CN106746801A - 一种利用赤泥制备微晶铁铝酸钙的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用赤泥制备微晶铁铝酸钙的方法,过程如下:将钙质原料20‑55重量份、铝质原料3‑15重量份、赤泥100重量份、助熔剂2‑3重量份进行混合后配制成生料,研磨使其平均粒径≤8μm;将研磨后的生料进行干燥处理,以去除生料中的自由水;将生料用铂金坩埚盛放,置于高温炉内加热直至熔融;将熟料取出,并对熟料进行淬火;将淬火后的熟料进行干燥,并粉磨至平均粒径为30‑50μm,即得到微晶铁铝酸钙粉体。本发明结合了高温熔融与淬火工艺,不仅能够大量利用赤泥,解决赤泥堆放所引起的环境污染问题,同时该方法生产周期短,所制备的微晶铁铝酸钙均匀度高、化学稳定性好、水化能力强,适用于大规模工业化生产,具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用工业废物(赤泥)制备微晶铁铝酸钙的方法,属于高性能无机材料。
背景技术
赤泥是制铝工业提取氧化铝过程中排出的高碱度污染性废渣,一般情况下,平均每生产1吨氧化铝,附带产生赤泥约1-2吨。中国作为世界第4大氧化铝生产国,每年排放的赤泥量超过3000万吨,累积堆存量已超过2.5亿吨。随着铝土矿原料品位的逐渐降低和氧化铝产量的逐年增加,我国赤泥的年产生量还将不断增加。目前我国赤泥综合利用率仅为4%,大量赤泥不能充分有效利用,只能依靠大面积的堆场堆放,占用了大量土地资源,也对环境造成了严重的污染。所以最大限度地减少赤泥的产量和危害,实现赤泥的综合利用已经迫在眉睫。
我国在对赤泥进行综合利用方面进行了大量的研究。如:中国专利“一种赤泥制品”(201610378806.3)通过塑料材料的选材、混料、加温、降温注塑、降温脱模等工艺流程后成功制备了机械强度高的赤泥制品;中国专利“一种赤泥选铁工艺”(201510730312.2)在原有的选铁基础上设计了精选尾矿扫选流程,增加了赤泥中金属铁的回收率;中国专利“赤泥复合型发泡剂”(201310230499.0)提供了一种赤泥复合型发泡剂。
以上技术虽然在一定程度上回收利用了赤泥,但对赤泥的利用多局限于提取其中的有用物质,工业生产过程较为复杂,对赤泥的消耗量较小且利用率较低,未能解决赤泥大面积堆放所引起的环境污染问题。
水泥作为全世界使用最多的人工建筑材料,已发展到每年约1.5亿吨的产量。铁铝酸盐作为水泥中重要的组成相,具有后期强度大、抗冲击性能和抗硫酸盐性能好等特点,其合成方法一直备受人们关注。中国专利“一种铁铝酸钙的制备方法”(201010109398.4)采用溶胶-凝胶法成功制备了铁铝酸钙,但该技术合成工艺复杂,生产周期较长,产率低且产物活性较低,工业利用价值较小。若将赤泥的回收利用与铁铝酸钙的生产相结合,则能够在解决赤泥堆放所带来的环境污染问题的同时,也为铁铝酸钙的生产提供一种新的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以赤泥为原料制备微晶铁铝酸钙的方法。该方法结合了高温熔融与淬火工艺,不仅能够大量利用赤泥,解决赤泥堆放所引起的环境污染问题,同时该方法生产周期短,所制备的微晶铁铝酸钙活性高,克服了现有技术存在的缺陷和不足,具有广阔的市场前景。
为达到以上技术目的,本发明提供以下技术方案。
一种利用赤泥制备微晶铁铝酸钙的方法,过程如下:将钙质原料20-55重量份、铝质原料3-15重量份、赤泥100重量份、助熔剂2-3重量份进行混合后配制成生料,研磨使其平均粒径≤8μm;将研磨后的生料进行干燥处理,以去除生料中的自由水;将生料用铂金坩埚盛放,置于高温炉内加热直至熔融;加热完成后将熟料立即取出,并对熟料进行淬火;将淬火后的熟料进行干燥,并粉磨至平均粒径为30-50μm,即得到微晶铁铝酸钙粉体。
