CN101508563B - 一种用煤矸石合成堇青石-莫来石复相材料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用煤矸石合成堇青石-莫来石复相材料的方法，属于无机非金属材料的合成技术领域。本发明是以煤矸石与废弃耐火材料(镁碳砖、滑板砖)反应合成堇青石-莫来石的方法，原料中煤矸石、镁碳砖、滑板砖的质量百分比分别是40％～70％、3％～15％、20％～50％。混合原料在空气气氛下1320℃～1420℃左右反应合成，保温2-6个小时左右后冷却，即得纯度较高的不同比例的堇青石-莫来石复相材料。同现有技术相比，本发明具有生产成本低，转化效率高、性能好的特点，不仅完全利用固体废弃物合成堇青石-莫来石复相材料，降低了工业成本，创造了可观的经济效益，而且为处理大量的固体废弃物提出了新的思路，也为环境保护做出了巨大的贡献。

Description

一种用煤矸石合成堇青石-莫来石复相材料的方法
技术领域
本发明涉及无机非金属材料的合成技术领域，特别是用煤矸石和废弃耐火材料常压合成堇青石-莫来石复相材料的方法。
背景技术
随着工业化的快速发展，在满足获得利益的同时，工业废料排放量也达到了触目惊心的程度。2005年全国工业废弃生产量为13.4亿吨，受污染的耕地达1.5亿亩。这些废料堆放在尾矿场和仓库中，不仅占据大量的土地，而且造成环境的污染和资源的浪费。因此，变废为宝，使工业废料在资源化，促进人类社会可持续发展是当务之急。
尾矿是一种具有很大开发价值的二次资源，尾矿的资源化是矿业发展的必由之路，也是保持矿业可持续发展的基础。如煤炭开采工程中产生的煤矸石，全国国有煤矿现有矸石山1500余座，堆积量30亿吨以上(占中国工业固体废物排放总量的40％以上)，随着我国全面建设小康社会对能源需求的增加，煤炭产量和原煤入选量增长较快，煤矸石的排放量也相应增加。这些大量的煤矸石占用了大量的耕地，长期露天堆积后，往往发生自燃现象，并排放出大量的CO、CO2、SO2、H2S、NOX和CmHn等有害气体，给周边环境带来了一系列的危害。
据统计，我国年消耗耐火材料约占700万吨，废弃耐火材料达400万吨以上，造成严重的环境污染和资源浪费。若将这些废弃耐火材料通过各种途径和特殊工艺处理，能够获得很高价值的耐火原料。国内外对二次利用废弃材料的研究已有不少，如用废弃耐火材料合成SiC、莫来石、塞隆陶瓷等，烧结产物达到或超过原产物的实物水平，证明了利用固体废弃物作为再生原料制备耐火材料性能良好。
莫来石-堇青石材料是由热膨胀系数小、荷重软化点低的堇青石和高温性能好、机械强度高的莫来石复合而成，兼有抗热震性和高温强度优良的特性，目前主要作为窑具材料广泛应用于陶瓷生产中。目前，日本、英国、荷兰等国家生产的堇青石-莫来石窑具制品已广泛地用作建筑卫生陶瓷窑具，而我国由于起步较晚，高质量的堇青石-莫来石窑具制品的生产还处于发展阶段。
用煤矸石合成堇青石、莫来石的研究已见报道，但是完全利用固体废弃物合成堇青石-莫来石复相材料还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种完全利用固体废弃物(煤矸石、用后镁碳砖、用后滑板砖)合成堇青石-莫来石的方法。制备用的原材料为煤矸石和废弃耐火材料，储量都很充足，烧结合成反应后生成纯度较高的堇青石-莫来石复相材料，高温下合成了堇青石-莫来石材料，且纯度较高。
本发明用煤矸石和废弃耐火材料为原料，工艺步骤为：
(1)原料准备：将煤矸石、用后镁碳砖、用后滑板砖经过磨碎制成细粉，并通过325目的筛，所述的固体废弃物的成分为：煤矸石中C占10％～20％，Al2O3占15％～25％，SiO2占50％～60％，MgO占0.5％～3％，其余为少量的含铁、钙的氧化物；用后镁碳砖中Al2O3占3％～10％，SiO2占2％～10％，MgO占70％～80％，其余为少量的含铁、钙、钾、钛的氧化物；用后滑板砖中Al2O3占85％～95％，SiO2占2％～5％，其余为少量的含镁、铁、钙、钾、钛、钠的氧化物。
