CN103553685A - 用膨润土尾矿制备的堇青石-莫来石窑具材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用膨润土尾矿制备的堇青石-莫来石窑具材料，其组成及重量百分含量为：膨润土尾矿25-35%，矾土孰料10-20%，红柱石15-25%，镁质土15-25%，工业α-氧化铝4-8%，莫来卡特15-25%，外加前述各原料总重量的0.2-0.4%纤维素，所述膨润土尾矿为将膨润土矿中蒙脱石含量高的高纯膨润土成分提走后的尾料，其成分为Al₂O₃含量为10-14%，MgO含量2-6%。该窑具材料应用了膨润土尾矿，并通过上述组分的有机结合，得到了性能堇青石和莫来石相类似的窑具材料，有效利用了矿产资源，变废为宝，也降低了窑具材料的生产成本。

Description

用膨润土尾矿制备的堇青石-莫来石窑具材料

技术领域

本发明涉及窑具材料领域，特别是涉及一种用膨润土尾矿制备的堇青石-莫来石窑具材料，且窑具具有堇青石-莫来石性能的窑具。

背景技术

膨润土是一种黏土岩、亦称蒙脱石黏土岩、常含少量伊利石、高岭石、埃洛石、绿泥石、沸石、石英、长石、方解石等；一般为白色、淡黄色，因含铁量变化又呈浅灰、浅绿、粉红、褐红、砖红、灰黑色等；具蜡状、土状或油脂光泽；膨润土有的松散如土，也有的致密坚硬。主要化学成分是二氧化硅、三氧化二铝和水，还含有铁、镁、钙、钠、钾等元素，Na₂O和CaO含量对膨润土的物理化学性质和工艺技术性能影响颇大。膨润土具有强的吸湿性和膨胀性，可吸附8～15倍于自身体积的水量，体积膨胀可达数倍至30倍；在水介质中能分散成胶凝状和悬浮状，这种介质溶液具有一定的黏滞性、能变性和润滑性；有较强的阳离子交换能力；对各种气体、液体、有机物质有一定的吸附能力，最大吸附量可达5倍于自身的重量；它与水、泥或细沙的掺和物具有可塑性和黏结性；具有表面活性的酸性漂白土（活性白土、天然漂白土-酸性白土）能吸附有色离子。膨润土具有很强的吸湿性，能吸附相当于自身体积8-20倍的水而膨胀至30倍;在水介质中能分散呈胶体悬浮液，并具有一定的粘滞性、触变性和润滑性，它和泥沙等的掺和物具有可塑性和粘结性，有较强的阳离子交换能力和吸附能力。

近年来形成的以天然矿物膨润土为原料，经过钠化、提纯、有机化改性等系列处理而制备的纳米级有机膨润土在高性能塑料、橡胶等行业中的应用性能得到大幅度提高，极大地满足了现代工业对材料的要求。但是，天然矿物纯度较低，其杂质的种类和含量分布不均匀，导致其在应用中受到一定的限制。而且在制备纳米级有机膨润土时，多数使用纯度很高的膨润土为原材料，而大量的低品位膨润土则被用作铁矿球团、钻井泥浆等大宗产品的原料，附加值很低。目前，国内外生产的有机膨润土多使用优质膨润土资源，采用阳离子型和两性型插层剂来制备，对优质资源的依赖性较强，且产品应用性能受到插层剂性质的影响。针对膨润土矿普遍存在的采富弃贫、资源浪费严重和产品品种单一、附加值低的问题，以低品位膨润土为资源，经过物理选矿的方法进行提纯后进行有机化处理，制备纳米级高纯度有机膨润土。膨润土生产厂家进行水洗、离心甩泥等各种方法将膨润土矿中蒙脱石含量高的高纯膨润土成分提走，进行高纯膨润土材料的生产，有的进行各种有机改性，以实现不同应用的优良改性膨润土，厂家在进行提纯的过程中，会产生大量的剩余废料，这就是膨润土尾矿。尾矿中蒙脱石含量相对较低，其它共伴生矿依然存在，主要化学成分依然是二氧化硅、三氧化二铝和水，还含有铁、镁、钙、钠、钾等元素。

