專利名稱：一種利用硼泥制備合成鎂橄欖石的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用硼泥制備合成鎂橄欖石的方法。
背景技術(shù)：
硼泥是硼砂生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢渣，其顏色為淺棕色，屬于不易溶性物質(zhì)，具一定的黏性，可塑性較好，相對密度2.3g/cm3，堆積密度I. 8g/cm3，粒徑150目左右，新產(chǎn)生的硼泥內(nèi)含30%左右的游離水。硼泥呈堿性，pH值為8 10。硼泥中含有氧化鎂、氧化鈣、氧化鈉等堿性物質(zhì)。硼泥所排放之處，寸草不生，其堿液可溶入到地下水中，使周圍的農(nóng)田減產(chǎn)，嚴重者可以使農(nóng)作物絕產(chǎn)，并且對周圍的飲用水產(chǎn)生污染。由于硼泥顆粒較細，在失去水分以后，常常會隨風飛散，對大氣環(huán)境產(chǎn)生污染。硼泥對生態(tài)環(huán)境的污染、大氣環(huán)境的污染已成為一種公害。 大石橋地區(qū)是我國硼化物的主產(chǎn)區(qū)之一，硼砂企業(yè)有近五十年的歷史。大石橋地區(qū)硼砂生產(chǎn)線都采用碳堿法組織生產(chǎn)，其工藝過程是將焙燒過的熟硼礦物(90%通過150目)與堿液按固液比I. 4 1. 6混合，配成料漿，投入碳解釜中，升溫至125 135°C，通入二氧化碳，壓力控制在0. 6MPa左右，反應(yīng)12 24小時，然后在過濾機中進行固液分離，其濾液經(jīng)結(jié)晶離心分離得95%硼砂，再經(jīng)氣體干燥而得99. 5%硼砂，濾餅為硼泥。生產(chǎn)一噸硼砂就要產(chǎn)生3 4噸硼泥，多年來已經(jīng)積攢了大量的硼泥，造成了很大的環(huán)境污染問題。大石橋地區(qū)的鎂橄欖巖是硼鎂礦伴生在一起礦藏，是沉積變質(zhì)再造型硼礦床，天然的橄欖石礦物中通常含有少量的蛇紋石、云母、透閃石、滑石等，這些礦物在高溫下分解后會產(chǎn)生頑火輝石MgO* Si02等低熔點礦物相。天然鎂橄欖石礦石最大的特點是燒失量大，雜質(zhì)含量高，近年來采用煅燒工藝對其高溫燒成，也只能做一些低檔耐火材料(如出鋼口填料等)使用，不能生產(chǎn)高檔制品。天然的鎂橄欖石礦物含有(Tl0%的鐵橄欖石，鐵橄欖石熔點低(1205°C)從而影響鎂橄欖石的高溫性能；其中還含有一點Si02、Al2O3等雜質(zhì)，它們可以形成鈣鎂橄欖石(CaO MgO SiO2),透輝石(CaO Al2O 2Si02),鈣長石(CaO-Al2O3 2Si02)，堇青石(2Mg0 2A1203 5Si02)等低熔物，降低制品的耐火度和荷重軟化溫度；天然鎂橄欖石組成成分的復(fù)雜性，決定了其燒結(jié)后礦物組成的多樣性，進而造成其物理化學性質(zhì)的不穩(wěn)定性，從而影響了其在耐火材料生產(chǎn)和應(yīng)用中的推廣?，F(xiàn)有的技術(shù)中也有采用天然鎂橄欖石與輕燒氧化鎂等混合后高溫焙燒，制備合成鎂橄欖石的方法，焙燒時采用白煤作為燃料，制備成本較高，且合成效果并不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用硼泥制備合成鎂橄欖石的方法，采用硼泥作為原料制備合成鎂橄欖石，在治理硼泥的環(huán)境污染同時，制備出性能良好的鎂橄欖石。本發(fā)明的制備方法按以下步驟進行
I、將粒度均為15(T240目的輕燒氧化鎂粉和天然鎂橄欖石粉加入到硼泥中，制成混合物料，加入量按重量比為硼泥天然鎂橄欖石粉輕燒氧化鎂粉=1:0、. 3:0. 5^0. 8 ；2、向混合物料中加入結(jié)合劑氯化鎂并混合均勻，獲得結(jié)合物料，氯化鎂的加入量為混合物料總重量的廣3% ；