(2)混合：控制合成原料中煤矸石、镁碳砖和滑板砖的比例，根据理论设计值计算所需原料用量，将称量好的煤矸石和废弃耐火材料利用无水乙醇(质量百分含量≥99.7％)或水稀释，直径为1cm的玛瑙球(布满罐底)作为球磨介质，将稀释的原料和玛瑙球放入尼龙罐中密封后，在行星式球磨机中球磨6h，研磨至粒径小于5um。
(3)烘干：将混合好的原料放入干燥箱内100℃、5h干燥。
(4)成型：将干燥的原料添加少量的聚乙烯醇粘结剂(0.5mL/10g)，在40MPa的压力下机压成型。
(5)高温烧结：在空气气氛中，温度为1320℃～1420℃，保温时间为2-6h的条件下烧结样坯。
(6)冷却：在空气中自然冷却。
同现有技术相比，本发明具有生产成本低，转化效率高、性能好的特点，不仅完全利用固体废弃物合成堇青石-莫来石复相材料，降低了工业成本，创造了可观的经济效益，而且为处理大量的固体废弃物提出了新的思路，也为环境保护做出了巨大的贡献。
附图说明
图1是用煤矸石合成的堇青石(24％)-莫来石(76％)的XRD图
图2是用煤矸石合成的堇青石(51％)-莫来石(49％)的XRD图
图3是用煤矸石合成的堇青石(72％)-莫来石(28％)的XRD图
图4是用煤矸石合成的堇青石(24％)-莫来石(76％)复相材料断口的SEM照片
图5是用煤矸石合成的堇青石(51％)-莫来石(49％)复相材料断口的SEM照片
图6是用煤矸石合成的堇青石(72％)-莫来石(28％)复相材料断口的SEM照片
具体实施方式
实施例1：
原料采用煤矸石、用后镁碳砖、用后滑板砖，其配比如表1所示。在1350℃温度常压保温3h合成复相材料。
实施例2：
原料采用煤矸石、用后镁碳砖、用后滑板砖，其配比如表2所示。在1380℃温度常压保温3h合成复相材料。对合成试样2进行X射线衍射分析，结果如图1所示。可以看出利用煤矸石、镁碳砖、滑板砖常压合成了以堇青石和莫来石为主相的复相材料，分析可知复相材料中堇青石的含量为24％，莫来石的含量为76％。
实施例3：
原料采用煤矸石、用后镁碳砖、用后滑板砖，其配比如表3所示。在1400℃温度常压保温3h合成复相材料。
实施例4：
原料采用煤矸石、用后镁碳砖、用后滑板砖，其配比如表4所示。在1380℃温度常压保温4h合成复相材料。对合成试样4进行X射线衍射分析，结果如图2所示。可以看出利用煤矸石、镁碳砖、滑板砖常压合成了以堇青石和莫来石为主相的复相材料，分析可知复相材料中堇青石的含量为51％，莫来石的含量为49％。
实施例5：
原料采用煤矸石、用后镁碳砖、用后滑板砖，其配比如表5所示。在1350℃温度常压保温2h合成复相材料。
实施例6：
原料采用煤矸石、用后镁碳砖、用后滑板砖，其配比如表6所示。在1380℃温度常压保温3h合成复相材料。对合成试样6进行X射线衍射分析，结果如图3所示。可以看出利用煤矸石、镁碳砖、滑板砖常压合成了以堇青石和莫来石为主相的复相材料，分析可知复相材料中堇青石的含量为72％，莫来石的含量为28％。
实施例7：
原料采用煤矸石、用后镁碳砖、用后滑板砖，其配比如表7所示。在1390℃温度常压保温3h合成复相材料。
实施例8：
原料采用煤矸石、用后镁碳砖、用后滑板砖，其配比如表8所示。在1400℃温度常压保温3h合成复相材料。
表1合成堇青石/莫来石复相材料的原料配比(试样1)
  煤矸石(mass％)   用后镁碳砖(mass％)   用后滑板砖(mass％)
  44.29   1.35   54.36
表2合成堇青石/莫来石复相材料的原料配比(试样2)
  煤矸石(mass％)   用后镁碳砖(mass％)   用后滑板砖(mass％)
