕變率低，抗熱震性和化學(xué)侵蝕性強(qiáng)，熔點(diǎn)高等優(yōu)點(diǎn)；而剛玉彈性好，熔點(diǎn)高，在高溫下具有良好的耐磨、抗化學(xué)侵蝕性和體積穩(wěn)定性，硬度大，耐火度高；另外莫來(lái)石晶體一般為柱狀或者棱柱狀，剛玉體一般為粒狀，所以制備剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料將匯集剛玉晶體和莫來(lái)石晶體的雙重優(yōu)點(diǎn)，從而使這種材料在各方面都優(yōu)于單相莫來(lái)石材料或剛玉材料。目前一般采用高鋁礬土以燒結(jié)法或電熔法人工合成莫來(lái)石，但是如果用純?cè)蟻?lái)合成則嚴(yán)重提高了材料的生產(chǎn)成本，尤其是作為耐火材料。因此，采用天然原料無(wú)疑可以大幅度降低材料的生產(chǎn)成本?！?br> 我國(guó)鋁土礦特點(diǎn)是低鋁硅比，只能采用選礦-拜耳法生產(chǎn)氧化鋁，選礦后產(chǎn)生的主要固體廢棄物是鋁土礦尾礦，每噸鋁土礦原礦將產(chǎn)生約209Γ30%質(zhì)量的鋁土礦尾礦，尾礦目前并沒(méi)有被大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用，一般只是在尾礦壩中堆放。尾礦的堆積會(huì)造成土壤堿化，環(huán)境污染等問(wèn)題。鋁工業(yè)在不斷發(fā)展，尾礦量必將越來(lái)越大，因此，鋁土礦尾礦的開(kāi)發(fā)與利用，已成為當(dāng)務(wù)之急。鋁土礦尾礦的主要化學(xué)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(yè)上生產(chǎn)鋁硅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(chǎn)鋁硅酸鹽系耐火材料的原料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于結(jié)合我國(guó)現(xiàn)有資源，充分利用及促進(jìn)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(lái)合成耐火材料，制作剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料，不僅充分利用了現(xiàn)有資源，同時(shí)也減少了固體廢棄物帶來(lái)的污染，大大降低生產(chǎn)成本。一種用鋁土礦尾礦合成剛玉-莫來(lái)石復(fù)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(shí)含有1(Γ15%的Fe2O3及2°/Γ4%的K2O,其余物質(zhì)主要為結(jié)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(xué)反應(yīng)活性，并使其化學(xué)成分均勻分布，將礦粉在球磨機(jī)中磨細(xì)并均化，得到的礦粉的平均粒徑小于 ο μ m。(2)磨細(xì)后的鋁土礦尾礦在630°C 820°C活化焙燒2至4個(gè)小時(shí)，活化焙燒過(guò)程中鋁土礦尾礦中的一水硬鋁石，高嶺石，伊利石礦相會(huì)逐步分解，分解后得到Al2O3, SiO2, K2O及Fe2O3等，這些成分的化學(xué)活性相比焙燒前有很大提高，有利于之后的鹽酸除雜流程及燒結(jié)合成流程。(3)活化焙燒后的鋁土礦尾礦焙燒后的礦粉以液固比1:10左右在濃度2. 5mol/L至4. 3mol/L的鹽酸中于90°C以上酸浸I. 5至3. 5個(gè)小時(shí)，絕大多數(shù)Fe2O3與K2O會(huì)溶解于鹽酸之中，絕大多數(shù)Al2O3與SiO2會(huì)保留在固相之中，經(jīng)固液分離過(guò)程，得到純凈的基本不含雜質(zhì)的精礦。(4)酸浸后得到的精礦成型后在1450°C 1650°C保溫3 6個(gè)小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)合成，合成氣氛為空氣，精礦中的Al2O3與SiO2成分發(fā)生反應(yīng)生成莫來(lái)石-剛玉復(fù)相。經(jīng)試驗(yàn)，并利用XRD分析了復(fù)相材料的組成，試驗(yàn)結(jié)果表明合成的是剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料，從SEM斷口形貌分析可看出晶體形貌為典型的長(zhǎng)柱狀晶體與塊狀晶體彼此交錯(cuò)生長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)致密。鋁土礦尾礦的雜質(zhì)含量較高，特別是Fe2O3與K2O雜質(zhì)，其將嚴(yán)重影響莫來(lái)石復(fù)相材料的合成過(guò)程，以普通工藝無(wú)法用鋁土礦尾礦來(lái)合成莫來(lái)石復(fù)相材料。