CN108689387A - 一种磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺，包括如下步骤：将磷石膏、粉煤灰、添加剂和改性剂混合研磨制成生料，送入窑内焙烧得熟料；将熟料进行溶出，并进行固液分离；分离得到的溶液制备氧化铝；将制得的氧化铝与高岭土、轻质碳酸钙、碳酸镁、水、分散剂和粘结剂混合后球磨得混合物料，将混合物料干燥、过筛、除铁后加入质量分数为2%的硬脂酸镁混合均匀，然后压制成坯体，坯体高温烧结，冷却后即得氧化铝陶瓷材料；将分离得到的残渣经浮选得硫化物；硫化物加工制得硫酸。本发明具有制备氧化铝陶瓷材料和制酸成本低，废渣利用率高，采用氧化铝粉制备的氧化铝陶瓷材料具有品质高、耐磨性和稳定性高的优点，且制酸工艺简单。

Description

一种磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺
技术领域
本发明涉及一种磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺，属于冶金化工领域。
背景技术
氧化铝陶瓷有较好的传导性、机械强度和耐高温性。需要注意的是需用超声波进行洗涤。氧化铝陶瓷是一种用途广泛的陶瓷，因为其优越的性能，在现代社会的应用已经越来越广泛，满足于日用和特殊性能的需要。在氧化铝陶瓷材料的生产中，由于氧化铝粉的制作工艺复杂、生产成本高，导致氧化铝粉价格贵，大大的增加了氧化铝陶瓷材料的生产成本。
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（CaSO4），其含量一般可达到70-90%左右。此外，磷石膏还含有多种杂质：未分解的磷矿，未洗涤干净的磷酸、氟化钙、铁、铝化合物、酸不溶物、有机质等。我国每年排放磷石膏约2000万吨，累计排量近亿吨。磷石膏在建材方面的利用率不到5%，大量磷石膏渣场占用土地，严重污染环境。
我国是个产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料。我国的能源工业稳步发展，发电能力年增长率为7.3%，电力工业的迅速发展，带来了粉煤灰排放量的急剧增加，燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加，1995年粉煤灰排放量达1.25亿吨，2000年约为1.5亿吨，到2010年将达到3亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。
现目前，针对磷石膏和粉煤灰的综合利用的技术很少，基本上集中在建材和铺路等传统领域，这造成了磷石膏和粉煤灰中大量高价值成分的浪费，附加值非常低。而将磷石膏和粉煤灰综合利用来制氧化铝陶瓷材料，同时联产酸的工艺，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氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺。本发明具有制备氧化铝陶瓷材料和制酸成本低，废渣利用率高，采用氧化铝粉制备的氧化铝陶瓷材料具有品质高、耐磨性和稳定性高的优点，且制酸工艺简单。
本发明的技术方案
一种磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺，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；
B、将步骤A制得的熟料进行溶出，并进行固液分离；
C、向步骤B分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干并灼烧，粉碎得氧化铝粉；
D、将步骤C制得的氧化铝粉与高岭土、轻质碳酸钙、碳酸镁、水、分散剂和粘结剂混合后球磨得混合物料，将混合物料干燥、过筛、除铁后加入质量分数为2%的硬脂酸镁混合均匀，然后压制成坯体，坯体高温烧结，冷却后即得氧化铝陶瓷材料；
E、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
F、将步骤E分离出的硫化物置于30-50%的富氧环境下，在800-1200℃下焙烧3-5h，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。
前述的磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺中，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。
前述的磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺中，步骤A中，所述的生料中，磷石膏和粉煤灰按照1:0.8-1.9重量比的比例混合，添加剂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，改性剂的混合比例为生料总重量的10-25%。
前述的磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺中，步骤A中，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氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺中，步骤A中，是在温度1000-1350℃下焙烧时间1-2h。
前述的磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺中，步骤B中，所述熟料先水磨后溶出；溶出时的液固体积比为4-6:1。
前述的磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺中，步骤C中，所述灼烧是在温度800-1200℃下灼烧时间3-5h。
前述的磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺中，步骤D中，按重量份计，所述混合物料包含氧化铝粉90-100份、高岭土5-8份、轻质碳酸钙2-3份、碳酸镁2-4份、水50-60份、分散剂1-2份和粘结剂1-2份。
前述的磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺中，步骤D中，所述分散剂为ISOBAM-110；所述粘结剂为ISOBAM-104。
前述的磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺中，步骤D中，所述过筛时的筛网目数为200-300目；所述压制坯体的压制压力为5-7MPa，保压时间为50-60s；所述坯体高温烧结时的温度为1500-1600℃，高温烧结的时间为3-4h。
本发明通过将磷石膏和粉煤灰反应、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]，是指通过生料加添加剂和改性剂工艺，生成的金属硫化物；浸出熟料中的铝酸钠后，将得到的沉淀物浮选即可得到金属硫化物。
有益效果