以膨润土伴生非金属尾矿为重点，通过对尾矿成分、物相、工艺技术特性和应用技术进行研究，建立利用膨润土尾矿制备新型节能矿产品的技术体系。

堇青石(iolite)是一种硅酸盐矿物，它可呈无色，但通常具有浅蓝或浅紫色，玻璃光泽。最大的特性是热膨胀系数小，因此广泛应用于陶瓷、玻璃业，提高其抗急冷急热的能力。莫来石（或莫乃石）是一系列由铝硅酸盐组成的矿物统称，这一类矿物比较稀少。莫来石是铝硅酸盐在高温下生成的矿物，人工加热铝硅酸盐时会形成莫来石。天然的莫来石晶体为细长的针状且呈放射簇状。莫来石是一种优质的耐火材料，它具有膨胀均匀、热震稳定性极好、荷重软化点高、高温蠕变值小、硬度大、抗化学腐蚀性好等特点，莫来石矿被用来生产高温耐火材料。

现在市场上有合成的堇青石和莫来石，而且在窑具领域可以将堇青石和莫来石综合在一起得到堇青石-莫来石综合性能的窑具，但由于这两种材料本身的成本就很高，要制备堇青石-莫来石综合性能的窑具，那成本是非常高昂的。堇青石具有很低的热膨胀系数，热震稳定性好，但耐高温性能不强，莫来石的耐高温性能好，耐热冲击力强，但热震稳定性不够好，综合两者的优势，扬长避短，得到膨胀系数低，耐高温性能强的堇青石-莫来石产品。

发明内容

针对上述领域中的缺陷，本发明采用膨润土尾矿，通过加入其它原料一起辅配，制备得到了堇青石-莫来石窑具材料，制备的窑具具有堇青石-莫来石的成分特点及晶项，同时也具备堇青石-莫来石的性能特点，变废为宝，降低了生产成本。

用膨润土尾矿制备的堇青石-莫来石窑具材料，其组成及重量百分含量为：膨润土尾矿25-35%，矾土孰料10-20%，红柱石15-25%，镁质土15-25%，工业α-氧化铝4-8%，莫来卡特15-25%，外加前述各原料总量为0.2-0.4%的纤维素，所述膨润土尾矿为将膨润土矿中蒙脱石含量高的高纯膨润土成分提走后的尾料，其成分为Al₂O₃含量为10-14%，MgO含量2-6%。

膨润土尾矿26%，矾土孰料10%，红柱石20%，镁质土18%，工业α-氧化铝5%，莫来卡特21%，外加纤维素0.4%。

用膨润土尾矿制备堇青石-莫来石窑具的方法，包括如下步骤：1）混料将所有原料干混后加水湿混，2）困料将湿混后的原料装入料箱中常温保存24小时以上，3）成型按窑具产品需要，压制成型制成窑具窑坯，4）窑坯干燥，5）高温烧制，1360-1400℃的高温下，保温6-10小时；

所述湿混时，按固体物重量6.0-8.0%外加水；

所述窑坯干燥时采用直接进密封室内保护干燥，所述保护干燥为先于密封室内湿度为60-95%，温度40-70℃下干燥16-24小时，再于密封室内湿度为30-60%，温度为110℃-150℃下干燥24-36小时。

所述保护干燥采用干燥托支撑，所述干燥托为栅栏式封闭板面，所述板面大于坯体表面。

所述栅栏间距为70-120mm。

该材料包括骨料（红柱石、矾土熟料、莫来卡特），基质料（镁质土、氧化铝、膨润土尾矿）和外加剂（纤维素），加水后混成泥料按常规方法制成窑具。其中红柱石化学组成为硅铝酸盐、晶体属正交（斜方）晶系的岛状结构硅酸盐矿物，Al₂O₃63.1%,SiO₂36.9%；莫来卡特的Al₂O₃含量为40-44%，SiO₂含量为50-55%；矾土熟料的Al₂O₃含量为80-85%，SiO₂含量为8-13%；此三种原料中，其主要成分为Al₂O₃和SiO₂，是本申请中形成莫来石晶项的主要原料；膨润土尾矿的Al₂O₃含量为10-14%，MgO含量2-6%，遇水后具有可塑性和黏结性，镁质土的Al₂O₃含量为12-16%，MgO含量30-34%，SiO₂含量为34-38%，氧化铝，作为辅料，提供原料其它所需特性，同时对Al₂O₃和SiO₂的含量进一步调整补充，是本申请中形成堇青石晶项的主要原料，纤维素实现粘合剂的作用，将所有原料有机的粘接在一起，成为均一的窑具泥料。

