CN100418924C

CN100418924C - 一种用选铁尾矿制备Ca-α-SiAlON材料的方法

Info

Publication number: CN100418924C
Application number: CNB2007100988251A
Authority: CN
Inventors: 徐利华; 毕松梅; 张菡; 毕玉保
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: CN101045633A

Abstract

一种利用包钢选铁尾矿制备Ca-α-SiAlON陶瓷粉体的方法，属于陶瓷材料技术领域。工艺为：酸洗、配料、混合球磨、干燥制样、烧结和去除残留碳元素。最终得到主晶相为Ca-α-SiAlON，次晶相为SiC的陶瓷粉体。本发明的优点在于：得到纯度较高的Ca-α-SiAlON陶瓷粉体，可广泛应用于冶金、化工、电力、能源等工业领域，工艺操作简单，成本低，对实现尾矿的综合利用有很重要的意义。

Description

一种用选铁尾矿制备Ca-α-SiAlON材料的方法

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，提出了一种用包钢选铁尾矿制备Ca-α-SiAlON材料的方法，具有较强的可行性。

背景技术

由于我国的资金、技术、管理等原因造成资源的不合理开发和利用，使能源和资源的利用效率低下。我国目前共生、伴生矿的利用率只有20％左右，矿产总回收率只有30％，而国外先进水平都在50％以上。因此我国必须大力发展循环经济，按照“减量化、再利用、资源化”原则，采取各种有效措施，以尽可能少的资源消耗和尽可能小的环境代价，取得最大的经济产出和最少的废物排放。

Ca-α-SiAlON比Si₃N₄材料易烧结，它保留了Si₃N₄的优良性质，如强度、硬度、耐热性等，并且韧性、化学稳定性和抗氧化性均优于Si₃N₄。Ca-α-SiAlON材料以其优越的力学性能、热学性能和化学稳定性，被认为是最有希望的高温结构陶瓷之一。Ca-α-SiAlON材料现已在高炉内衬，出铁沟、混铁炉(车)内衬，以及铁水包、盛钢桶及滑动水口和热交换器构件等设备上得到广泛的应用。

柱状晶体Ca-α-SiAlON材料的制备方法主要有原位生长法和两步法。原位生长法是通过对形核过程加以控制，仅使少数相对较大的晶核形成并生长，同时限制新的晶核形成，为已经形成的晶核提供足够的生长空间，结果便可得到长柱状α-SiAlON晶粒。利用两步法制备自增韧α-SiAlON陶瓷，需要先合成长柱状α-SiAlON粉体，然后再将此粉体添加到配料中进行烧结，最终得到较好的柱状Ca-α-SiAlON材料。这两种方法都是直接应用现成的Si，Al，SiO₂，CaO，AlN和Si₃N₄作原料来制备的，因此对矿物成份复杂，品味较低的原料不合适。本发明所设计的工艺，对尾矿和其他低品位原料的利用有较强的可行性。

本发明原理主要是根据SiAlON陶瓷液相烧结机理来完成的。当烧结过程中形成的液相量较少时，溶解-扩散的速度较慢，因此很容易造成α-SiAlON晶粒周围液相的过饱和度不均匀，既有圆颗粒又有细长颗粒。而当液相量加大时，溶解-扩散相对较容易，α-SiAlON晶粒调整自身形貌的能力就会得到加强，同时液相的增加也可能使晶粒周围液相饱和度降低，所以晶粒容易长成长晶粒，晶粒尺寸也变大。因此，当在烧结过程中形成的液相量越多，大量液相的存在使α-SiAlON在发育过程中所受的生长阻力减小，容易按照理想晶粒的结构发育成长颗粒。

目前虽然国内在技术领域内制备Ca-α-SiAlON材料的方法已有专利申请，但以选铁稀土尾矿为对象制备Ca-α-SiAlON材料的方法还没有专利，因此，本发明在Ca-α-SiAlON陶瓷材料的制备中是一项新的工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种从选铁尾矿中制备Ca-α-SiAlON材料的方法，一是实现了尾矿的综合利用；二是设计了一种制备Ca-α-SiAlON材料廉价工艺，降低了成本。

(1)酸洗：将选铁尾矿采用10～12mol/L的浓盐酸在65～80℃的温度下酸洗6～8小时，目的是除去大部分的铁和少量的钙。尾矿成分为：尾矿成分为：CaO：30-35％，Fe₂O₃：32-36％，SiO₂：20-25％，Al₂O₃：4-10％，CeO₂：1-3％，MgO：1-1.5％，TiO₂：1-2％，其他：余量。

