CN106747497A - 制备刚玉‑莫来石复相材料的方法 - Google Patents

制备刚玉‑莫来石复相材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备刚玉‑莫来石复相材料的方法，该方法包括：将高铁铝土矿与煤矸石矿混合，并进行磨细处理，以便得到混合矿石粉末；将所述混合矿石粉末进行焙烧处理，以便得到焙烧后矿石；将所述焙烧后矿石进行磁选，以便去除四氧化三铁，得到磁选后矿石；将所述磁选后矿石进行成型处理，以便得到成型原料；以及将所述成型原料进行烧结处理，以便得到刚玉‑莫来石复相材料。该方法以高铁铝土矿与煤矸石矿为原料，合成成本低，且合成产物刚玉‑莫来石复合材料具有较高的附加值；两种矿粉混合再焙烧之后，煤矸石中的碳会将高铁铝土矿中的杂质Fe2O3还原为有磁性的Fe3O4利于磁选去除，这样既可除铁又可除碳，经济、高效、环保。

Description

制备刚玉-莫来石复相材料的方法
技术领域
本发明涉及制备刚玉-莫来石复相材料的方法。
背景技术
刚玉-莫来石复相材料是一种具有良好高温性能的耐火制品，其主要化学成分为氧化铝及二氧化硅，一般以高铝矾土矿等氧化铝含量较高，有一定含量的二氧化硅，而氧化铁等杂质含量相对较低的有价矿物原料烧结合成。然而高铝矾土作为一种杂质含量较少的有价矿物，其目前可开采利用的资源储量越来越少。
我国有丰富的高铁铝土矿资源，这是一种氧化铝及氧化铁含量均比较高的低品位铝土矿，由于其氧化铁含量较高，无法用拜耳法经济的对其进行处理，因此目前绝大多数高铁铝土矿无法被有效开发利用。我国也有丰富的煤矸石资源，煤矸石产生于采煤和洗煤过程中，其主要化学成分为大量的二氧化硅、一定量的氧化铝与少量的碳，我国目前的煤矸石存量大于10亿吨，而每年仍将继续排放一亿吨以上。高铁铝土矿与煤矸石中分别含有较高含量氧化铝与二氧化硅，是制备刚玉—莫来石复相材料的主要原料，但二者含有的一定量的杂质氧化铁与碳对刚玉-莫来石材料的品质有较大的影响。氧化铁杂质会使刚玉-莫来石耐火材料在高温下过早出现玻璃相，从而降低其使用性能；碳杂质会造成高温下已经生成的莫来石相发生碳化还原反应而重新被分解，高铁铝土矿中的氧化铁杂质一般通过化学酸浸法可有效去除，煤矸石中的碳杂质则需在高温下进行焙烧以氧化去除，经济成本均较高。因此无法采用高铁铝土矿与煤矸石经济合理的合成刚玉-莫来石复相耐火材料。
由此，目前尚无利用高铁铝土矿与煤矸石生产高品质刚玉-莫来石复相材料的报道。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种制备刚玉-莫来石复相材料的方法，其中，刚玉-莫来石复相材料具有良好的耐火性，可以作为耐火材料，该方法以高铁铝土矿及废弃资源煤矸石为原料，通过低成本除杂工艺除去高铁铝土矿及煤矸石中的氧化铁及碳杂质，烧结合成刚玉-莫来石复相材料。
需要说明的是，本发明是基于发明人的下列工作而完成的：
目前，合成刚玉-莫来石复相耐火材料过程，一般采用矿物原料或者高纯原料等成本较高的原料，且原料化学活性较低。发明人经大量研究，创造性地发现采用低成本的高铁铝土矿与废弃资源煤矸石可以合成刚玉-莫来石复相材料。高铁铝土矿的主要化学成分为Al2O3、SiO2及Fe2O3，三者含量之和一般在80％以上；煤矸石除含有少量的C之外(含量一般少于20％)，其无机物成份主要为SiO2、Al2O3，二者含量之和一般在60％以上，另有少量Fe2O3、CaO、MgO、TiO2、K2O与Na2O等。高铁铝土矿及煤矸石的主要化学成分Al2O3与SiO2适于生产刚玉-莫来石复相材料。发明人发现以高铁铝土矿及煤矸石合成刚玉-莫来石复相耐火材料，具有原料生产成本低、化学活性高、除杂方法简单、成本低廉、合成温度低、合成制品主晶相为刚玉-莫来石复相等优点。该方法有效实现了刚玉-莫来石复相材料的低成本高附加值合成，以及高铁铝土矿与煤矸石的高效利用。
因而，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种制备刚玉-莫来石复相材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将高铁铝土矿与煤矸石矿混合，并进行磨细处理，以便得到混合矿石粉末；将所述混合矿石粉末进行焙烧处理，以便得到焙烧后矿石；将所述焙烧后矿石进行磁选，以便去除四氧化三铁，得到磁选后矿石；将所述磁选后矿石进行成型处理，以便得到成型原料；以及将所述成型原料进行烧结处理，以便获得刚玉-莫来石复相材料。
