CN115196952B

CN115196952B - 一种堇青石的制备方法

Info

Publication number: CN115196952B
Application number: CN202210652715.XA
Authority: CN
Inventors: 冯建明; 周丽; 高永涛; 林炼; 史兴顺; 冯英; 刘松柏
Original assignee: Shanxi Chaobai Calcined Kaolin Co ltd
Current assignee: Shanxi Chaobai Calcined Kaolin Co ltd
Priority date: 2022-06-08
Filing date: 2022-06-08
Publication date: 2023-06-20
Anticipated expiration: 2042-06-08
Also published as: CN115196952A

Abstract

本发明公开了一种堇青石的制备方法，包括如下步骤：将煤矸石、海泡石、菱镁矿风化石和高铝熟料作为原料，其中，高铝熟料中包括煅烧后的高铝矾土细粉和/或工业a‑Al₂O₃粉；将所述原料按一定重量比进行复配，再进行湿法研磨，得到复合浆料；对所述复合浆料进行压滤、打散和成型，得到坯体；将所述坯体进行干燥、煅烧和冷却，得到堇青石熟料产品，其中，煅烧包括第一次煅烧和第二次煅烧，所述第一次煅烧的煅烧气氛为氧化气氛，煅烧温度为750～1000℃；所述第二次煅烧的煅烧气氛为还原气氛，煅烧温度为1320～1450℃。本发明提供的堇青石的制备方法原料来源广泛、成本低廉，且制成的堇青石气孔率低。

Description

一种堇青石的制备方法

技术领域

本发明涉及材料合成与制备技术领域，特别地，涉及一种堇青石的制备方法。

背景技术

堇青石是一种具有多用途的非金属矿物原料，其最大的特性是具有极低的热膨胀系数，它既可作为添加料与其它材料复合制备成复合材料提高材料的抗热震性性能，又可以单独作为基体材料来使用，被广泛应用于冶金、电子、汽车、化工、环境保护等领域，可用作优质的耐火材料、电子封装材料、催化剂载体、泡沫陶瓷、生物陶瓷、印刷电路板和低温热辐射材料等。

天然的堇青石矿物原料很少，因此常常采用人工合成的方法合成堇青石材料。但是现有人工合成堇青石的方法工艺复杂，孔隙率高。

发明内容

本发明提供了一种堇青石的制备方法，以解决现有合成堇青石的方法工艺复杂，孔隙率高的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种堇青石的制备方法，包括如下步骤：

S1、将煤矸石、海泡石、菱镁矿风化石和高铝熟料作为原料，混合后形成复合料；

S2、将所述原料进行湿法研磨，得到复合浆料；

S3、对所述复合浆料进行压滤、打散和成型，得到坯体；

S4、将所述坯体进行干燥、煅烧和冷却，得到堇青石产品，

其中，煅烧包括第一次煅烧和第二次煅烧，所述第一次煅烧的煅烧气氛为氧化气氛，煅烧温度为750～1000℃，煅烧时间为16～34h；所述第二次煅烧的煅烧气氛为还原气氛，煅烧温度为1320～1450℃，煅烧时间为8～12h。

进一步地，所述煤矸石中包括SiO₂和Al₂O₃，其中Al₂O₃的含量不低于40％。

进一步地，所述煤矸石的烧失量为20～22％。

进一步地，所述海泡石中包括SiO2和MgO，其中MgO的含量不低于15％。

进一步地，所述菱镁矿风化石中包括SiO₂和MgO，其中MgO的含量不低于30％。

进一步地，所述高铝熟料包括煅烧后的高铝矾土粉和/或工业a-Al₂O₃粉。

进一步地，所述复合料中Al₂O₃的质量占比为34～36％；所述复合料中MgO的质量占比为13～15％。

进一步地，步骤(2)中所述复合浆料中90％及以上的粉体粒径不大于2μm。

进一步地，步骤(3)中压滤后物料的含水量为20～25％。

进一步地，步骤(4)中干燥温度为20～150℃，干燥时间为16～24h。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的堇青石的制备方法原料来源广泛。