所述钙质原料可以是氧化钙、碳酸钙或氢氧化钙,均为市售。
所述铝质原料可以是高铝矾土(Al2O3含量≥80%)或氧化铝粉末,均为市售。
所述赤泥(其化学成分见表1)为平果铝业公司所产,配制生料前,需使用盐酸对赤泥进行酸化处理,控制赤泥的pH值小于9,将酸化后的赤泥烘干待用。
表1赤泥化学成分(%)
Fe2O3 | Al2O3 | SiO2 | CaO | Na2O | TiO2 | K2O | MgO | Loss |
33.02 | 17.16 | 8.51 | 18.77 | 2.73 | 7.14 | 0.045 | 0.35 | 11.40 |
所述助熔剂可以是CaF2、B2O3或其混合物。
所述加热熔融过程如下:室温-950℃,升温时间45min;950℃,保温时间5-20min;950-1300℃,升温时间35min;1300-1420℃,升温时间20min;1420℃,保温时间10-25min。
所述淬火过程使用水或液氮作为淬火介质。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)该方法将赤泥的综合利用与微晶铁铝酸钙的制备相结合,能够大量消耗赤泥,减少赤泥储存所带来的污染,且制备的产品无毒无害,有利于环境的保护。
(2)该制备方法所使用的各种原料来源广、价格低,具有低成本的优势。
(3)该方法将生料进行熔融处理,有利于系统内传质与传动量过程的进行,产物均匀性好,能够有效缩短生产周期。
(4)该方法将水淬和液氮淬火工艺应用于微晶铁铝酸钙的制备,经淬火后的产物结晶度较低,具有较快的水化速率和较强的水化能力,水化产物力学性能优异,能够很好地满足工程实际应用。
(5)该方法操作简单,产率高,对原料的品质要求较低,可大规模应用。
综上所述,本发明技术可靠、产率高、对原料的品质要求较低,且原料廉价易得;通过该方法制备的产品均匀度高、化学稳定性好、水化能力强,且十分环保,适用于大规模工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明(以下原料均为重量份)。
实施例一
一种利用赤泥制备微晶铁铝酸钙的方法,具体包括以下步骤:将氢氧化钙35.96份、氧化铝3.71份、赤泥100份、氟化钙1.19份、氧化硼1.10份混合后加入滚筒式球磨机中研磨1小时。将研磨后的生料放入烘箱(温度为70℃)内干燥12小时,干燥后的生料用铂金坩埚盛放并置于高温炉内加热直至熔融(升温和保温过程为:室温-950℃,升温时间45min;950℃,保温时间15min;950-1300℃,升温时间35min;1300-1420℃,升温时间20min;1420℃,保温时间20min),加热完成后立即将坩埚取出,并将熔融的熟料倒入水中进行淬火,待熟料充分冷却后放入烘箱(温度为50℃)内干燥12小时;采用滚筒磨对熟料进行粉磨,控制平均粒径为30-50μm,即得到微晶铁铝酸钙粉体。
实施例二
一种利用赤泥制备微晶铁铝酸钙的方法,具体包括以下步骤:将氧化钙20.86份、氧化铝粉末3.75份、赤泥100份、氟化钙2.22份混合后加入滚筒式球磨机中研磨1.5小时。将研磨后的生料放入烘箱(温度为70℃)内干燥12小时,干燥后的生料用铂金坩埚盛放并置于高温炉内加热直至熔融(升温和保温过程为:室温-950℃,升温时间45min;950℃,保温时间5min;950-1300℃,升温时间35min;1300-1420℃,升温时间20min;1420℃,保温时间15min),加热完成后立即将坩埚取出,并将熔融的熟料倒入水中进行淬火,待熟料充分冷却后放入烘箱(温度为50℃)内干燥12小时;采用滚筒磨对熟料进行粉磨,控制平均粒径为30-50μm,即得到微晶铁铝酸钙粉体。
