CN108557779A - 一种磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法 - Google Patents

一种磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,包括如下步骤:将磷石膏、粉煤灰、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料,送入窑内焙烧,制得熟料,对熟料进行水磨溶出,并进行固液分离,分离得到的固体焙烧后加工制得硫酸,分离得到的液体加CO2得到氢氧化铝,氢氧化铝再与高岭石、伊利石、蒙脱石、刚玉粉、石英石、滑石粉、锯末、可发性聚苯乙烯球和聚乙烯醇制得莫来石耐火砖。本发明将磷石膏和粉煤灰进行综合利用,具有可减少环境污染,附加值高,且制得的氢氧化铝是生产莫来石耐火砖的良好原料,制备的莫来石耐火砖有生产成本低的优点。

Description

一种磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法
技术领域
本发明涉及一种磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,属于冶金化工领域。
背景技术
磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣,其主要成分为硫酸钙,此外还含有多种其他杂质。目前,全世界每年排放磷石膏总量约为1.2-1.4亿吨,我国约为5000万吨左右,占全球年排放磷石膏总量的25-29%,这一数量呈增加趋势,且目前国内磷石膏堆放量达2.5亿吨,排出的磷石膏渣占用大量土地,形成渣山,严重污染环境。
粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰,粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。随着电力工业的发展,燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加,粉煤灰已成为我国当前排量较大的工业废渣之一。现目前,我国粉煤灰年产量已超过6亿吨,给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。
莫来石耐火砖具有荷重软化温度高、高温蠕变率低、抗热震性好等优点, 广泛应用于高炉热风炉、玻璃熔窑、干熄焦及加热炉等工业炉窑上。为了追求更高质量的的莫来石耐火砖,现目前市场上出现了一种莫来石轻质隔热耐火砖,这种耐火砖中主要由耐火黏土和氢氧化铝烧制而成,但是现目前由于氢氧化铝的的市场价格较为昂贵,导致了其生产成本高的问题。
现目前,我国一方面磷石膏和粉煤灰都存在大量堆积,污染环境的问题,另一方面磷石膏和粉煤灰中都还存在许多有用组分。目前人们对磷石膏和粉煤灰的利用,主要都是用于建材方面,不过磷石膏中存在的酸会导致建材质量不佳,且这种利用方式的附加产值较低。目前综合利用磷石膏和粉煤灰制酸并联产莫来石耐火砖的工艺,未见报道。
发明目的
本发明的目的在于,提供一种磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法。本发明将磷石膏和粉煤灰进行综合利用,具有可减少环境污染,附加值高,且制得的氢氧化铝是生产莫来石耐火砖的良好原料,制备的莫来石耐火砖有生产成本低的优点。
本发明的技术方案
一种磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,包括如下步骤:
A、将磷石膏、粉煤灰、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料,送入窑内焙烧,制得熟料,对熟料进行水磨溶出,并进行固液分离;
B、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选,分离出硫化物,将分离出的硫化物进行焙烧,再将焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后,采用浓硫酸进行吸收,制得硫酸;
C、向步骤A中固液分离得到的液体中加入CO2至沉淀不再产生,然后将沉淀烘干,粉碎,制得氢氧化铝;
D、将高岭石、伊利石、蒙脱石、刚玉粉、石英石和滑石粉进行粉碎,然后投入混料机中混合均匀得混合料,混合料再与步骤C制得的氢氧化铝混合均匀,然后加入再加入锯末、可发性聚苯乙烯球和聚乙烯醇混合均匀得原料粉,加入水,继续混合得到浆料,将浆料注入模具浇注成砖坯,干燥砖坯,然后烧制,制得莫来石耐火砖。
前述的磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,步骤A中,所述添加剂为碳酸钠、硫酸钠或烧碱;所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石;所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
前述的磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,步骤A中,所述的生料中,磷石膏和粉煤灰按照1:1-1.7重量比的比例混合,添加剂添加比例按生料中所含Na2O和Al2O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加,改性剂的混合比例为生料总重量的12-23%;所述焙烧的温度为1130-1380℃,时间为2-5h;所述水磨溶出时的液固体积比为5-8:1。
