CN102249729A - 一种利用红柱石尾矿制备蜂窝陶瓷蓄热体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的是一种以红柱石尾矿为主要原料的蜂窝陶瓷的制备方法，主要应用在RTO蓄热式焚烧炉等装置中作为蓄热体。一种利用红柱石尾矿制备蜂窝陶瓷蓄热体的方法，其特征在于它包括如下步骤：1)原料处理：将红柱石尾矿、页岩和高温熔剂分别用球磨机球磨16h～24h，过200～320目筛；2)配料：按各原料所占质量百分数为：红柱石尾矿粉60～80wt％、页岩粉10～20wt％、高温熔剂粉10～20wt％，选取红柱石尾矿粉、页岩粉和高温熔剂粉混合，得到混合料；混合料中再加入塑化剂，在捏合机中混合10～20min，得到可塑泥料；3)练泥和陈腐；4)蜂窝体生坯制备；5)定型和干燥；6)烧成，得到蜂窝陶瓷蓄热体。该方法具有成本低、环保的特点。

Description

一种利用红柱石尾矿制备蜂窝陶瓷蓄热体的方法
技术领域
本发明涉及的是一种以红柱石尾矿为主要原料的蜂窝陶瓷的制备方法，主要应用在RTO蓄热式焚烧炉等装置中作为蓄热体，属于环保节能和新材料领域。
背景技术
红柱石尾矿是红柱石精矿分选作业的产物。每选取1吨的红柱石精矿，就会产生9～12吨的红柱石尾矿。在新疆、河南等地的红柱石开采地，堆存了大量的红柱石尾矿，占用了宝贵的土地资源，同时还产生大量粉尘，污染环境。人们试图有效利用红柱石尾矿，如发明专利：《以红柱石、硅线石、长石矿废料为原料制备烧结砖的方法》(专利申请号200910066353.0)就是以红柱石尾矿制备烧结砖。
蜂窝陶瓷是一种功能性多孔材料，具有较高的比表面积和良好的物理化学稳定性，在工业领域有广泛用途。目前制造蜂窝陶瓷的原料主要是莫来石、堇青石和碳化硅等优质合成原料，使蜂窝陶瓷的生产成本和能耗较高。比如朱沛志的中国发明专利《莫来石质蜂窝陶瓷载体》(CN1111093C)先要煅烧矾土，再以矾土熟料和高岭土为主要原料，经1200℃～1450℃烧成莫来石蜂窝陶瓷；Kevin R.Brundage的美国专利《Production of Porous Mullite Bodies》(US 6,254,822B1)以合成的莫来石等为主要原料，经1400℃～1550℃烧成多孔陶瓷；为了减少合成材料用量并提高蜂窝陶瓷性能，刘光文的中国发明专利《红柱石蜂窝蓄热体及制备方法》(CN101857447A)直接采用红柱石精矿等为主要原料，经1350℃～1700℃烧成蜂窝陶瓷蓄热体；Jean-Andre Alar的美国专利《Ceramic Honeycomb Structures》(US2010/0300053A1)也是以红柱石精矿等为主要原料，经1450℃～1500℃温度范围内烧成制得蜂窝陶瓷，但使用红柱石精矿，生产成本也较高。此外，有学者利用铝铬渣等工业固废制备蜂窝陶瓷，如潘国明的中国发明专利《用铝铬渣制成的蜂窝陶瓷原料及其制作蜂窝陶瓷的生产工艺》(CN101066881A)，以降低成本，保护环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用红柱石尾矿制备蜂窝陶瓷蓄热体的方法，该方法具有成本低、环保的特点。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种利用红柱石尾矿制备蜂窝陶瓷蓄热体的方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)原料处理：将红柱石尾矿、页岩和高温熔剂分别用球磨机球磨16h～24h，过200～320目筛，得到红柱石尾矿粉、页岩粉和高温熔剂粉，备用；所述高温熔剂为长石、霞石或锂瓷石；
2)配料：按各原料所占质量百分数为：红柱石尾矿粉60～80wt％、页岩粉10～20wt％、高温熔剂粉10～20wt％，选取红柱石尾矿粉、页岩粉和高温熔剂粉混合，得到混合料；混合料中再加入塑化剂，在捏合机中混合10～20min，得到可塑泥料；
所述塑化剂由粘结剂、润滑剂和水组成，粘结剂的加入量为混合料质量的3～5wt％，润滑剂的加入量为混合料质量的3～5wt％，水的加入量为混合料质量的14～16wt％；