煤矸石是采煤过程中形成的工业废弃物；菱镁矿风化石中二氧化硅含量高，并且由于风化作用导致沙化现象严重，不能直接进入轻烧窑进行轻烧；海泡石价格低廉，具有粘性，既可以作为MgO和SiO₂的来源，又可以作为塑性剂；将三者作为合成堇青石的主要原料，不仅可以通过高温固相反应合成出性能优良的堇青石材料，而且还释放了废弃物占用的空间，缓解了工业废弃物对自然环境的危害。

(2)本发明提供的制备方法制成的堇青石产品气孔率低。

本发明的制备方法中采用湿法研磨，增加了粉体的比表面积，使得煤矸石中固定碳溢出后在坯体中留下的空隙小且多为封闭气孔，降低坯体的气孔率；本发明还采用分阶段煅烧，第一次煅烧温度符合煤矸石中C和有机物移除的温度且保证足够的停留时间，使坯体中的C和有机物充分移除，不仅能充分规避“黑心”现象，还能降低气孔率。

(3)本发明提供的制备方法生产成本低廉。

本申请的复合浆料采取压滤的方式使多余水分被除掉，而不需要采取热加工方式，可有效规避热能损耗，大大降低生产成本。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明所用煤矸石的差热分析图谱；

图2是本发明实施例1所得堇青石产品的XRD图谱。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。

在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或多种”中的“多种”的含义是两种及以上，“一个或多个”中的“多个”的含义是两个及以上。

堇青石的分子式为2MgO.2Al₂O₃.5SiO₂，理论组成为13.7％，34.9％，51.4％。堇青石因其具有极低的热膨胀系数和较高的耐热性作为抗热冲击材料而应用于陶瓷窑具、汽车尾气处理触媒载体、陶瓷换热器等方面，而因其低的介电损耗特性应用于电子器件中。然而，由于堇青石具有很窄的烧成温度范围，使得其在没有烧结剂的情况下很难烧结致密。烧结助剂的使用虽然可以得到致密的烧结体，但其使用温度、热膨胀系数以及介电性能则会受到不同程度的影响，合成纯度高致密化的原料，以使堇青石更充分展示出其本征特性是人们所期望的。因此长期以来，很多研究工作者从事这方面的研究，最为代表的有：

(1)利用高纯氧化物原料合成堇青石。

天然原料由于化学成分波动大，杂质含量高，容易造成合成堇青石熟料质量不稳定，外观颜色杂，影响了其使用性能。因此采用轻烧氧化镁、工业氧化铝、硅微粉等高纯原料，添加含钾、含钙(矿化剂)以及堇青石微粉作为矿化剂人工合成堇青石。

(2)采用天然原料合成堇青石。按照堇青石的理论组成拟定配方，合成堇青石原料，这也是目前国内工业化生产最常用的一种方法。利用天然原料合成堇青石要最大限度地确保原料来源稳定、化学组成变化不大、杂质低、质量稳定且价格便宜。因此焦宝石成为首选。选取焦宝石、滑石和a-Al₂O₃等原料人工合成堇青石。

(3)先将选用原料按一定比例在经过研磨、造坯、干燥后再经过1000℃的轻烧 (一步煅烧)，将获得的轻烧料再经过破碎、研磨，引入矿化剂混拌后，采用压力机压制成型后再进行煅烧(二步煅烧)获得人工合成堇青石原料。

总的来说，堇青石的合成方法主要有：①天然矿物高温固相合成反应合成堇青石；②高纯氧化物高温固相反应法合成堇青石；③利用工业、农业产生的废料合成堇青石；④湿化学法合成堇青石；⑤低温燃烧法合成法。目前，主要采用固相反应合成堇青石。