3、向結(jié)合物料中加入水并混合均勻，水的加入量為結(jié)合物料總重量的12 15%，然后用壓球機壓制成球狀物料，壓制時的壓力為45±5 MPa ;再將球狀物料靜置養(yǎng)護至少24h ；
4、將養(yǎng)護后的球狀物料與煤混合后置于高溫豎窯中，燃料與坯料的比例按重量比為6 7:1，然后加熱至155(T165(TC保溫:T4h進行高溫煅燒，制成合成鎂橄欖石。上述方法的球狀物料的直徑為3(T60mm。上述的合成鎂橄欖石的成分按重量百分比含Mg06(T70%，Si022(T32%，F(xiàn)e2033^7%,Al2O3L 3^2. 2%，Ca02. 2 2. 5%，B2O3O. 5^1%,余量為燒失成分和少量雜質(zhì)，體積密度
2.65 2. 8g/cm3,粒度 5 40mm。 上述方法中的硼泥為硼砂生產(chǎn)過程中排放的廢渣經(jīng)放置自然干燥后的物料，其成分按重量百分比含 SiO2 25 30%，F(xiàn)e2O3 3^6%, Al2O3 I 4%，CaO I 3%，Mg0 35 45%，B2O3I 2%，余量為燒失成分；粒度為100 200目。上述方法中的輕燒氧化鎂粉的成分按重量百分比為Si023 7%，F(xiàn)e2O3O. 5^2%, Al2O30. 5 3%，CaO 1 2%，MgO 80 91%，余量為燒失成分；粒度彡1_。上述方法中的天然橄欖石粉的成分按重量百分比為SiO2 30^40%, Fe2O3 5^8%,Al2O3 0. 5 I. 5%，CaO I 3%，MgO 40 50%，余量為燒失成分和少量雜質(zhì)；粒度彡1mm。純凈的鎂橄欖石熔點為1890°C，是MgO-SiO2系統(tǒng)中唯一穩(wěn)定的耐火相，室溫熔點范圍內(nèi)，M2S (2Mg0 SiO2)沒有同質(zhì)異象的轉(zhuǎn)變；隨著二氧化硅含量的增加，出現(xiàn)了較低熔點的相，從這一點考慮，要制成耐火度高、性能優(yōu)良的鎂橄欖石質(zhì)耐火材料，應(yīng)該使組成點盡可能向MgO-SiO2系統(tǒng)相圖的MgO側(cè)靠近，也就是使制品中有一定數(shù)量的方鎂石相。硼泥的主要礦物組成為含鐵的鎂橄欖石、碳酸鎂及一些非晶質(zhì)顆粒；本發(fā)明的原理是利用硼泥制備耐火材料，加入輕燒鎂粉后高溫燒成可以合成性能優(yōu)良的耐火原料；加入輕燒氧化鎂粉，提高氧化鎂含量，使硼泥中有害的雜質(zhì)含量相對減少，還能夠促進高溫生產(chǎn)M2S提高合成材料的耐火度；合成鎂橄欖石耐火材料的組成可以用MgO-SiO2-Fe2O3-Al2O3-CaO五元系統(tǒng)表示，提高氧化鎂含量后使整個體系移到五元系統(tǒng)的高耐火相部分；硼泥中還含有少量的B2O3，該成分有利于降低燒結(jié)溫度，促進晶體的長大；硼泥中加入輕燒氧化鎂粉后，將B2O3的含量相對降低使其含量保持在有利于制品燒結(jié)的范圍，提高合成鎂橄欖石制成的耐火材料的綜合性能。本發(fā)明采用常規(guī)的工藝技術(shù)，生產(chǎn)工藝簡便可靠；不僅可以治理多年積攢的硼泥，解決困擾已久的硼泥的環(huán)境和生態(tài)的污染，還可以打造完善的硼產(chǎn)業(yè)鏈，為在鎂資源日益缺乏的今天尋找到滿足使用的新的替代產(chǎn)品，為當?shù)鼐C合合理利用資源、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟樹立典范。本發(fā)明的方法生產(chǎn)的合成鎂橄欖石氧化鎂的含量達到60%以上，雜質(zhì)含量少，在高溫燒結(jié)過程中生成更多的高溫礦物相一鎂橄欖石，減少了低熔點相的生成數(shù)量，以其為原料制成耐火制品時，能夠提高耐火制品的耐火度及荷重軟化溫度。


圖I為本發(fā)明實施例I的合成鎂橄欖石制備方法流程示意圖。圖2為MgO-SiO2系統(tǒng)相圖。