3)练泥和陈腐：将可塑泥料用真空练泥机练泥两遍，得到泥段，泥段经陈腐24h后使用；
4)蜂窝体生坯制备：将陈腐好的泥段投入立式挤出机，挤出蜂窝体生坯，挤出压力为2～4MPa；
5)定型和干燥：将挤出的蜂窝体生坯，放在微波炉中定型10～15min，然后放入红外干燥箱中经100～120℃干燥1～2h，得到干燥好的坯体；
6)烧成：将干燥好的坯体放入梭式窑或电窑内经1150～1300℃烧成16～24h，升温速率为3℃/分钟，得到蜂窝陶瓷蓄热体(或称红柱石尾矿蜂窝陶瓷)。
所述的红柱石尾矿化学成分质量百分数为：氧化铝10～20wt％、氧化硅60～70wt％、氧化铁5～10wt％及小于10wt％的钾、钠、镁和钙。
所述的粘结剂为羧甲基纤维素。
所述的润滑剂为桐油、菜油中的一种或二种任意比例混合物。
所述的微波炉的功率为5kW，频率为2450MHz±50MHz。
本发明的有益效果是：在蜂窝陶瓷蓄热体的混合料中添加了60～80wt％的红柱石尾矿，一方面显著降低了生产成本(与采用合成莫来石生产蜂窝陶瓷相比，生产成本降低了50～60％，生产能耗减少了40％)，另一方面，有助于解决红柱石尾矿大量堆存产生的占用土地和污染环境的问题，具有环保的特点。本发明的红柱石尾矿蜂窝陶瓷，主要用于RTO蓄热式焚烧炉装置中，还可用于冶金工业加热炉中作为蓄热体以及过滤废气废水的蜂窝陶瓷载体等，具有环保和节能意义。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种利用红柱石尾矿制备蜂窝陶瓷蓄热体的方法，它包括如下步骤：
1)原料处理：将红柱石尾矿、页岩和高温熔剂分别用球磨机球磨16h，过200目筛，得到红柱石尾矿粉、页岩粉和高温熔剂粉，备用；所述高温熔剂为长石；
2)配料：按各原料所占质量百分数为：红柱石尾矿粉60wt％、页岩粉20wt％、高温熔剂粉20wt％，选取红柱石尾矿粉、页岩粉和高温熔剂粉混合，得到混合料；混合料中再加入塑化剂，在捏合机中混合10min，得到可塑泥料；
所述塑化剂由粘结剂、润滑剂和水组成，粘结剂的加入量为混合料质量的3wt％，润滑剂的加入量为混合料质量的3wt％，水的加入量为混合料质量的14wt％；
所述的粘结剂为羧甲基纤维素；所述的润滑剂为桐油；
3)练泥和陈腐：将可塑泥料用真空练泥机练泥两遍，得到泥段，泥段经陈腐24h后使用；
4)蜂窝体生坯制备：将陈腐好的泥段投入立式挤出机，挤出蜂窝体生坯，挤出压力为2MPa；
5)定型和干燥：将挤出的蜂窝体生坯，放在微波炉中定型10min，然后放入红外干燥箱中经100℃干燥1h，得到干燥好的坯体；
6)烧成：将干燥好的坯体放入梭式窑或电窑内经1150℃烧成16h，升温速率为3℃/分钟，得到蜂窝陶瓷蓄热体(或称红柱石尾矿蜂窝陶瓷)。
所述的红柱石尾矿化学成分质量百分数为：氧化铝10～20wt％、氧化硅60～70wt％、氧化铁5～10wt％及小于10wt％的钾、钠、镁和钙[钾、钠、镁和钙的总质量小于10wt％(包含等于10wt％)，对钾、钠、镁、钙各具体量没有要求]。
经测试，蜂窝陶瓷蓄热体的抗压强度为20～23MPa、真密度为2～2.3g/cm3、使用温度1100～1250℃，满足RTO用蜂窝陶瓷的性能要求。本发明的蜂窝陶瓷蓄热体可作为RTO蓄热式焚烧炉装置中蓄热材料。
实施例2：
一种利用红柱石尾矿制备蜂窝陶瓷蓄热体的方法，它包括如下步骤：
1)原料处理：将红柱石尾矿、页岩和高温熔剂分别用球磨机球磨20h，过250目筛，得到红柱石尾矿粉、页岩粉和高温熔剂粉，备用；所述高温熔剂为霞石；
2)配料：按各原料所占质量百分数为：红柱石尾矿粉80wt％、页岩粉10wt％、高温熔剂粉10wt％，选取红柱石尾矿粉、页岩粉和高温熔剂粉混合，得到混合料；混合料中再加入塑化剂，在捏合机中混合20min，得到可塑泥料；
所述塑化剂由粘结剂、润滑剂和水组成，粘结剂的加入量为混合料质量的5wt％，润滑剂的加入量为混合料质量的5wt％，水的加入量为混合料质量的16wt％；
所述的粘结剂为羧甲基纤维素；所述的润滑剂为菜油；
3)练泥和陈腐：将可塑泥料用真空练泥机练泥两遍，得到泥段，泥段经陈腐24h后使用；
4)蜂窝体生坯制备：将陈腐好的泥段投入立式挤出机，挤出蜂窝体生坯，挤出压力为4MPa；