现有的合成方法的主要缺点包括如下两个方面：

(1)采用高纯原料合成堇青石。

现有技术选用轻烧氧化镁、工业氧化铝、硅微粉等高纯原料，由于原料纯度高，在高温下产生的液相量少，不利于堇青石的合成，容易造成晶格缺陷，也不容易获得致密的堇青石熟料。而且轻烧氧化镁粉不易保存，容易受潮结块，降低其反应活性；工业氧化铝价格较高，会增加生产成本，因此该方法较难在工业化生产中实施。

(2)利用焦宝为原料合成堇青石。

焦宝石中Al₂O₃含量在44％左右，成分稳定，质地均匀、结构致密，是优质的硬质粘土熟料，它多用于生产优质粘土质耐火材料，产地仅限于山东、河南等地，资源受限，同时该方法中引入a-Al₂O₃，其价格价高，会导致合成堇青石的成本高。

(3)采用二步煅烧法合成堇青石

将所选原料按一定比例配好后，经过一定的成型方式制成坯体，先经过1000℃的处理，获得轻烧料，进而进行后续生产，这样不仅浪费第一次干燥所需的能源，而且工艺线复杂，同样会导致合成堇青石的成本较高。

本申请第一方面的实施例提供一种堇青石的制备方法，包括如下步骤：

S2、将所述原料进行湿法研磨，得到复合浆料；

S3、对所述复合浆料进行压滤、打散和成型，得到坯体；

S4、将所述坯体进行干燥、煅烧和冷却，得到堇青石产品，

本申请以“煤矸石-菱镁矿风化石-海泡石”体系人工合成堇青石，以质量百分含量计，各原料占比如下：煤矸石35～55％、海泡石10～28％、菱镁矿风化石15～30％和高铝熟料5～20％。

本申请选择煤矸石作为提供产品中Al₂O₃和SiO₂组分的材料、海泡石作为提供产品中MgO和SiO₂组分的材料、菱镁矿风化石作为提供产品中MgO和SiO₂组分的材料；本申请选用5～20％的高铝熟料作为Al₂O₃组分的补充。其中，煤矸石是采煤过程中形成的工业废弃物；菱镁矿风化石由于二氧化硅含量高，并且由于风化作用导致沙化现象严重，不能直接进入轻烧窑进行轻烧，拟属于工业废弃物；本项目将该两种工业废料作为合成堇青石的原料使用，不仅可以通过高温固相反应合成出性能优良的堇青石材料，而且还释放了废弃物占用的空间，缓解了工业废弃物对自然环境的危害；海泡石价格低廉，具有粘性，既可以作为MgO和SiO₂的来源，又可以作为塑性剂。本申请把三者合理运用，不仅具有经济效益，还具有巨大的社会效益。

根据本申请的实施例，在煅烧阶段，第一次煅烧采用氧化气氛下，是因为煤矸石中的C和有机物燃烧需要氧气，且氧气充足有利于坯体内部的C和有机物移除；如果氧气不充分，内部的C和有机物不排除，会造成“黑心”；第二次煅烧采取还原气氛，是因为Fe₂O₃、TiO₂的化合价保持低价位，可以保证烧后堇青石的白度。

在本申请的实施例中，煤矸石中包括SiO₂和Al₂O₃，其中Al₂O₃的含量不低于40％。

煤矸石是我国具有优势的非金属矿物资源。煤矸石是采煤过程中形成的工业废弃物。我国大多数地区所产煤矸石大部分以高岭土为主要成分，山西、内蒙一带部分煤层中所产煤矸石中高岭石可达90％以上，其主要成分为Al₂O₃和SiO₂，而且Al₂O₃的含量尤为可观，常规在40-46％，高的可达55-60％，而其它杂质如Fe₂O₃、K₂O、Na₂O 等含量甚微。