具體實施例方式本發(fā)明實施例中采用的硼泥為大石橋地區(qū)硼砂生產(chǎn)過程中排放的廢渣，經(jīng)放置自然干燥后的物料，其成分按重量百分比含SiO2 25 30%，F(xiàn)e2O3 3 6%，Al2O3 I 4%，CaO I 3%，MgO 35 45%，B2O3I 2%，余量為燒失量成分和少量雜質(zhì)；粒度為100 200目。本發(fā)明實施例中采用的天然鎂橄欖石的成分按重量百分比含SiO2 3(T40%，F(xiàn)e2O35 8%，Al2O3 0. 5 I. 5%, CaO 1 3%，MgO 40 50%，余量為燒失成分和少量雜質(zhì);粒度彡1_。本發(fā)明實施例中采用的輕燒氧化鎂的成分按重量百分比含SiO2 3>/o, Fe2O30. 5 2%，Al2O3 0. 5 3%，CaO I 2%，MgO 80 91%，余量為燒失成分；粒度彡1mm。 本發(fā)明實施例中采用的結(jié)合劑氯化鎂為工業(yè)級產(chǎn)品。本發(fā)明實施例中采用的煤要求發(fā)熱量在6500大卡以上。
實施例I
采用的硼泥成分按重量百分比含SiO2 28. 79%，F(xiàn)e2O3 4. 95%，Al2O3 2. 16%，CaO 2. 09%,MgO 41. 76%，B2O3L 22%，余量為燒失成分和少量雜質(zhì)；粒度100 200目；
將天然鎂橄欖石磨細制成15(T240目的細粉；
將輕燒氧化鎂磨細制成15(T240目的細粉；
將磨細后的輕燒氧化鎂粉和天然鎂橄欖石粉加入到硼泥中，制成混合物料，加入量按重量比為硼泥天然鎂橄欖石粉輕燒氧化鎂粉=1:0. 2:0.8 ;
向混合物料中加入結(jié)合劑氯化鎂并混合均勻，獲得結(jié)合物料，氯化鎂的加入量為混合物料總重量的2% ；
向結(jié)合物料中加入水并混合均勻，水的加入量為結(jié)合物料總重量的15%，然后用壓球機壓制成球狀物料，直徑為3(T60mm，壓制時的壓力為45±5 MPa ;再將球狀物料靜置養(yǎng)護24h ；
將養(yǎng)護后的球狀物料與煤混合后置于高溫豎窯中，燃料與坯料的比例按重量比為6:1，然后加熱至1550°C保溫4h，制成合成鎂橄欖石，經(jīng)化學檢測測得其成分按重量百分比含Mg068. 62%, Si0221. 63%, Fe2035. 15%, Al2O3L 39%, Ca02. 23%, B2O3O. 72%,余量為燒失成分和少量雜質(zhì)，體積密度2. 73g/cm3，粒度5 40mm ;制備流程如圖I所示；
將合成鎂橄欖石破碎至粒度< 5mm,分成粒度在3 5mm部分、3mm部分和Imm以下部分，將破碎后的合成鎂橄欖石與200目的中檔鎂砂混合制成耐火原料，其中粒度3 5_的合成鎂橄欖石占20wt%,粒度l 3mm的合成鎂橄欖石占30wt%,粒度Imm以下的合成鎂橄欖石占20wt%，中檔鎂砂占25wt%，然后復(fù)配耐火原料總重量3%的固體樹脂粉、0. 4%的烏洛托品和0. 5%的硼酸，制備成中間包干式料，在吉林現(xiàn)代鋼鐵公司取得了連續(xù)40小時的使用業(yè)績，其抗侵蝕效果和采用92%重燒氧化鎂為主要原料生產(chǎn)的干式料相當。實施例2
采用的硼泥的成分按重量百分比含SiO2 25. 12%,Fe2035. 78%,Al2O3 3. 97%,CaO I. 01%,MgO 44. 65%，B2034. 02%，余量為燒失成分和少量雜質(zhì)；粒度為100 200目；
將天然鎂橄欖石磨細制成15(T240目的細粉；
將輕燒氧化鎂磨細制成15(T240目的細粉；
將磨細后的輕燒氧化鎂粉和天然鎂橄欖石粉加入到硼泥中，制成混合物料，加入量按重量比為硼泥天然鎂橄欖石粉輕燒氧化鎂粉=1:0. 16:0. 5 ;
向混合物料中加入結(jié)合劑氯化鎂并混合均勻，獲得結(jié)合物料，氯化鎂的加入量為混合物料總重量的1% ；