上述原料的有机组合，最终实现堇青石-莫来石的组成需要，烧结过程中易生成堇青石晶项和莫来石晶项，并趋向于在基质部分形成更多地堇青石晶项，在骨料部分是莫来石晶项。以实现综合性能更好的堇青石-莫来石窑具。

混料工艺：所有原料，包括骨料和基质料和外加剂等一起干混3-5分钟后加水湿混5-8分钟。压制成型的原料外加水达到6.0-8.0%即可。

混合好的原料装入料箱常温保存，经过困料时间不小于24小时后才能使用。

成型工艺：压制成型方式来成型窑具。

压制成型工艺：单面或双面液压成型，依据所需的制品尺寸大小，依据该材料约0.2%的收缩率来计算模具的尺寸，例如制品需要长度为500mm,则模具尺寸为500/(1-0.002)=5001m.成型压力按照180—220kgf/cm²进行压制成型，得到体密为1.8—2.1g/cm³的产品，依据需求而定。成型过程中，布料要均匀一致，不能局部有料多或料少的现象，造成整个制品的局部体密不一致，产品在使用过程中容易出现局部薄弱环节而破损。

干燥工艺：挤出成型的窑具制品水分大，需要自然干燥2-3天后再进干燥室进行干燥，压制成型窑具制品成型后可直接进干燥室进行干燥，干燥室为密封保护干燥，即保湿又保温。密封室内，湿度为60-95%，温度40-70℃下干燥16-24小时，再在湿度为30-60%，温度为110℃-150℃下干燥24-36小时。

所述保护干燥采用干燥托支撑，所述干燥托为栅栏式封闭板面，所述板面大于坯体表面。

所述栅栏间距为70-120mm。

由于坯体在进窑烧制之前，必须经过保护干燥，如保护干燥条件不合适，易造成该窑具产品发生变形、开裂。如干燥过快，失水过快，易使坯体出现裂纹，如干燥过慢，影响工作效率，如果干燥不彻底，烧制时坯料水分含量大，烧制过程中坯体易开裂。如果在保护干燥时未检测出坯体弯曲，又由于各坯体的弯曲度不同，弯曲位置不同，夹制立码时很容易造成坯体弯曲处开裂，因此保护干燥的条件非常重要。

保护干燥时是将坯体置于干燥托上支撑，其板面应大于坯体，平整度好，否则易造成坯体的周边不平整，干燥托为栅栏式封闭板面，易利用水分散失，栅条间距优选70-120mm。太宽的话，坯体在栅栏间隙处易发生凹陷，间距太小，不利于水分散失。

烧制工艺：高温烧制，坯体经过1360-1400℃的高温，保温6-10小时得到性能优良的轻质堇青石-莫来石窑具制品，可以采用夹制立码和平码两种方式来进行码窑烧成。

夹制立码是用夹板条将一摞产品夹住，以立码的方式放入窑内烧制，防止了在烧制过程产品发生变形。一摞产品的厚度优选100-200mm，太薄的话，坯体张数少，操作效率低，变形几率大，太厚的话，易造成生烧。夹制立码时用铅锤和水平尺检测其平整度。成型后的坯体需检测其密实度的均匀性，密实度不好的地方，也就是板面的薄弱环节，在后续的干燥、烧制过程中易开裂，变形。所有这些检测手段均是防止不合格的产品流入下个程序，以免产生资源浪费。