在本申请的实施例中，所述海泡石中包括SiO₂和MgO，其中MgO的含量不低于15％。

海泡石是一种耐高温性能稳定的无机粘土材料。它的结构一般认为由类似滑石的板条所组成的，具有两层硅氧四面体，中间夹一层镁的八面体层，因其特殊的晶体结构而具有良好的稳定性能，同时属于无污染、环保、廉价的无机材料，可以广泛应用于各个工业领域：如建筑、陶瓷工艺、催化剂制备、颜料合成、石油精炼、环保、塑料等多个领域，对我国工业发展影响巨大，同时人们也开始逐渐重视对海泡石的创新应用及技术开发，加快构建高精尖的海泡石产业链，以解决产品附加值低的问题。

在本申请的实施例中，所述菱镁矿风化石中包括SiO₂和MgO，其中MgO的含量不低于30％。

菱镁矿风化石由于二氧化硅含量高，并且由于风化作用导致沙化现象严重，不能直接进入轻烧窑进行轻烧，基于以上两点，所以菱镁矿风化石不能满足耐火材料的生产需要，长期以来一直受到人们的忽视，成为矿山废弃物，其MgO可达33％以上，本申请所采用的原料都需加工成超细粉的形式，不影响使用效果。菱镁矿风化石杂质含量高，尤其是CaO，过多的CaO会在合成过程中形成钙镁橄榄石、镁硅钙石、硅酸二钙。

在本申请的实施例中，所述高铝熟料包括煅烧后的高铝矾土粉和/或工业a-Al₂O₃粉。

煅烧后的高铝矾土粉和/或工业a-Al₂O₃粉作为Al₂O₃组分的补充，加入量为 5～20％。其中，所述煅烧后的高铝矾土的煅烧温度大于1380℃。本申请的主体原料煤矸石、海泡石、菱镁矿风化石等烧失量都很大，烧结时自由水、结构水、C、有机物等的移除会留下空隙，降低坯体的体积密度，因此本申请的少量高铝料均采用烧失量很小的熟料，一方面降低复合料的总烧失量，另一方面高铝熟料的粉体形成骨架，形成毛细通道，有利于自由水、结构水、C、有机物等的移除。

在本申请的实施例中，所述复合料中Al₂O₃的质量占比为34～36％；所述复合料中MgO的质量占比为13～15％。

一方面，为了确保复合料的Al₂O₃在34～36％之间。煤矸石中Al₂O₃的波动很大，由于本申请以煤矸石为主体原料，因此选用Al₂O₃不小于40％的煤矸石。为了扩大原料来源，本申请把煤矸石的烧失量提高到20-22％。煤矸石中烧失量高意味着C和有机物高，在其煅烧过程中如果不能够完全排除，易形成“黑心”，严重降低煅烧后的产品质量，因此高烧失量的煤矸石目前处于边缘化，很少被用于人工合成料中，本申请启用这些边缘化的煤矸石，旨在深化固废利用。

另一方面，为了满足复合料中Al₂O₃含量的要求，本申请采用煅烧后的高铝矾土粉、工业a-Al₂O₃粉中的一种或二种作为高铝熟料。其中，煅烧后的高铝矾土粉中Al₂O₃含量不小于75％，高铝熟料的总加入量占复合料重量的5-20％。

为了确保复合料的MgO在13～15％之间，合成堇青石原料中，MgO是不可缺少的成分。本申请采用海泡石、菱镁矿风化石为原料。菱镁矿风化石的MgO一般不小于30％，是一种重要的镁质原料，但是其烧失量一般在23％以上，且矿山废弃物中杂质含量高，尤其是CaO的含量，Ca很容易替代Mg，在合成过程中会形成除堇青石相以外的其他矿物相，降低堇青石相的含量。因此，为了规避引进过多的CaO，本申请把海泡石作为引入MgO成分的另一个来源。海泡石原料的MgO不小于15％，海泡石塑性好，在水中的分散性高，加之其SiO₂含量在58％。SiO₂是合成堇青石的一个重要组成。本申请的主体原料为煤矸石，塑性差，压坯时不易致密，海泡石充当塑性剂，提高坯体的致密性。