  49.225   3.375   47.4
表3合成堇青石/莫来石复相材料的原料配比(试样3)
  煤矸石(mass％)   用后镁碳砖(mass％)   用后滑板砖(mass％)
  54.16   5.4   40.44
表4合成堇青石/莫来石复相材料的原料配比(试样4)
  煤矸石(mass％)   用后镁碳砖(mass％)   用后滑板砖(mass％)
  57.45   6.75   35.8
表5合成堇青石/莫来石复相材料的原料配比(试样5)
  煤矸石(mass％)   用后镁碳砖(mass％)   用后滑板砖(mass％)
  60.74   8.1   31.16
表6合成堇青石/莫来石复相材料的原料配比(试样6)
  煤矸石(mass％)   用后镁碳砖(mass％)   用后滑板砖(mass％)
  65.675   10.125   24.2
表7合成堇青石/莫来石复相材料的原料配比(试样7)
  煤矸石(mass％)   用后镁碳砖(mass％)   用后滑板砖(mass％)
  67.32   10.8   21.88
表8合成堇青石/莫来石复相材料的原料配比(试样8)
  煤矸石(mass％)   用后镁碳砖(mass％)   用后滑板砖(mass％)
  70.61   12.15   17.24
通过实验得到了不同比例的堇青石-莫来石复相材料，合成材料的X射线衍射结果图1、2、3所示，从图中可以看出，通过实验常压合成了堇青石-莫来石复相材料。
本发明的优点在于：
找到了一种固体废弃物利用的新方法，不仅节约了成本，还为环境保护做出了贡献，关键是变废为宝，利用固体废弃物合成了窑具材料堇青石-莫来石材料，创造了可观的经济效益。制备的原料都是固体废弃物，储量丰富，烧结反应后生成的堇青石-莫来石纯度较高，具有很高的实用价值。利用固体废弃物合成堇青石-莫来石材料，实现了资源的综合利用，创造了经济效益，为我窑具的制备提出了一种节约可行的方法，也为环境保护做出了巨大的贡献。

Claims (1)

1.一种用煤矸石合成堇青石-莫来石复相材料的方法，其特征在于原料为煤矸石、用后镁碳砖、用后滑板砖；其质量比为煤矸石40％～70％、用后镁碳砖3％～15％、用后滑板砖20％～50％；在合成过程中，各化学组成通过反应、扩散最后成为堇青石-莫来石复相材料；
工艺步骤为：
(1)原料准备：将煤矸石、用后镁碳砖、用后滑板砖经过磨碎制成细粉，并通过325目的筛，固体废弃物的成分为：煤矸石中C占10％～20％，Al2O3占15％～25％，SiO2占50％～60％，MgO占0.5％～3％，其余为少量的含铁、钙的氧化物；用后镁碳砖中Al2O3占3％～10％，SiO2占2％～10％，MgO占70％～80％，其余为少量的含铁、钙、钾、钛的氧化物；用后滑板砖中Al2O3占85％～95％，SiO2占2％～5％，其余为少量的含镁、铁、钙、钾、钛、钠的氧化物；
(2)混合：控制合成原料中煤矸石、用后镁碳砖和用后滑板砖的比例，根据理论设计值计算所需原料用量，将称量好的煤矸石和废弃耐火材料利用质量百分含量≥99.7％的无水乙醇或水稀释，直径为1cm布满罐底的玛瑙球作为球磨介质，将稀释的原料和玛瑙球放入尼龙罐中密封后，在行星式球磨机中球磨6h，研磨至粒径小于5μm；
(3)烘干：将混合好的原料放入干燥箱内100℃、5h干燥；
(4)成型：将干燥的原料添加0.5mL/10g的聚乙烯醇粘结剂，在40MPa的压力下机压成型；
(5)高温烧结：在空气气氛中，温度为1320℃～1420℃，保温时间为2-6h的条件下烧结样坯；
(6)冷却：在空气中自然冷却。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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