1、本发明通过利用磷石膏和粉煤灰作为原料，并加入添加剂和改性剂之后，在高温焙烧的工艺下得到主要含硅酸盐、铝酸盐和硫化物的熟料，而该铝酸盐的主要成分为铝酸钠，将铝酸钠水溶出后即可进行回收，而固体残渣浮选之后，得到硫化物，采用硫化物制备硫酸，
通过回收的铝酸钠制备氧化铝，将氧化铝与其它原料制备氧化铝陶瓷材料，由于整个工艺中主要以磷石膏和粉煤灰为原料，添加少量其他物质即可，因此，大大降低了制酸和氧化铝陶瓷材料的成本投入。还大大增加了磷石膏和粉煤灰废渣的利用率，为缓解磷石膏和粉煤灰对环境的污染具有重要的贡献。
2、本发明通过的原料通过焙烧后，得到的成分分明，铝主要以铝酸钠形式存在，利用铝酸钠极易溶于水的特性，可简单快速的将其分离并用于制备氧化铝，将氧化铝与其它原料制备氧化铝陶瓷材料，氧化铝陶瓷材料具有品质高、耐磨性和稳定性高的优点，且氧化铝陶瓷材料成本低。
3、本发明将工艺中的固体残渣浮选之后，得到硫化物，采用硫化物制备硫酸，制酸的成本低，制酸工艺简单。
为进一步证明本发明的效果，发明人做了如下检测。
1、氧化铝陶瓷材料的检测
发明人分别对以下五组实施例中的氧化铝陶瓷材料进行性能检测，检测结果见表1；
通过表1本发明氧化铝陶瓷材料检测结果表分析得到，本发明氧化铝陶瓷材料的密度大、硬度高、线性收缩率稳定，具有品质高、耐磨性和稳定性高的优点。
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氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、粉煤灰、碳酸钠和无烟煤混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1000℃下焙烧时间1.5h，制得熟料；其中，磷石膏和粉煤灰按照1:0.8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，无烟煤的混合比例为生料总重量的10%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为4:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
D、将步骤C分离出的硫化物置于30%的富氧环境下，在800℃下焙烧5h，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；
E、向步骤B分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干，在温度800℃下灼烧时间5h后粉碎得氧化铝粉；
F、将步骤E制得的氧化铝粉与高岭土、轻质碳酸钙、碳酸镁、水、分散剂和粘结剂混合后球磨得混合物料，将混合物料干燥、过筛、除铁后加入质量分数为2%的硬脂酸镁混合均匀，然后在压力为5MPa，保压时间为50s压制成坯体，坯体在温度为1500℃下，高温烧结3h，冷却后即得氧化铝陶瓷材料；其中按重量份计，所述混合物料包含氧化铝粉90份、高岭土5份、轻质碳酸钙2份、碳酸镁2份、水50份、分散剂1份和粘结剂1份；所述分散剂为ISOBAM-110；所述粘结剂为ISOBAM-104；所述过筛时的筛网目数为200目。
实施例2：一种磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、粉煤灰、硫酸钠和碳混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1200℃下焙烧时间2h，制得熟料；其中，磷石膏和粉煤灰按照1:1.1重量比的比例混合，烧碱添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1.2添加，碳的混合比例为生料总重量的15%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为5:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
D、将步骤C分离出的硫化物置于35%的富氧环境下，在900℃下焙烧4h，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；
E、向步骤B分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干，在温度1000℃下灼烧时间4h后粉碎得氧化铝粉；
F、将步骤E制得的氧化铝粉与高岭土、轻质碳酸钙、碳酸镁、水、分散剂和粘结剂混合后球磨得混合物料，将混合物料干燥、过筛、除铁后加入质量分数为2%的硬脂酸镁混合均匀，然后在压力为6MPa，保压时间为55s压制成坯体，坯体在温度为1550℃下，高温烧结4h，冷却后即得氧化铝陶瓷材料；其中按重量份计，所述混合物料包含氧化铝粉90份、高岭土6份、轻质碳酸钙3份、碳酸镁2份、水55份、分散剂1份和粘结剂1份；所述分散剂为ISOBAM-110；所述粘结剂为ISOBAM-104；所述过筛时的筛网目数为250目。
实施例3：一种磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、粉煤灰、烧碱和煤矸石混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1300℃下焙烧时间1.5h，制得熟料；其中，磷石膏和粉煤灰按照1:1.3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，煤矸石的混合比例为生料总重量的20%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为6:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
D、将步骤C分离出的硫化物置于45%的富氧环境下，在1000℃下焙烧3h，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；
E、向步骤B分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干，在温度1100℃下灼烧时间3h后粉碎得氧化铝粉；
F、将步骤E制得的氧化铝粉与高岭土、轻质碳酸钙、碳酸镁、水、分散剂和粘结剂混合后球磨得混合物料，将混合物料干燥、过筛、除铁后加入质量分数为2%的硬脂酸镁混合均匀，然后在压力为7MPa，保压时间为60s压制成坯体，坯体在温度为1600℃下，高温烧结3h，冷却后即得氧化铝陶瓷材料；其中按重量份计，所述混合物料包含氧化铝粉95份、高岭土6份、轻质碳酸钙3份、碳酸镁2份、水55份、分散剂1.5份和粘结剂1份；所述分散剂为ISOBAM-110；所述粘结剂为ISOBAM-104；所述过筛时的筛网目数为300目。