在本申请的实施例中，步骤(2)中的湿法研磨为超细研磨，研磨后复合浆料中90％及以上的粉体粒径不大于2μm。

根据本申请的实施例，上述超细研磨后粉体粒径通过2μm达90％及以上，一方面可以提高粉体的高温烧结活性，另一方面原料的结合水、有机物逸出时留下微气孔，多数可以形成封闭式微气孔。

在本申请的实施例中，步骤(3)中压滤后物料的含水量为20～25％。

影响合成堇青石气孔率的原因主要有三点：①素坯中存在气孔率；②原料中的结构水和有机物在一定温度下会逸出，而后留下孔隙；③堇青石形成过程所带来的缺陷。

首先，素坯在形成过程中，由于原料的粒度和成型方式的不同，素坯内部会存在一些气孔。减小素坯中的气孔率，能有助于减小堇青石产品的气孔率。

为了减小素坯的气孔率，本申请采取了如下措施：

(1)本申请所采用海泡石原料，具有很好的塑性，提高复合料的和易性，降低素坯的气孔率；

(2)采用湿法进行超细研磨，使得复合料的粒径2μm的通过率在90％以上，增加复合料粉体的比表面积，使得粉体之间接触面积增大，有利于提高素坯的致密性；

(3)湿磨后的泥浆采取压滤处理，粉体与粉体之间紧密接触；

(4)采取真空挤塑成型，提高素坯的体积密度；

其次，原料中的结构水和有机物在一定温度下会逸出，而后留下孔隙，将此空隙形成闭口气孔，从而减小开口孔隙，能有效降低堇青石产品的气孔率。

为了减小堇青石产品的气孔率，本申请采取了如下措施减小开口孔隙：

(1)本申请设置坯体在干燥温度为20～150℃，干燥时间为16～24h，旨在在低温下，让坯体的表面水缓慢排除，从表面到坯体中心形成湿度梯度，进而水分子的移除会留下毛细通道，为后期C的排除奠定出路。

(2)本申请原料引用烧失量为20-22％的煤矸石，煤矸石中C和有机物的移除，会留下大量的空隙，增大堇青石产品的气孔率，为克服这一缺陷，本申请采取超细研磨，使C粒子的粒径变小，移除时留下的空隙也就小；采用高铝熟料为原料，高铝熟料的粉粒在微观上起到“骨架”的作用，为C和有机物的移除形成毛细“通道”，以遍C和有机物的移除留下更多的封闭气孔。

最后，堇青石形成过程中所带来的结构缺陷会导致气孔产生。

为了降低堇青石产品的气孔率，本申请采取如下措施降低堇青石形成过程中产生的结构缺陷：

(1)本申请采取分段式煅烧，第一阶段温度为750-1000℃，此温度范围也是菱镁矿的轻烧温度，轻烧后的MgO具有极高的反应活性；第一阶段隧道式煅烧器的温度可以从500-1000℃呈曲线设置。

(2)本申请将所有原料湿法供磨，增加了原料的均匀性和提供原料粉体的比表面积，提高物料的高温反应活性，降低高温煅烧时物料的反应缺陷。

(3)本申请坯体采取分段煅烧，第二次煅烧采用还原气氛，使得Fe₂O₃处于低价态，更容易形成固溶体，有助于改善烧结过程中产生的缺陷。

另一方面，本申请采用煤矸石的烧失量高，为保证，坯体中心的C不易移除，为此本申请采取分阶段煅烧的方式。

采用分体式阶段煅烧，隧道式煅烧器分为两段：第一段和第二段为各自独立的隧道式，两段煅烧器之间通过窑车摆渡车链接。在煅烧器的第一段发生第一次煅烧；在煅烧器的第二段发生第二次煅烧，第一次煅烧的煅烧温度为750-1000℃，第二次煅烧的煅烧温度为1320-1450℃。第一次煅烧时间为16～34h，第二次煅烧时间为8～12h，第一次煅烧时间是第二次煅烧时间至少2倍，之所以这样设置的原因如下：