向結(jié)合物料中加入水并混合均勻，水的加入量為結(jié)合物料總重量的14%，然后用壓球機壓制成球狀物料，直徑為3(T60mm，壓制時的壓力為45 ±5 MPa ;再將球狀物料靜置養(yǎng)護36h ；
將養(yǎng)護后的球狀物料與煤混合后置于高溫豎窯中，燃料與坯料的比例按重量比為7:1，然后加熱至1600°C保溫4h，制成合成鎂橄欖石，經(jīng)化學檢測測得其成分按重量百分比含Mg063. 28%, Si0224. 53%, Fe2035. 76%, Al2032. 13%, Ca02. 43%, B2O3O. 82%,余量為燒失成分和少量雜質(zhì)，體積密度2. 78g/cm3,粒度5 40mm ； 將合成鎂橄欖石破碎至粒度< 5mm,分成粒度在3 5mm部分、3mm部分和Imm以下部分，將破碎后的合成鎂橄欖石、氧化鎂含量為92wt%的重燒氧化鎂和噴補料結(jié)合劑混合均勻，其中粒度3mm的合成鎂橄欖石占40wt%,粒度Imm以下的合成鎂橄欖石占30wt%,重燒氧化鎂占25wt%，其余為噴補料結(jié)合劑，制成轉(zhuǎn)爐噴補料；在邢臺德龍鋼鐵公司90噸轉(zhuǎn)爐上使用取得了與全部采用重燒氧化鎂生產(chǎn)的噴補料一致的使用效果。實施例3
采用的硼泥的成分按重量百分比含SiO2 29. 45%，F(xiàn)e2O3 3. 12%，Al2O3 I. 14%，CaO
2.84%, MgO 35.92%，B2034. 61%，余量為燒失成分和少量雜質(zhì)；粒度為100 200目；
將天然鎂橄欖石磨細制成15(T240目的細粉；
將輕燒氧化鎂磨細制成15(T240目的細粉；
將磨細后的輕燒氧化鎂粉和天然鎂橄欖石粉加入到硼泥中，制成混合物料，加入量按重量比為硼泥天然鎂橄欖石粉輕燒氧化鎂粉=1:0. 3:0. 7 ；
向混合物料中加入結(jié)合劑氯化鎂并混合均勻，獲得結(jié)合物料，氯化鎂的加入量為混合物料總重量的2% ；
向結(jié)合物料中加入水并混合均勻，水的加入量為結(jié)合物料總重量的13 %，然后用壓球機壓制成球狀物料，直徑為3(T60mm，壓制時的壓力為45±5 MPa ;再將球狀物料靜置養(yǎng)護48h ；
將養(yǎng)護后的球狀物料與煤混合后置于高溫豎窯中，燃料與坯料的比例按重量比為6:1，然后加熱至1650°C保溫3h，制成合成鎂橄欖石，經(jīng)化學檢測測得其成分按重量百分比含Mg060. 12%, Si0231. 67%, Fe2033. 04%, Al2O3L 81%, Ca02. 50%, B2O3O. 55%,余量為燒失成分和少量雜質(zhì)，體積密度2. 79g/cm3,粒度5 40mm ；
將合成鎂橄欖石破碎至粒度< 5mm,分成粒度在3 5mm部分、3mm部分和Imm以下部分，將破碎后的合成鎂橄欖石與200目的中檔鎂砂混合均勻制成中間耐火材料，其中粒度
3、mm的合成鎂橄欖石占20wt%,粒度3mm的合成鎂橄欖石占30wt%,粒度Imm以下的合成鎂橄欖石占20wt%，中檔鎂砂占20% ;然后復(fù)配改制浙青和大面料結(jié)合劑，制成轉(zhuǎn)爐大面修補料；在本溪鋼鐵公司和沙鋼的50噸和150噸轉(zhuǎn)爐上使用，取得了與采用重燒氧化鎂生產(chǎn)的大面料一致的使用效果。實施例4
采用的硼泥的成分按重量百分比含SiO2 26. 56%,Fe2035. 82%,Al2O3 3. 43%,CaO I. 78%,MgO 40.32%，B2034. 39%，余量為燒失成分和少量雜質(zhì);粒度為100 200目；
將輕燒氧化鎂磨細制成15(T240目的細粉；
將磨細后的輕燒氧化鎂粉加入到硼泥中，制成混合物料，加入量按重量比為硼泥輕燒氧化鎂粉=1:0. 6 ;
向混合物料中加入結(jié)合劑氯化鎂并混合均勻，獲得結(jié)合物料，氯化鎂的加入量為混合物料總重量的3% ；