根据本发明实施例的制备刚玉-莫来石复相材料的方法，以高铁铝土矿与煤矸石矿为原料，合成成本低，且合成产物刚玉-莫来石复合材料具有较高的附加值；两种矿粉混合再焙烧之后，煤矸石中的碳会将高铁铝土矿中的杂质Fe2O3还原为有磁性的Fe3O4利于磁选去除，这样既可除铁又可除碳，具有原料生产成本低、化学活性高、除杂方法简单、成本低廉、合成温度低、合成制品主晶相为刚玉-莫来石复相等优点。该方法是制备刚玉-莫来石复相材料的又一个新途径，也符合国家倡导的“循环经济”的产业政策。
另外，根据本发明上述实施例的制备刚玉-莫来石复相材料的方法，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，所述高铁铝土矿含有(40-60)质量％的氧化铝和(5-25)质量％的二氧化硅。由此，氧化铝和二氧化硅含量高。
根据本发明的实施例，所述煤矸石含有(25-35)质量％的氧化铝和(45-65)质量％的二氧化硅。由此，氧化铝和二氧化硅含量高。
根据本发明的实施例，所述高铁铝土矿与所述煤矸石矿按质量比(0.5-0.9)：1进行所述混合。由此，高铁铝土矿中的Fe2O3与煤矸石矿的碳充分反应。
根据本发明的实施例，所述混合矿石粉末的粒径为至少90质量％所述混合矿石粉末的粒径不大于74微米。由此，焙烧温度低，时间短。
根据本发明的实施例，所述焙烧处理的温度为450-570摄氏度，时间为30-90分钟。由此，焙烧效果好。
根据本发明的实施例，利用聚乙烯醇进行所述成型处理。
根据本发明的实施例，所述聚乙烯醇与所述磁选后矿石的质量比为(0.5-2)：100。
根据本发明的实施例，利用硅钼棒高温炉进行所述烧结处理。由此，烧结效果好。
根据本发明的实施例，所述烧结处理的温度为1400-1600摄氏度，时间为2-4小时。由此，烧结效果好。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了根据本发明一个实施例的制备刚玉-莫来石复相材料的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种制备刚玉-莫来石复相材料的方法。参考图1，根据本发明的实施例，对该制备刚玉-莫来石复相材料的方法进行解释说明，该方法包括：
S100混合磨细
根据本发明的实施例，将高铁铝土矿与煤矸石矿混合，并进行磨细处理，得到混合矿石粉末。根据本发明的实施例，高铁铝土矿的主要化学成分为Al2O3、SiO2及Fe2O3，三者含量之和一般在80％以上；煤矸石除含有少量的C之外(含量一般少于20％)，其无机物成份主要为SiO2、Al2O3，二者含量之和一般在60％以上，另有少量Fe2O3、CaO、MgO、TiO2、K2O与Na2O等。高铁铝土矿及煤矸石的主要化学成分Al2O3与SiO2适于生产刚玉—莫来石复相耐火材料。高铁铝土矿含有一定量的Fe2O3，其会使刚玉-莫来石材料在高温下过早出现玻璃相，降低使用性能，需将其去除去；而煤矸石中含有少量的碳，会造成莫来石相发生碳化还原反应而重新被分解。但将二者共同作为原料制备刚玉-莫来石复相材料，煤矸石中的碳会将高铁铝土矿中的杂质Fe2O3还原为有磁性的Fe3O4，反应物的反应活性高，不需要额外的高成本的化学制剂，不需要非常高的焙烧温度(高于800℃)即可完成反应，采用经济有效且处理规模大的磁选法即可有效去除杂质，这样既可除铁又可除碳，经济、高效、环保。
根据本发明的一些实施例，高铁铝土矿与煤矸石矿按质量比(0.5-0.9)：1进行所述混合。由此，高铁铝土矿中的Fe2O3与煤矸石矿的碳充分反应，避免因煤矸石矿过少导致Fe2O3未完全还原成有磁性的Fe3O4，从而在高温下过早出现玻璃相，以及高铁铝土矿过少，使碳未完全氧化，从而造成莫来石相发生碳化还原反应而重新被分解。