①本申请引用煤矸石合成的堇青石产品不同于现有技术，首先本申请使用煤矸石原矿，不需要对其进行轻烧，简化生产工艺流程；其次，本申请引用煤矸石为主要原料，用量达35％以上，不同于其他引入量较小，作为造孔剂而生产多孔的轻质产品；或者引用烧失量在15-16％的煤矸石，它们的烧失量接近生铝矾土，烧失量主要来源于结构水，C和有机物不足1％，该种煤矸石适用于很多领域，相应的原料成本也会提高；最后，本所起引入的煤矸石的烧失量很大，范围在20-22％，含有4-5.5％的C和有机物，且工业化生产的堇青石熟料为致密性产品。

②本申请所用原料为固废利用，采用烧失量高的煤矸石为主要原料并不经过轻烧处理。煤矸石的烧失量高意味着其C和有机物的含量也就高。常规应用这类煤矸石，最担心的是如何将C和有机物的移除，如果C和有机物逸出不完全，烧后的熟料有“黑心”，严重影响产品质量，甚至产生无用的废料。为了规避这一缺陷，通常的方法是先将煤矸石进行低温煅烧后作为原料使用，这样使工艺流程复杂化。

③煤矸石的C和有机物的移除，根据其差热分析显示，一般集中在525-1000℃ (见附图1)。C和有机物的移除，要发生如下反应：

C+O₂→CO₂↑ (1)

2C_XH_Y+(2X+Y/2)O₂→2XCO₂↑+Y H₂O (2)

其中，X和Y为正整数。

从反应式(1)和(2)可以看出，C和有机物的移除，既需要一定的温度又需要消耗大量的O₂，只有同时满足才能实现C和有机物的移除。也就意味着隧道式煅烧器的空气过剩系数较高，同时需要有足够的停留时间，否则煅烧后的产品颜色不均匀，表面为“灰色”，给产品带来瑕疵。

④在一体式煅烧方式中几乎不直接用煤矸石原矿，即使用也只能作为造孔剂生产多孔的轻质料。在一体式煅烧方式的实际生产中为了确保坯体的脱碳时间最直接的办法是延长进车时间，这样生产能力低下；本申请采用分体式隧道煅烧器，第一段使用温度低，对高温设备的要求相应的低，可以采取与第二阶段不一样的容量，使坯体在第一阶段的煅烧时间是第二阶段的煅烧时间至少两倍，即使煤矸石的加入量发生变化，均可确保坯体中的C和有机物有足够的时间移除,确保第二段隧道式煅烧器的进车间隔的稳定性，为提高第二段隧道式煅烧器的生产能力奠定基础。

⑤本申请采用的煤矸石自身烧失量在20-22％，可以节约该段的能耗。

另一方面，为了降低制备堇青石产品的成本，本申请采取如下措施：

(1)本申请直接使用煤矸石，不需要轻烧，简化生产工艺；

(2)本申请引入的海泡石资源丰富，价格低廉，煤矸石、菱镁矿风化石均属于工业废弃物，且对其原矿的存在状态没有要求；

(3)本申请的泥浆采取压滤方式消除水份，相比机械方式更能节约热能；

(4)本申请引入烧失量较大的煤矸石，使得坯体第一段煅烧时几乎依赖坯体自身的热值维持燃烧，第一段煅烧时几乎不产生能耗，大大降低生产成本；

(5)本申请的坯体实施分段式煅烧，第二段的煅烧部分可以提高进车速率，大大提高第二段隧道式煅烧窑的产能。

与现有技术相比，本申请具有如下优点：

(1)原料来源广泛：本申请选用煤矸石、海泡石、菱镁矿风化石，不仅来源广泛，价格低廉；

(2)可实现工业化生产：本申请的生产工艺在本公司均属成熟工艺，易实现工业化生产；

(3)本申请工艺参数调节适应性强：堇青石的配料严密，Al₂O₃、SiO₂、MgO三者的配比均需限制在一定范围，且堇青石的烧成温度范围窄，一般仅有20℃。本申请采取二步煅烧，第二步煅烧的温度可以在1320～1450℃之间调整，保温时间可以在 7～14h内随意调整，对配方的容忍度较大；