5)定型和干燥：将挤出的蜂窝体生坯，放在微波炉中定型15min，然后放入红外干燥箱中经120℃干燥2h，得到干燥好的坯体；
6)烧成：将干燥好的坯体放入梭式窑或电窑内经1300℃烧成24h，升温速率为3℃/分钟，得到蜂窝陶瓷蓄热体。
经测试，蜂窝陶瓷蓄热体的抗压强度为20～23MPa、真密度为2～2.3g/cm3、使用温度1100～1250℃，满足RTO用蜂窝陶瓷的性能要求。本发明的蜂窝陶瓷蓄热体可作为RTO蓄热式焚烧炉装置中蓄热材料。
实施例3：
一种利用红柱石尾矿制备蜂窝陶瓷蓄热体的方法，它包括如下步骤：
1)原料处理：将红柱石尾矿、页岩和高温熔剂分别用球磨机球磨24h，过320目筛，得到红柱石尾矿粉、页岩粉和高温熔剂粉，备用；所述高温熔剂为锂瓷石；
2)配料：按各原料所占质量百分数为：红柱石尾矿粉70wt％、页岩粉15wt％、高温熔剂粉15wt％，选取红柱石尾矿粉、页岩粉和高温熔剂粉混合，得到混合料；混合料中再加入塑化剂，在捏合机中混合15min，得到可塑泥料；
所述塑化剂由粘结剂、润滑剂和水组成，粘结剂的加入量为混合料质量的4wt％，润滑剂的加入量为混合料质量的4wt％，水的加入量为混合料质量的15wt％；
所述的粘结剂为羧甲基纤维素；所述的润滑剂为桐油和菜油，桐油和菜油的质量各占1/2；
3)练泥和陈腐：将可塑泥料用真空练泥机练泥两遍，得到泥段，泥段经陈腐24h后使用；
4)蜂窝体生坯制备：将陈腐好的泥段投入立式挤出机，挤出蜂窝体生坯，挤出压力为3MPa；
5)定型和干燥：将挤出的蜂窝体生坯，放在微波炉中定型12min，然后放入红外干燥箱中经110℃干燥1.5h，得到干燥好的坯体；
6)烧成：将干燥好的坯体放入梭式窑或电窑内经1200℃烧成20h，升温速率为3℃/分钟，得到蜂窝陶瓷蓄热体。
经测试，蜂窝陶瓷蓄热体的抗压强度为20～23MPa、真密度为2～2.3g/cm3、耐火度为1300℃，蓄热量大，以150×150×300mm的标准件为例：其单个热容量＞4.0KJ/KΔT，通孔率为65％，几何比表面积为825M2/M3，孔密度为1600孔，能满足RTO用蜂窝陶瓷的性能要求。本发明的蜂窝陶瓷蓄热体可作为RTO蓄热式焚烧炉装置中蓄热材料。

Claims (4)

1.一种利用红柱石尾矿制备蜂窝陶瓷蓄热体的方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)原料处理：将红柱石尾矿、页岩和高温熔剂分别用球磨机球磨16h～24h，过200～320目筛，得到红柱石尾矿粉、页岩粉和高温熔剂粉，备用；所述高温熔剂为长石、霞石或锂瓷石；
2)配料：按各原料所占质量百分数为：红柱石尾矿粉60～80wt％、页岩粉10～20wt％、高温熔剂粉10～20wt％，选取红柱石尾矿粉、页岩粉和高温熔剂粉混合，得到混合料；混合料中再加入塑化剂，在捏合机中混合10～20min，得到可塑泥料；
所述塑化剂由粘结剂、润滑剂和水组成，粘结剂的加入量为混合料质量的3～5wt％，润滑剂的加入量为混合料质量的3～5wt％，水的加入量为混合料质量的14～16wt％；
3)练泥和陈腐：将可塑泥料用真空练泥机练泥两遍，得到泥段，泥段经陈腐24h后使用；
4)蜂窝体生坯制备：将陈腐好的泥段投入立式挤出机，挤出蜂窝体生坯，挤出压力为2～4MPa；
5)定型和干燥：将挤出的蜂窝体生坯，放在微波炉中定型10～15min，然后放入红外干燥箱中经100～120℃干燥1～2h，得到干燥好的坯体；
6)烧成：将干燥好的坯体放入梭式窑或电窑内经1150～1300℃烧成16～24h，升温速率为3℃/min，得到蜂窝陶瓷蓄热体。
2.根据权利要求1所述的一种利用红柱石尾矿制备蜂窝陶瓷蓄热体的方法，其特征在于：所述的红柱石尾矿化学成分质量百分数为：氧化铝10～20wt％、氧化硅60～70wt％、氧化铁5～10wt％及小于10wt％的钾、钠、镁和钙。
3.根据权利要求1所述的一种利用红柱石尾矿制备蜂窝陶瓷蓄热体的方法，其特征在于：所述的粘结剂为羧甲基纤维素。
4.根据权利要求1所述的一种利用红柱石尾矿制备蜂窝陶瓷蓄热体的方法，其特征在于：所述的润滑剂为桐油、菜油中的一种或二种任意比例混合物。
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