平码烧成，需要有平整度很高的垫板来支撑，垫板板面不能小于烧成制品的板面大小。

上述窑具产品性能：体密：1.8--2.1g/cm³；常温强度:9-18Mpa；膨胀系数（1000℃）：2.1--3.1(x10-6K^-1)；耐火度：1400℃。该材料膨胀系数小，热震稳定性好，适用作为窑具材料。

该材料烧结后的主晶项为堇青石和莫来石，最终产品的组成为：Al2O3：35－46％；SiO2：42－55％；MgO：5.5－9.5％。

该窑具材料应用了膨润土尾矿，并通过上述组分的有机结合，得到了性能堇青石和莫来石相类似的窑具材料，有效利用了矿产资源，变废为宝，也降低了窑具材料的生产成本。

附图说明

图1晶项图片，

图2为X-光衍射分析图谱。

具体实施方式

实施例1

配方：膨润土尾矿26%，矾土孰料10%，红柱石20%，镁质土18%，工业α-氧化铝5%，莫来卡特21%，外加纤维素0.4%。

膨润土尾矿：天然膨润土矿进行水洗、离心甩泥等各种方法将膨润土矿中蒙脱石含量高的高纯膨润土成分提走，剩余的废料，膨润土尾矿的Al₂O₃含量为10-14%，MgO含量2-6%，遇水后具有可塑性和黏结性。

混料：按以上提到的工艺，按7%（固体物含量为基准）的比例外加水，制得混合料，密封困料24小时。

成型：单面液压成型，用200KGF/CM²的压力来成型，得到451*501*16.2mm的实心棚板生坯，生坯手可以搬动，很结实。

干燥:按以上提到的工艺进行干燥。

烧成:在隧道窑中6块一摞竖码，在1370℃，保温10小时烧成得到450*500*16mm的棚板窑具。

检测性能：

上述数据表明，本发明制得的堇青石－莫来石制品体积密度合适，膨胀系数较低，说明产品的热震稳定性好，符合要求，产品化学成分复合堇青石-莫来石的成分要求，产品性能良好，是优质的窑具制品。

内部结构分析：如图1、图2所示。

图1晶项图片显示，针状莫来石晶项和云片状堇青石晶项结合良好.

图2为X-光衍射分析图谱，主要晶项是堇青石和莫来石晶项。

表明本发明制得的产品为堇青石－莫来石材料。

Claims (5)

1.用膨润土尾矿制备的堇青石-莫来石窑具材料，其组成及重量百分含量为：膨润土尾矿25-35%，矾土孰料10-20%，红柱石15-25%，镁质土15-25%，工业α-氧化铝4-8%，莫来卡特15-25%，外加前述原料总重量的0.2-0.4%纤维素，所述膨润土尾矿为将膨润土矿中蒙脱石含量高的高纯膨润土成分提走后的尾料，其成分为Al₂O₃含量为10-14%，MgO含量2-6%。

2.根据权利要求1所述的用膨润土尾矿制备的堇青石-莫来石窑具材料，其组成及重量百分含量为：膨润土尾矿26%，矾土孰料10%，红柱石20%，镁质土18%，工业α-氧化铝5%，莫来卡特21%，外加纤维素0.4%。

3.用膨润土尾矿制备堇青石-莫来石窑具的方法，包括如下步骤：1）混料将权利要求1或2所述的全部原料按重量百分含量干混后加水湿混，2）困料将湿混后的原料装入料箱中常温保存24小时以上，3）成型按窑具产品需要，压制成型制成窑具窑坯，4）窑坯干燥，5）高温烧制，1360-1400℃的高温下，保温6-10小时；

所述湿混时，按固体物重量6.0-8.0%外加水；

所述窑坯干燥时采用直接进密封室内保护干燥，所述保护干燥为先于密封室内湿度为60-95%，温度40-70℃下干燥16-24小时，再于密封室内湿度为30-60%，温度为110℃-150℃下干燥24-36小时。

4.根据权利要求3所述的方法，所述保护干燥采用干燥托支撑，所述干燥托为栅栏式封闭板面，所述板面大于坯体表面。

5.根据权利要求4所述的方法，所述栅栏间距为70-120mm。

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