(4)生产成本低：本申请所用的煤矸石、菱镁矿风化石都是工业废弃物，且在使用前不需要预煅烧处理，简化工艺和降低能耗；本申请的浆料中水分采用挤滤这种机械方式，规避以加热的方式除掉多余水分，可节约能源。

实施例

下述实施例更具体地描述了本申请公开的内容，这些实施例仅仅用于阐述性说明，因为在本申请公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明，以下实施例中所报道的所有份、百分比、和比值都是基于重量计，而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得，并且可直接使用而无需进一步处理，以及实施例中使用的仪器均可商购获得。

实施例中所用原料成分与烧失量如表1所示。

表1实施例中所用原料化学成分与烧失量

实施例1

(1)配置1000t的混合粉料(混合粉的Al₂O₃：35.3％，SiO₂：45.1％，MgO：13.9％)：以重量百分比计，煤矸石58％，海泡石13％、菱镁矿24％、高铝熟料5％，其中，5％的高铝熟料的组成为：4％的煅烧后的高铝矾土粉和1％的工业a-Al₂O₃粉；

(2)将上述物料加入超细研磨机，物料：水＝45：55，进行湿磨，使粉料-2μm在 90％以上；

(3)将浆料泵送至压滤机组，进行压滤，控制压滤后饼料的水分在20-25％；卸下的滤饼经皮带输送至打散机，进行三次打散，送入存料库备用；

(4)将打散的物料输送至真空挤泥机，制作成坯体，用机器人码放在窑车上；

(5)将半成品坯体随窑车进入隧道式干燥器在20～150℃下干燥20～28小时，干燥后的砖坯进入第一隧道式煅烧器，在750～1000℃、氧化气氛下低温煅烧26～34 小时；然后进入第二隧道窑煅烧带在1380～1420℃、还原气氛下烧制10～14h，然后在隧道窑冷却带冷却26h，经鄂式破碎机破碎后，得人工合成堇青石骨料1。

对获得的堇青石骨料1进行XRD测试，结果如附图2所示，其中堇青石相约占 96％。

实施例2

(1)配置1000t的混合粉料(混合粉的Al₂O₃：35.48％，SiO₂：42.46％，MgO：14.32％)：以重量百分比计，煤矸石38％，海泡石20％、菱镁矿22％、煅烧后的高铝矾土粉20％；

(2)将上述物料加入超细研磨机中，物料：水＝45：55，进行湿磨，使粉料-2μm 在90％以上；

(5)将半成品坯体随窑车进入隧道式干燥器在20～150℃下干燥16～20小时，干燥后的砖坯进入第一隧道式煅烧器，在750～1000℃、氧化气氛下预热22～28小时；然后进入第二隧道窑煅烧带在1350～1390℃、还原气氛下烧制8～10h，然后在隧道窑冷却带冷却26h，经鄂式破碎机破碎后，得人工合成堇青石骨料2。

实施例3

(1)配置1000t的混合粉料(混合粉的Al₂O₃：34.83％，SiO₂：43.18％，MgO：13.16％)：以重量百分比计，煤矸石36％，海泡石28％、菱镁矿16％、煅烧后的高铝矾土粉20％；

(5)将半成品坯体随窑车进入隧道式干燥器在20～150℃下干燥20～24小时，干燥后的砖坯进入第一隧道式煅烧器，在750～1000℃、氧化气氛下低温煅烧20～24 小时；然后进入第二隧道式煅烧器，在1340～1380℃、还原气氛下烧制10～12h，然后在隧道窑冷却带冷却26h，经鄂式破碎机破碎后，得人工合成堇青石骨料3。