根据本发明的实施例，混合矿石粉末的粒径不受特别的限制，发明人发现矿石的粒径减小，可以使原料充分接触，有利于降低焙烧处理的温度。根据本发明的一些实施例，矿石粉末的粒径为至少90质量％混合矿石粉末的粒径不大于74微米。由此，矿石粉末的粒度小，原料接触充分，焙烧处理的温度低。
S200焙烧处理
根据本发明的实施例，将混合矿石粉末进行焙烧处理，得到焙烧后矿石。由此，通过焙烧处理，煤矸石中的碳会将高铁铝土矿中的杂质Fe2O3还原为有磁性的Fe3O4，从而，利用磁选去除。
根据本发明的实施例，所述焙烧处理的温度为450-570摄氏度，时间为30-90分钟。由此，焙烧温度低，焙烧能耗显著下降，生产成本低。
S300磁选处理
根据本发明的实施例，将焙烧后矿石进行磁选，去除四氧化三铁，得到磁选后矿石。由于Fe2O3会使刚玉-莫来石复相材料在高温下过早出现玻璃相，降低使用性能，将其还原为有磁性的Fe3O4后，通过磁选去除，刚玉-莫来石复相材料的性能好。
根据本发明的一些实施例，利用磁选机进行磁选。由此，处理量大，磁选效果好，充分去除铁杂质。
S400成型处理
根据本发明的实施例，将磁选后矿石进行成型处理，得到成型原料。由此，将粉末状原料经成型处理，得到后续烧结处理所需要的成型原料。
根据本发明的实施例，利用聚乙烯醇进行所述成型处理，聚乙烯醇与所述磁选后矿石的质量比为(0.5-2)：100，由此，聚乙烯醇起到了粉末粘结剂的作用。
S500烧结处理
根据本发明的实施例，将所述成型原料进行烧结处理，得到刚玉-莫来石复相材料。在烧结处理过程中，Al2O3将与SiO2发生反应生成刚玉-莫来石复合晶相，从而合成了刚玉-莫来石复相材料。
根据本发明的实施例，利用硅钼棒高温炉进行所述烧结处理，所述烧结处理的温度为1400-1600℃，时间为2-4小时。由此，烧结处理的温度低，时间短，烧碱效果好。
根据本发明实施例的制备刚玉-莫来石复相材料的方法，以高铁铝土矿与煤矸石矿为原料，合成成本低，且合成产物刚玉-莫来石复合材料具有较高的附加值；两种矿粉混合再焙烧之后，煤矸石中的碳会将高铁铝土矿中的杂质Fe2O3还原为有磁性的Fe3O4利于磁选去除，这样既可除铁又可除碳，具有原料生产成本低、化学活性高、除杂方法简单、成本低廉、合成温度低、合成制品主晶相为刚玉-莫来石复相等优点。该方法是制备刚玉-莫来石复相材料的又一个新途径，也符合国家倡导的“循环经济”的产业政策。
下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
本实施例中，以云南某高铁铝土矿(Al2O3含量44％，SiO2含量10％，Fe2O3含量26％)，以及山西平朔煤矸石(SiO2含量51％，Al2O3含量29％，C含量10％)为原料制备刚玉-莫来石复相材料，具体方法如下：
(1)将该高铁铝土矿与煤矸石按质量比0.9:1进行混合，磨矿至粒度小于74微米的颗粒占总颗粒数的90％以上，得到磨矿后细粉。
(2)将上述磨矿后细粉在510℃左右焙烧40min，使Fe2O3转化为Fe3O4，得到含有磁性Fe3O4的焙烧后矿粉。
(3)将焙烧后矿粉在磁感应强度1T的磁场中进行磁选以除去混合矿中Fe3O4，得到氧化铁含量非常少的除铁后混合精矿。
(4)将混合精矿配加1％的粘结剂聚乙烯醇压模并成型。
(5)将成型后的矿粉首先进行干燥，再在高温炉中以10℃/min升温至1000℃，再以5℃/min升温至1450℃，烧结3.5个小时，得到刚玉-莫来石复相耐火材料。
实施例2
本实施例中，以云南高铁铝土矿(Al2O3含量53％，SiO2含量15％，Fe2O3含量23％)，以及山西平朔煤矸石(SiO2含量51％，Al2O3含量29％，C含量10％)为原料制备刚玉-莫来石复相材料，具体方法如下：
(1)将该高铁铝土矿与煤矸石按质量比0.8:1进行混合，磨矿至粒度小于74微米的颗粒占总颗粒数的90％以上，得到磨矿后细粉。
(2)将上述磨后细粉在510℃左右焙烧40min，使Fe2O3转化为Fe3O4，得到含有磁性Fe3O4的焙烧后矿粉。
(3)将焙烧后矿粉在磁感应强度1T的磁场中进行磁选以除去混合矿中Fe3O4，得到氧化铁含量非常少的除铁后混合精矿。
(4)将混合精矿配加1％的粘结剂聚乙烯醇压模并成型。