实施例4：一种磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、粉煤灰、碳酸钠和煤矸石混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1350℃下焙烧时间1h，制得熟料；其中，磷石膏和粉煤灰按照1:1.6重量比的比例混合，烧碱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，煤矸石的混合比例为生料总重量的25%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为5:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
D、将步骤C分离出的硫化物置于45%的富氧环境下，在1200℃下焙烧3h，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；
E、向步骤B分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干，在温度1200℃下灼烧时间3h后粉碎得氧化铝粉；
F、将步骤E制得的氧化铝粉与高岭土、轻质碳酸钙、碳酸镁、水、分散剂和粘结剂混合后球磨得混合物料，将混合物料干燥、过筛、除铁后加入质量分数为2%的硬脂酸镁混合均匀，然后在压力为6MPa，保压时间为60s压制成坯体，坯体在温度为1600℃下，高温烧结4h，冷却后即得氧化铝陶瓷材料；其中按重量份计，所述混合物料包含氧化铝粉95份、高岭土6份、轻质碳酸钙3份、碳酸镁3份、水60份、分散剂1.5份和粘结剂1.5份；所述分散剂为ISOBAM-110；所述粘结剂为ISOBAM-104；所述过筛时的筛网目数为250目。
实施例5：一种磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺，步骤如下：
A、将磷石膏、粉煤灰、硫酸钠和无烟煤混合并研磨制成生料，送入工业回转窑内在温度1200℃下焙烧时间2h，制得熟料；其中，磷石膏和粉煤灰按照1:1.9重量比的比例混合，烧碱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，无烟煤的混合比例为生料总重量的20%；
B、将步骤A制得的熟料以液固体积比为4:1进行水磨溶出，并进行固液分离；
C、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
D、将步骤C分离出的硫化物置于50%的富氧环境下，在1100℃下焙烧4h，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；
E、向步骤B分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干，在温度1200℃下灼烧时间5h后粉碎得氧化铝粉；
F、将步骤E制得的氧化铝粉与高岭土、轻质碳酸钙、碳酸镁、水、分散剂和粘结剂混合后球磨得混合物料，将混合物料干燥、过筛、除铁后加入质量分数为2%的硬脂酸镁混合均匀，然后在压力为7MPa，保压时间为60s压制成坯体，坯体在温度为1600℃下，高温烧结4h，冷却后即得氧化铝陶瓷材料；其中按重量份计，所述混合物料包含氧化铝粉100份、高岭土8份、轻质碳酸钙3份、碳酸镁4份、水60份、分散剂2份和粘结剂2份；所述分散剂为ISOBAM-110；所述粘结剂为ISOBAM-104；所述过筛时的筛网目数为300目。

Claims (10)

1.一种磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺，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；
B、将步骤A制得的熟料进行溶出，并进行固液分离；
C、向步骤B分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干并灼烧，粉碎得氧化铝粉；
D、将步骤C制得的氧化铝粉与高岭土、轻质碳酸钙、碳酸镁、水、分散剂和粘结剂混合后球磨得混合物料，将混合物料干燥、过筛、除铁后加入质量分数为2%的硬脂酸镁混合均匀，然后压制成坯体，坯体高温烧结，冷却后即得氧化铝陶瓷材料；
E、将步骤B分离得到的残渣经浮选，分离得硫化物；
F、将步骤E分离出的硫化物置于30-50%的富氧环境下，在800-1200℃下焙烧3-5h，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。
2.根据权利要求1所述的磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺，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。
3.根据权利要求1所述的磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺，其特征在于：步骤A中，所述的生料中，磷石膏和粉煤灰按照1:0.8-1.9重量比的比例混合，添加剂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，改性剂的混合比例为生料总重量的10-25%。
4.根据权利要求1所述的磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺，其特征在于：步骤A中，所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
5.根据权利要求1所述的磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺，其特征在于：步骤A中，是在温度1000-1350℃下焙烧时间1-2h。
6.根据权利要求1所述的磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺，其特征在于：步骤B中，所述熟料先水磨后溶出；溶出时的液固体积比为4-6:1。
7.根据权利要求1所述的磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺，其特征在于：步骤C中，所述灼烧是在温度800-1200℃下灼烧时间3-5h。
8.根据权利要求1所述的磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺，其特征在于：步骤D中，按重量份计，所述混合物料包含氧化铝粉90-100份、高岭土5-8份、轻质碳酸钙2-3份、碳酸镁2-4份、水50-60份、分散剂1-2份和粘结剂1-2份。
9.根据权利要求1所述的磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺，其特征在于：步骤D中，所述分散剂为ISOBAM-110；所述粘结剂为ISOBAM-104。
10.根据权利要求1所述的磷石膏和粉煤灰制氧化铝陶瓷材料联产酸的工艺，其特征在于：步骤D中，所述过筛时的筛网目数为200-300目；所述压制坯体的压制压力为5-7MPa，保压时间为50-60s；所述坯体高温烧结时的温度为1500-1600℃，高温烧结的时间为3-4h。
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