实施例4

(1)配置1000t的混合粉料(混合粉的Al₂O₃：34.43％，SiO₂：44.42％，MgO：14.42％)：以重量百分比计，煤矸石48％，海泡石18％、菱镁矿23％、煅烧后的高铝矾土粉11％；

(5)将半成品坯体随窑车进入隧道式干燥器在20～150℃下干燥18～24小时，干燥后的砖坯进入第一隧道式煅烧器，在750～1000℃、氧化气氛下预热24～32小时；然后进入第二隧道式煅烧器，在1360～1400℃、还原气氛下烧制9～12h，然后在隧道窑冷却带冷却26h，经鄂式破碎机破碎后，得人工合成堇青石骨料4。

对比例

(1)配置50kg的混合粉料(混合粉的Al₂O₃：35.48％，SiO₂：42.46％，MgO：14.32％)：以重量百分比计，轻烧后煤矸石38％，海泡石20％、菱镁矿22％、煅烧后的高铝矾土粉20％；

(2)将上述物料加入立式球磨机中，研磨至600目通过率为90％；

(3)将混合粉加入水进行搅拌，困料72小时；

(4)将困好的料人工放入打散机中，然后进入真空挤泥机中得到半成品；；

(5)将半成品坯体在烘箱内105℃下干燥24小时；然后放入试验电炉内在1410℃下煅烧10小时，获得堇青石骨料5。

对实施例1～4与对比例获得的堇青石骨料进行体积密度和堇青石相含量的测试，测试结果如表2所示。

表2体积密度和堇青石相含量的结果

样本	体积密度(g/cm³)	气孔率(％)	堇青石矿物含量(％)
				实施例1	2.09	13.85	96
实施例2	2.03	19.08	92
				实施例3	2.01	21.40	94
实施例4	2.04	18.60	91
				对比例	1.97	29.40	89

实施例1～4制得的堇青石体积密度大于2.0g/cm³，气孔率为13.85～18.60％，堇青石产品中堇青石矿物相含量不低于91％。

对比例中，所用原料与实施例2相同，制备方法中不进行超细研磨，且采用一体式煅烧方法，所得堇青石骨料5的体系密度明显低于实施例1～4，气孔率明显高于实施例1～4。

虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims

1.一种堇青石的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将煤矸石、海泡石、菱镁矿风化石和高铝熟料作为原料，混合后形成复合料，

其中，以质量百分比计，各原料占比为：煤矸石35～55％、海泡石10～28％、菱镁矿风化石15～30％、高铝熟料5～20％；

所述煤矸石中包括SiO₂和Al₂O₃，其中Al₂O₃的含量不低于40％，烧失量为20～22％；

所述菱镁矿风化石中包括SiO₂和MgO，其中MgO的含量不低于30％；

所述复合料中Al₂O₃的质量占比为34～36％，MgO的质量占比为13～15％；

S2、将所述复合料进行湿法研磨，得到复合浆料，所述复合浆料中90％及以上的粉体粒径不大于2μm；

S3、对所述复合浆料进行压滤、打散和成型，得到坯体，所述成型为真空挤塑成型；

S4、将所述坯体进行干燥、煅烧和冷却，得到堇青石产品，

2.根据权利要求1所述的堇青石的制备方法，其特征在于，所述海泡石中包括SiO₂和MgO，其中MgO的含量不低于15％。

3.根据权利要求1所述的堇青石的制备方法，其特征在于，所述高铝熟料包括煅烧后的高铝矾土粉和/或工业a-Al₂O₃粉。

4.根据权利要求1所述的堇青石的制备方法，其特征在于，步骤S3中压滤后物料的含水量为20～25％。

5.根据权利要求1所述的堇青石的制备方法，其特征在于，步骤S4中干燥温度为20～150℃，干燥时间为16～24h。