实施例三
一种利用赤泥制备微晶铁铝酸钙的方法,具体包括以下步骤:将碳酸钙52份、高铝矾土6.44份、赤泥100份、氟化钙2.78份混合后加入滚筒式球磨机中研磨1小时。将研磨后的生料放入烘箱(温度为70℃)内干燥12小时,干燥后的生料用铂金坩埚盛放并置于高温炉内加热直至熔融(升温和保温过程为:室温-950℃,升温时间45min;950℃,保温时间20min;950-1300℃,升温时间35min;1300-1420℃,升温时间20min;1420℃,保温时间10min),加热完成后立即将坩埚取出,并将熔融的熟料倒入液氮中进行淬火,待熟料充分冷却后放入烘箱(温度为50℃)内干燥12小时;采用滚筒磨对熟料进行粉磨,控制平均粒径为30-50μm,即得到微晶铁铝酸钙粉体。
实施例四
一种利用赤泥制备微晶铁铝酸钙的方法,具体包括以下步骤:将碳酸钙53份、高铝矾土6.58份、赤泥100份、氟化钙1.23份、氧化硼1.37份混合后加入滚筒式球磨机中研磨1小时。将研磨后的生料放入烘箱(温度为70℃)内干燥12小时,干燥后的生料用铂金坩埚盛放并置于高温炉内加热直至熔融(升温和保温过程为:室温-950℃,升温时间45min;950℃,保温时间20min;950-1300℃,升温时间35min;1300-1420℃,升温时间20min;1420℃,保温时间10min),加热完成后立即将坩埚取出,并将熔融的熟料倒入水中进行淬火,待熟料充分冷却后放入烘箱(温度为50℃)内干燥12小时;采用滚筒磨对熟料进行粉磨,控制平均粒径为30-50μm,即得到微晶铁铝酸钙粉体。
Claims (7)
1.一种利用赤泥制备微晶铁铝酸钙的方法,过程如下:将钙质原料20-55重量份、铝质原料3-15重量份、赤泥100重量份、助熔剂2-3重量份进行混合后配制成生料,研磨使其平均粒径≤8μm;将研磨后的生料进行干燥处理,以去除生料中的自由水;将生料用铂金坩埚盛放,置于高温炉内加热直至熔融;加热完成后将熟料立即取出,并对熟料进行淬火;将淬火后的熟料进行干燥,并粉磨至平均粒径为30-50μm,即得到微晶铁铝酸钙粉体。
2.如权利要求1所述的一种利用赤泥制备微晶铁铝酸钙的方法,其特征在于,所述钙质原料是氧化钙、碳酸钙或氢氧化钙。
3.如权利要求1所述的一种利用赤泥制备微晶铁铝酸钙的方法,其特征在于,所述铝质原料是高铝矾土或氧化铝粉末,所述高铝矾土中Al2O3含量≥80%。
4.如权利要求1所述的一种利用赤泥制备微晶铁铝酸钙的方法,其特征在于,所述赤泥在配制生料前,使用盐酸对赤泥进行酸化处理,控制赤泥的pH值小于9。
5.如权利要求1所述的一种利用赤泥制备微晶铁铝酸钙的方法,其特征在于,所述助熔剂是CaF2、B2O3或其混合物。
6.如权利要求1所述的一种利用赤泥制备微晶铁铝酸钙的方法,其特征在于,所述加热熔融过程如下:室温-950℃,升温时间45min;950℃,保温时间5-20min;950-1300℃,升温时间35min;1300-1420℃,升温时间20min;1420℃,保温时间10-25min。
7.如权利要求1所述的一种利用赤泥制备微晶铁铝酸钙的方法,其特征在于,所述淬火过程使用水或液氮作为淬火介质。
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