(2)配料：将酸洗后的尾矿作原料，用α-Al₂O₃粉、氧化钙来调整成分，用碳黑作为还原剂，配制成混合料。

(3)球磨混合：将配制好的混合料放入聚氨酯球磨罐中，用无水乙醇作为介质，湿混球磨20～30小时，以达到混合均匀和细化粉体的目的。

(4)干燥制样：将上述球磨后的料浆放入烘箱中在45～60℃的温度下烘干，然后再将干燥好的配料进行干燥混合25～40分钟，以实现混料的材质均匀；再用液压机将混料压制成圆柱状样品。

(5)烧结：将压制好的试样放入管式电阻炉中，在1450～1500℃的温度下煅烧，通入氮气流量为0.6～0.8L/min，保温5～7小时，以实现试样的充分烧结。

(6)去除残留碳元素：将烧结后的试样在600～700℃的条件下保温4.5～5.5小时，以除去样品中残余的游离碳组分，得到不含杂质碳的Ca-α-SiAlON材料。

本发明的优点在于：得到具有较高纯度(质量百分比为65-90％)的Ca-α-SiAlON陶瓷粉体。可广泛应用于冶金、化工、电力、能源等工业领域。通过较低成本的工艺技术，制备了性能优良的Ca-α-SiAlON陶瓷粉体，使尾矿得到合理充分的利用。

附图说明

图1为本发明实施例1中所得粉体的XRD图谱。

图2为本发明实施例2中所得粉体的XRD图谱。

具体实施方式

以下通过对实施例的描述来介绍本发明的具体实施方式

实施例1：

将包钢尾矿用12mol/L的浓盐酸在80℃酸洗7小时，将酸洗渣、α-Al₂O₃粉、氧化钙和碳黑进行配料后球磨25小时，将球磨后的混合料在50℃下烘干30分钟，进行压样，压制好的试样在1450℃煅烧6小时，并控制氮气流量为0.6L/min，然后再把煅烧后的试样在600℃的条件下保温5小时，得到的最终制品中主晶相为Ca-α-SiAlON，含有35％SiC及微量杂质相。

实施例2：

将包钢尾矿用12mol/L的浓盐酸在80℃酸洗7小时，将酸洗渣、α-Al₂O₃粉、氧化钙和碳黑进行配料后球磨30小时，将球磨后的混合料在50℃下烘干30分钟，进行压样，压制好的试样在1500℃煅烧6小时，并控制氮气流量为0.8L/min，然后再把煅烧后的试样在600℃的条件下保温6小时，得到的最终制品中主晶相为Ca-α-SiAlON，含有12％SiC及微量杂质相。

Claims

1. 一种利用选铁尾矿制备Ca-α-SiAlON材料的方法，其特征在于：工艺步骤为：

a、酸洗：将选铁尾矿采用10～12mol/L的浓盐酸在65～80℃的温度下酸洗6～8小时，目的是除去大部分的铁和少量的钙；

b、配料：将酸洗后的尾矿作原料，用α-Al₂O₃粉、氧化钙来调整成分，用碳黑作为还原剂，配制成混合料；

c、球磨混合：将配制好的混合料放入聚氨酯球磨罐中，用无水乙醇作为介质，湿混球磨20～30小时，达到混合均匀和细化粉体；

d、干燥制样：将上述球磨后的料浆放入烘箱中在45～60℃的温度下烘干，然后再将干燥好的配料进行干燥混合25～40分钟，以实现混料的材质均匀；再用液压机将混料压制成圆柱状样品；

e、烧结：将压制好的试样放入管式电阻炉中，在1450～1500℃的温度下煅烧，通入氮气流量为0.6～0.8L/min，保温5～7小时；

f、去除残留碳元素：将烧结后的试样在600～700℃的条件下保温4.5～5.5小时，除去样品中残余的游离碳组分，得到不含杂质碳的Ca-α-SiAlON材料。

2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，尾矿成分为：CaO：30-35％，Fe₂O₃：32-36％，SiO₂：20-25％，Al₂O₃：4-10％，CeO₂：1-3％，MgO：1-1.5％，TiO₂：1-2％，其他：余量。