(5)将成型后的矿粉首先进行干燥，再在高温炉中以10℃/min升温至1000℃，再以5℃/min升温至1500℃，烧结3个小时，得到刚玉-莫来石复相耐火材料。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种制备刚玉-莫来石复相材料的方法，其特征在于，包括：
将高铁铝土矿与煤矸石矿混合，并进行磨细处理，以便得到混合矿石粉末；
将所述混合矿石粉末进行焙烧处理，以便得到焙烧后矿石；
将所述焙烧后矿石进行磁选，以便去除四氧化三铁，得到磁选后矿石；
将所述磁选后矿石进行成型处理，以便得到成型原料；以及
将所述成型原料进行烧结处理，以便获得刚玉-莫来石复相材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高铁铝土矿含有(40-60)质量％的氧化铝和(5-25)质量％的二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤矸石含有(25-35)质量％的氧化铝和(45-65)质量％的二氧化硅。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高铁铝土矿与所述煤矸石矿按质量比(0.5-0.9)：1进行所述混合。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合矿石粉末的粒径为至少90质量％所述混合矿石粉末的粒径不大于74微米。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焙烧处理的温度为450-570摄氏度，时间为30-90分钟。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用聚乙烯醇进行所述成型处理。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述聚乙烯醇与所述磁选后矿石的质量比为(0.5-2)：100。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用硅钼棒高温炉进行所述烧结处理。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烧结处理的温度为1400-1600摄氏度，时间为2-4小时。
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CN201611080333.5A Pending CN106747497A (zh) 2016-11-29 2016-11-29 制备刚玉‑莫来石复相材料的方法

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2744902C1 (ru) * 2019-10-14 2021-03-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ получения сырьевой смеси для изготовления огнеупорных изделий
CN114195535A (zh) * 2021-12-30 2022-03-18 义马瑞辉新材料有限公司 一种低碳生产精细化莫来石刚玉高温材料的制备方法
CN114249585A (zh) * 2021-12-30 2022-03-29 义马瑞辉新材料有限公司 一种低碳生产精细化刚玉莫来石高温材料的制备方法
CN114455956A (zh) * 2022-02-10 2022-05-10 中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所 一种煤下铝土矿制备电熔莫来石的方法
CN114685175A (zh) * 2022-05-06 2022-07-01 贵州华鑫新材料有限公司 一种矾土基烧结刚玉莫来石及其生产制备方法
CN116332633A (zh) * 2023-03-16 2023-06-27 北京科技大学 一种以煤矸石为原料合成电熔莫来石和电熔刚玉-莫来石的方法

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