向結(jié)合物料中加入水并混合均勻，水的加入量為結(jié)合物料總重量的12%，然后用壓球機壓制成球狀物料，直徑為3(T60mm，壓制時的壓力為45±5 MPa ;再將球狀物料靜置養(yǎng)護24h ；
將養(yǎng)護后的球狀物料與煤混合后置于高溫豎窯中，燃料與坯料的比例按重量比為7:1，然后加熱至1600°C保溫3h，制成合成鎂橄欖石，經(jīng)化學檢測測得其成分按重量百分比含Mg069. 11%, Si0221. 92%, Fe2034. 50%，Al2O3L 34%, Ca02. 21%, B2O3O. 51%，余量為燒失成分和少量雜質(zhì)，體積密度2. 80g/cm3,粒度5 40mm ；
將合成鎂橄欖石破碎至粒度彡5mm,分成粒度在3 5mm部分、3mm部分和Imm以下部分，將破碎后的合成鎂橄欖石與粒度200目的92號制磚砂混合，其中粒度3 5mm的合成鎂橄欖石占20wt%,粒度3mm的合成鎂橄欖石占35wt%,粒度Imm以下的合成鎂橄欖石占20wt%，制磚砂占25wt%，經(jīng)過高溫隧道窯1500°C燒成后，除了體積密度為2. 55g/cm3略低于重燒鎂磚外，其他使用性能均與重燒鎂磚相當。
權(quán)利要求
1.一種利用硼泥制備合成鎂橄欖石的方法，其特征在于按以下步驟進行 (1)將粒度均為15(T240目的輕燒氧化鎂粉和天然鎂橄欖石粉加入到硼泥中，制成混合物料，加入量按重量比為硼泥天然鎂橄欖石粉輕燒氧化鎂粉=1:0、. 3:0. 5^0. 8 ； (2)向混合物料中加入結(jié)合劑氯化鎂并混合均勻，獲得結(jié)合物料，氯化鎂的加入量為混合物料總重量的廣3% ； (3 )向結(jié)合物料中加入水并混合均勻，水的加入量為結(jié)合物料總重量的12 15%，然后用壓球機壓制成球狀物料，壓制時的壓力為45±5 MPa ;再將球狀物料靜置養(yǎng)護至少24h ； (4)將養(yǎng)護后的球狀物料與煤混合后置于高溫豎窯中，燃料與坯料的比例按重量比為6 7:1，然后加熱至155(T165(TC保溫3 4h進行高溫煅燒，制成合成鎂橄欖石。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用硼泥制備合成鎂橄欖石的方法，其特征在于所述的合成鎂橄欖石的成分按重量百分比含Mg06(T70%，Si0220 32%，F(xiàn)e2033 7%，Al2O3L 3 2. 2%，Ca02. 2 2. 5%，B2O3O. 5^1%,余量為燒失成分和少量雜質(zhì)，體積密度2. 65^2. 8g/cm3,粒度5 40mmo
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用硼泥制備合成鎂橄欖石的方法，其特征在于所述的硼泥為硼砂生產(chǎn)過程中排放的廢渣經(jīng)放置自然干燥后的物料，其成分按重量百分比含SiO225 30%，F(xiàn)e2O3 3^6%, Al2O3 I 4%，CaO I 3%，MgO 35 45%，B2O3I 2%，余量為燒失成分和少量雜質(zhì)；粒度為100 200目。
全文摘要
一種利用硼泥制備合成鎂橄欖石的方法，按以下步驟進行(1)將輕燒氧化鎂粉和天然鎂橄欖石粉加入到硼泥中，制成混合物料；(2)向混合物料中加入結(jié)合劑并混合均勻，獲得結(jié)合物料；(3)加入水并混合均勻，用壓球機壓制成球狀物料，再靜置養(yǎng)護；(4)將養(yǎng)護后的球狀物料與煤混合后置于高溫豎窯中，加熱至1550~1650℃保溫3~4h，制成合成鎂橄欖石。本發(fā)明的方法生產(chǎn)工藝簡便可靠；解決了硼泥對環(huán)境和生態(tài)的污染，生產(chǎn)的合成鎂橄欖石氧化鎂的含量達到60%以上。
文檔編號C01B33/26GK102745701SQ20111009790
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者丁海威, 聶旺發(fā) 申請人:聶旺發(fā)