前述的磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,步骤B中,所述焙烧的温度1000-1200℃;时间为2-5h;条件为将硫化物置于40-45%的富氧环境下。
前述的磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,步骤C中,所述烘干的温度为100-120℃,沉淀烘干后水分低于0.5%。
前述的磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,按重量份计,步骤D中,所述莫来石耐火砖包括20-25份高岭石、6-8份伊利石、7-9份蒙脱石、12-15份刚玉粉、14-18份石英石、3-5份滑石粉、40-50份氢氧化铝、5-10份锯末、6-12份可发性聚苯乙烯球和3-5份聚乙烯醇。
前述的磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,步骤D中,所述原料粉与水的质量比为1:1-1.2。
前述的磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,步骤D中,所述粉碎过100-120目筛网。
前述的磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,步骤D中,所述锯末过80-100目筛;可发性聚苯乙烯球的粒径为1-2mm。
前述的磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,步骤D中,所述烧制是在5-10h内升温至1300-1400℃,然后保温2-5h,然后在10-15h内降温至700-800℃,最后自然冷却。
本发明通过将磷石膏和高硫铝土矿反应、重组,使之成为有用物质。原理的总反应式为:
CaSO4(磷石膏)+Na2O·SiO2·Al2O3(粉煤灰)→Na2O·Al2O3+CaO·SiO2↓+[硫]
从该反应式可知,用磷石膏中的CaO与粉煤灰中的SiO2生成原硅酸钙(CaO·SiO2↓)后,得到可溶性极好的铝酸钠(Na2O·Al2O3)。反应式中的[硫],是指通过生料加改性剂工艺,生成的金属硫化物,其主要成分为FeS;浸出熟料中的铝酸钠后,将得到的沉淀物浮选即可得到FeS。
有益效果
1、本发明通过将磷石膏和粉煤灰综合利用,混合添加剂和改性剂后经研磨,水磨溶出后进行固液分离,即可得到成分分明的产物,可大量消耗磷石膏和粉煤灰,减少磷石膏和粉煤灰对环境的污染。
2、本发明通过将工业废渣磷石膏、粉煤灰、添加剂和改性剂混合研磨后焙烧,再进行水磨溶出和固液分离,原料成本低廉,工艺简单,且焙烧过程形成的主要成分金属硫化物、偏铝酸盐和硅酸盐成分分明,均可单独提取回收,大大提高了磷石膏和粉煤灰的附加值。
3、本发明利用废料磷石膏和粉煤灰,加上添加剂和改性剂作为原料,焙烧后经过水磨溶出和固液分离就能得到成分分明的产物,焙烧过后产物中不含有机物,非常利于后期对产物各组分进行分别提取,尤其是固液分离中得到液体,几乎只含有可溶的偏铝酸钠,通入CO2气体后即可得到纯度很高的氢氧化铝,纯度可达98%以上,是制备莫来石耐火砖的良好原料。
4、本发明通过廉价的工业废渣磷石膏和粉煤灰,加上一定的添加剂和改性剂制得氢氧化铝的工艺简单,原料成本低廉,所得氢氧化铝的成本很低,用于生产莫来石耐火砖,可大大降低莫来石耐火砖的生产成本。
5、本发明通过将工业废渣磷石膏、粉煤灰、添加剂和改性剂混合研磨后焙烧,再水磨溶出后进行固液分离,再从分离出的沉淀中提取得到硫酸,生产成本低,工艺简单。
性能检测
取样实施例1-5制得的莫来石耐火砖,进行耐火度、常温耐压强度和高温抗折强度的检测。得表1结果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明,但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
实施例1:一种磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,步骤如下:
A、将磷石膏、粉煤灰、碳酸钠和碳混合并研磨制成生料,生料中,磷石膏和粉煤灰按照1:1.7重量比的比例混合,碳酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加,碳的混合比例为生料总重量的12%送入工业立窑内焙烧,焙烧温度为1380℃,焙烧时间为2小时,制得熟料,对熟料进行水磨溶出,并进行固液分离,分离时液固体积比为5:1;
B、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选,分离出硫化物,将分离出的硫化物置于40%的富氧环境下,在1000℃下焙烧5小时,焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后,采用浓硫酸进行吸收,制得硫酸;
C、向步骤A中固液分离得到的液体中加入CO2至沉淀不再产生,然后将沉淀在100℃下烘干,至水分低于0.5%后,粉碎,制得氢氧化铝;
D、按重量份计,将25份高岭石、8份伊利石、9份蒙脱石、15份刚玉粉、18份石英石和5份滑石粉进行,粉碎,过120目筛网,然后投入混料机中混合均匀得混合料,混合料再与步骤C制得的50份氢氧化铝混合均匀,然后加入再加入10份100目锯末、12份粒径为2mm的可发性聚苯乙烯球和5份聚乙烯醇混合均匀得原料粉,加入原料重量1.2倍的水,继续混合得到浆料,将浆料注入模具浇注成砖坯,干燥砖坯,至含量小于3%,然后送入窑中在10h升温至1400℃,然后保温5h,然后在15h降温至800℃,最后自然冷却,完成烧制,制得莫来石耐火砖。