本課題組經(jīng)多年研究，發(fā)現(xiàn)在630°C 820°C對(duì)鋁土礦尾礦先進(jìn)行2至4個(gè)小時(shí)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的鹽酸中于90°C以上酸浸I至3個(gè)小時(shí)，可顯著降低尾礦中的Fe2O3與K2O雜質(zhì)，酸浸后尾礦中的Al2O3與SiO2的化學(xué)活性也顯著提高，其在1450°C 1650°C燒結(jié)3 6個(gè)小時(shí)即可得到剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于因?yàn)楹铣蓜傆?莫來(lái)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(lái)石復(fù)相材料具有很高的附加值，所以是制備高性能耐火材料的又一個(gè)新途徑，而且符合國(guó)家倡導(dǎo)的“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的產(chǎn)業(yè)政策。


圖I :用鋁土礦尾礦合成剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的工藝流程圖 圖2 :用鋁土礦尾礦合成的剛玉-莫來(lái)石復(fù)相的XRD圖譜 圖3 以鋁土礦尾礦為原料合成的剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料SEM圖
具體實(shí)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(xué)分析結(jié)果如表I所示
表I :鋁土礦尾礦的化學(xué)成分
IAlaO, ISiOa IFeaO, ITiOa IKaO |結(jié)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(jiàn)圖I
從XRD圖中標(biāo)注中很清晰的看到在此試驗(yàn)條件下合成了非常純的剛玉-莫來(lái)石復(fù)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(cuò)狀的密集生長(zhǎng)。
權(quán)利要求
1.一種用鋁土礦尾礦合成剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的方法，其特征在于 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(shí)含有10 15%的Fe2O3, 2% 4%的K20，2% 4%的TiO2，其余為結(jié)晶水； 合成剛玉-莫來(lái)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(xué)反應(yīng)活性，并使其化學(xué)成分均勻分布，將礦粉在球磨機(jī)中磨細(xì)并均化，得到的礦粉的平均粒徑小于IOym; 磨細(xì)后的鋁土礦尾礦在630°C 820°C活化焙燒2至4個(gè)小時(shí)，活化焙燒過(guò)程中鋁土礦尾礦中的一水硬鋁石，高嶺石，伊利石礦相會(huì)逐步分解，分解后得到Al2O3, SiO2, K2O及Fe2O3,這些成分的化學(xué)活性相比焙燒前有很大提高，有利于之后的鹽酸除雜流程及燒結(jié)合成流程; (3)活化焙燒后的鋁土礦尾礦焙燒后的礦粉以液固比1:10的比例在濃度2. 5mol/L至4.3mol/L的鹽酸中于90°C以上酸浸I. 5至3. 5個(gè)小時(shí)，絕大多數(shù)Fe2O3與K2O會(huì)溶解于鹽酸之中，絕大多數(shù)Al2O3與SiO2會(huì)保留在固相之中，經(jīng)固液分離過(guò)程，得到純凈的不含雜質(zhì)的精礦； 酸浸后得到的精礦成型后在1450°C 1650°C保溫3 6個(gè)小時(shí)進(jìn)行燒結(jié)合成，合成氣氛為空氣，精礦中的Al2O3與SiO2成分發(fā)生反應(yīng)生成莫來(lái)石-剛玉復(fù)相。
全文摘要
一種用鋁土礦尾礦合成剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的方法，屬于耐火材料領(lǐng)域。合成剛玉-莫來(lái)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(jīng)球磨磨細(xì)并均化，得到礦粉的平均粒徑小于10μm，磨細(xì)后的礦粉在630℃~820℃活化焙燒2至4個(gè)小時(shí)，焙燒后的礦粉以液固比1:10左右在濃度2.5mol/L至4.3mol/L的鹽酸中于90℃以上酸浸1至3個(gè)小時(shí)，酸浸后得到的精礦在1450℃～1650℃保溫3～6個(gè)小時(shí)，空氣氣氛下進(jìn)行合成。本發(fā)明原料豐富價(jià)格低廉，合成的剛玉-莫來(lái)石復(fù)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，是制備高溫耐火材料的一個(gè)新途徑。
文檔編號(hào)C04B35/117GK102910923SQ20121046110
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者張梅, 郭敏, 馬冬陽(yáng), 王振東, 苑德志, 彭犇, 岳昌盛 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)