实施例2:一种磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,步骤如下:
A、将磷石膏、粉煤灰、碳酸钠和碳混合并研磨制成生料,生料中,磷石膏和粉煤灰按照1:1重量比的比例混合,碳酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加,碳的混合比例为生料总重量的23%送入工业立窑内焙烧,焙烧温度为1130℃,焙烧时间为5小时,制得熟料,对熟料进行水磨溶出,并进行固液分离,分离时液固体积比为8:1;
B、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选,分离出硫化物,将分离出的硫化物置于45%的富氧环境下,在1200℃下焙烧2小时,焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后,采用浓硫酸进行吸收,制得硫酸;
C、向步骤A中固液分离得到的液体中加入CO2至沉淀不再产生,然后将沉淀在120℃下烘干,至水分低于0.5%后,粉碎,制得氢氧化铝;
D、按重量份计,将20份高岭石、6份伊利石、7份蒙脱石、12份刚玉粉、14份石英石和3份滑石粉进行,粉碎,过100目筛网,然后投入混料机中混合均匀得混合料,混合料再与步骤C制得的40份氢氧化铝混合均匀,然后加入再加入5份80目锯末、6份粒径为1mm的可发性聚苯乙烯球和3份聚乙烯醇混合均匀得原料粉,加入原料重量1.2倍的水,继续混合得到浆料,将浆料注入模具浇注成砖坯,干燥砖坯,至含量小于3%,然后送入窑中在5h升温至1300℃,然后保温2h,然后在10h降温至700℃,最后自然冷却,完成烧制,制得莫来石耐火砖。
实施例3:一种磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,步骤如下:
A、将磷石膏、粉煤灰、碳酸钠和碳混合并研磨制成生料,生料中,磷石膏和粉煤灰按照1:1.2重量比的比例混合,碳酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加,碳的混合比例为生料总重量的14%送入工业立窑内焙烧,焙烧温度为1220℃,焙烧时间为3小时,制得熟料,对熟料进行水磨溶出,并进行固液分离,分离时液固体积比为7:1;
B、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选,分离出硫化物,将分离出的硫化物置于42%的富氧环境下,在1100℃下焙烧5小时,焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后,采用浓硫酸进行吸收,制得硫酸;
C、向步骤A中固液分离得到的液体中加入CO2至沉淀不再产生,然后将沉淀在110℃下烘干,至水分低于0.5%后,粉碎,制得氢氧化铝;
D、按重量份计,将22份高岭石、7份伊利石、8份蒙脱石、13份刚玉粉、15份石英石和4份滑石粉进行,粉碎,过110目筛网,然后投入混料机中混合均匀得混合料,混合料再与步骤C制得的45份氢氧化铝混合均匀,然后加入再加入6份90目锯末、8份粒径为1mm的可发性聚苯乙烯球和4份聚乙烯醇混合均匀得原料粉,加入原料重量1.1倍的水,继续混合得到浆料,将浆料注入模具浇注成砖坯,干燥砖坯,至含量小于3%,然后送入窑中在6h升温至1330℃,然后保温3h,然后在12h降温至730℃,最后自然冷却,完成烧制,制得莫来石耐火砖。
实施例4:一种磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,步骤如下:
A、将磷石膏、粉煤灰、碳酸钠和碳混合并研磨制成生料,生料中,磷石膏和粉煤灰按照1:1.4重量比的比例混合,碳酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加,碳的混合比例为生料总重量的19%送入工业立窑内焙烧,焙烧温度为1250℃,焙烧时间为3小时,制得熟料,对熟料进行水磨溶出,并进行固液分离,分离时液固体积比6:1;
B、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选,分离出硫化物,将分离出的硫化物置于43%的富氧环境下,在1150℃下焙烧3小时,焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后,采用浓硫酸进行吸收,制得硫酸;
C、向步骤A中固液分离得到的液体中加入CO2至沉淀不再产生,然后将沉淀在110℃下烘干,至水分低于0.5%后,粉碎,制得氢氧化铝;
D、按重量份计,将23份高岭石、7份伊利石、8份蒙脱石、13份刚玉粉、16份石英石和4.5份滑石粉进行,粉碎,过110目筛网,然后投入混料机中混合均匀得混合料,混合料再与步骤C制得的46份氢氧化铝混合均匀,然后加入再加入8份90目锯末、9份粒径为1.5mm的可发性聚苯乙烯球和4份聚乙烯醇混合均匀得原料粉,加入原料重量1.1倍的水,继续混合得到浆料,将浆料注入模具浇注成砖坯,干燥砖坯,至含量小于3%,然后送入窑中在7h升温至1350℃,然后保温3h,然后在13h降温至750℃,最后自然冷却,完成烧制,制得莫来石耐火砖。
实施例5:一种磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,步骤如下:
A、将磷石膏、粉煤灰、碳酸钠和碳混合并研磨制成生料,生料中,磷石膏和粉煤灰按照1:1.6重量比的比例混合,碳酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加,碳的混合比例为生料总重量的22%送入工业立窑内焙烧,焙烧温度为1300℃,焙烧时间为2.5小时,制得熟料,对熟料进行水磨溶出,并进行固液分离,分离时液固体积比6:1;
B、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选,分离出硫化物,将分离出的硫化物置于43%的富氧环境下,在1150℃下焙烧3小时,焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后,采用浓硫酸进行吸收,制得硫酸;
C、向步骤A中固液分离得到的液体中加入CO2至沉淀不再产生,然后将沉淀在120℃下烘干,至水分低于0.5%后,粉碎,制得氢氧化铝;
D、按重量份计,将24份高岭石、7份伊利石、8份蒙脱石、13份刚玉粉、17份石英石和3.5份滑石粉进行,粉碎,过115目筛网,然后投入混料机中混合均匀得混合料,混合料再与步骤C制得的42份氢氧化铝混合均匀,然后加入再加入9份95目锯末、8份粒径为1.5mm的可发性聚苯乙烯球和4份聚乙烯醇混合均匀得原料粉,加入原料重量1.1倍的水,继续混合得到浆料,将浆料注入模具浇注成砖坯,干燥砖坯,至含量小于3%,然后送入窑中在8h升温至1380℃,然后保温4h,然后在14h降温至780℃,最后自然冷却,完成烧制,制得莫来石耐火砖。

Claims (10)

1.一种磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,其特征在于,包括如下步骤:
A、将磷石膏、粉煤灰、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料,送入窑内焙烧,制得熟料,对熟料进行水磨溶出,并进行固液分离;
B、将步骤A中固液分离得到的沉淀进行浮选,分离出硫化物,将分离出的硫化物进行焙烧,再将焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后,采用浓硫酸进行吸收,制得硫酸;
C、向步骤A中固液分离得到的液体中加入CO2至沉淀不再产生,然后将沉淀烘干,粉碎,制得氢氧化铝;
D、将高岭石、伊利石、蒙脱石、刚玉粉、石英石和滑石粉进行粉碎,然后投入混料机中混合均匀得混合料,混合料再与步骤C制得的氢氧化铝混合均匀,然后加入再加入锯末、可发性聚苯乙烯球和聚乙烯醇混合均匀得原料粉,加入水,继续混合得到浆料,将浆料注入模具浇注成砖坯,干燥砖坯,然后烧制,制得莫来石耐火砖。
2.根据权利要求1所述的磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,其特征在于:步骤A中,所述添加剂为碳酸钠、硫酸钠或烧碱;所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石;所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
3.根据权利要求1所述的磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,其特征在于:步骤A中,所述的生料中,磷石膏和粉煤灰按照1:1-1.7重量比的比例混合,添加剂添加比例按生料中所含Na2O和Al2O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加,改性剂的混合比例为生料总重量的12-23%;所述焙烧的温度为1130-1380℃,时间为2-5h;所述水磨溶出时的液固体积比为5-8:1。
4.根据权利要求1所述的磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,其特征在于:步骤B中,所述焙烧的温度1000-1200℃;时间为2-5h;条件为将硫化物置于40-45%的富氧环境下。
5.根据权利要求1所述的磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,其特征在于:步骤C中,所述烘干的温度为100-120℃,沉淀烘干后水分低于0.5%。
6.根据权利要求1所述的磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,其特征在于:按重量份计,步骤D中,所述莫来石耐火砖包括20-25份高岭石、6-8份伊利石、7-9份蒙脱石、12-15份刚玉粉、14-18份石英石、3-5份滑石粉、40-50份氢氧化铝、5-10份锯末、6-12份可发性聚苯乙烯球和3-5份聚乙烯醇。
7.根据权利要求1所述的磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,其特征在于:步骤D中,所述原料粉与水的质量比为1:1-1.2。
8.根据权利要求1所述的磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,其特征在于:步骤D中,所述粉碎过100-120目筛网。
9.根据权利要求1所述的磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,其特征在于:步骤D中,所述锯末过80-100目筛;可发性聚苯乙烯球的粒径为1-2mm。
10.根据权利要求1所述的磷石膏和粉煤灰制酸联产莫来石耐火砖的方法,其特征在于:步骤D中,所述烧制是在5-10h内升温至1300-1400℃,然后保温2-5h,然后在10-15h内降温至700-800℃,最后自然冷却。
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