CN115637065B - 一种含氧化铈铁渣在制备辐射材料中的应用 - Google Patents

一种含氧化铈铁渣在制备辐射材料中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种含氧化铈铁渣在制备辐射材料中的应用，所述的辐射材料由经过灼烧后的含氧化铈铁渣与分散剂混合、研磨后再与黏结剂溶液混合而成。本发明所述的辐射材料将含氧化铈铁渣直接用于制备工业窑炉辐射材料，辐射材料全波长积分发射率在25℃‑1250℃工作温度大于0.90，在工业窑炉中应用辐射材料与传统不含辐射材料相比能源消耗降低了15％以上。实现了含氧化铈铁渣无害化、高效化和资源化利用；既回用了宝贵的铁、铈等资源，解决了低端磁性材料废料堆存造成的环境污染和安全隐患问题，还为低端磁性材料废料回收稀土等有价元素生产工艺提供了有力支撑。

Description

一种含氧化铈铁渣在制备辐射材料中的应用
技术领域
本发明属于工业废弃资源回收利用领域，尤其是涉及一种含氧化铈铁渣在制备辐射材料中的应用。
背景技术
目前国内主要采用纯的镨钕金属作为高性能磁性材料，由于镨钕金属价格昂贵限制了磁性材料应用领域，近几年又开发了铈镨钕金属(金属铈质量占30％-40％)作为低端磁性材料，现有稀土铁硼废料加工企业不希望收购低端磁性材料产生的废料，由于废料中含高价值的镨钕等元素偏低，同时又含有铈元素，如果利用现有成熟工艺只能回收高价值镨钕等元素，而金属铈在焙烧过程中转变成氧化铈，氧化铈不易在盐酸中溶解，所以低端磁性材料优溶渣主要含有氧化铈、氧化铁和氢氧化铁等化合物，简称含氧化铈铁渣。
近年来，氧化镨钕价格一直在高位运行，而氧化铈的价格一直稳定在低位，同时氧化铈积压量较大，而从废料中回收单一氧化铈成本高于市售氧化铈价格。低端磁性材料产量每年增长20％以上，生产1吨磁性材料产生的废料是原料量的30％，低端磁性材料产生的废料积压量越来越大。现有分离回收方法普遍存在工艺流程长、成本高、对环境造成二次污染等问题，无法普遍进行工业化应用。因此，立足于现有企业处理低端磁性材料产生的废料，开发直接利用含氧化铈铁渣的方法具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种含氧化铈铁渣在制备辐射材料中的应用。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种含氧化铈铁渣在制备辐射材料中的应用，所述的辐射材料由经过灼烧后的含氧化铈铁渣与分散剂混合、研磨后再与黏结剂溶液混合而成。
进一步，所述的含氧化铈铁渣是稀土铁硼浸出稀土后的板框压滤渣，所述的含氧化铈铁渣中的主要化合物为Fe2O3:56-60％，CeO2:7.20-9.60％，Al2O3:0.45-1.10％，B2O3:0.22-0.27％，CoO:0.19-0.3％，REO:0.2-0.4％。(REO为除CeO2外的氧化稀土)
一种利用所述的含氧化铈铁渣制备的辐射材料，其特征在于：所述的辐射材料由经过灼烧后的含氧化铈铁渣与分散剂混合研磨后再与黏结剂溶液混合而成。
进一步，所述的含氧化铈铁渣是稀土铁硼浸出稀土后的板框压滤渣，所述的含氧化铈铁渣中的主要化合物为Fe2O3:56-60％，CeO2:7.20-9.60％，Al2O3:0.45-1.10％，B2O3:0.22-0.27％，CoO:0.19-0.3％，REO:0.2-0.4％。
进一步，所述的黏结剂溶液由(La0.36Ce0.64)PO4与Al(H2PO4)3混合而成，其中，(La0.36Ce0.64)PO4与Al(H2PO4)3的质量比为1:10-30，(La0.36Ce0.64)PO4与Al(H2PO4)3的质量之和为黏结剂溶液的质量的45-60％；所述的灼烧步骤的温度为1200-1300℃。
所述的辐射材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤(1)将含氧化铈铁渣过筛后进行灼烧，保温后得到团聚体，将所述的团聚体进行研磨、筛分后辐射粉体；
步骤(2)将水和分散剂充分搅拌后，向其中加入所述的辐射粉体，搅拌后形成粉体浆液，将所述的粉体浆液研磨后得到辐射浆料；
步骤(3)将所述的辐射浆料与黏结剂溶液混合搅拌后制得所述的辐射材料。
进一步，所述的含氧化铈铁渣是稀土铁硼浸出稀土后的板框压滤渣，所述的含氧化铈铁渣中的主要化合物为Fe2O3:56-60％，CeO2:7.20-9.60％，Al2O3:0.45-1.10％，B2O3:0.22-0.27％，CoO:0.19-0.3％，REO:0.2-0.4％；所述的步骤(1)中的灼烧步骤的温度为1200-1300℃；所述的步骤(1)中的保温步骤的时间为2-4小时；所述的步骤(1)中的辐射粉体的粉体粒度为20μm≤D50≤50μm。
进一步，所述的步骤(2)中的所述的水、分散剂与辐射粉体的质量比为1：0.005-0.01：1-2；所述的辐射浆料的粉体粒度D50≤1μm；所述的分散剂为BYK-190、RT-8040或RT-8022中的至少一种。
进一步，所述的步骤(3)中的辐射浆料与黏结剂溶液的质量比为1:1-2；所述的步骤(3)中的黏结剂溶液由(La0.36Ce0.64)PO4与Al(H2PO4)3混合而成，其中，(La0.36Ce0.64)PO4与Al(H2PO4)3的质量比为1:10-30，(La0.36Ce0.64)PO4与Al(H2PO4)3的质量之和为黏结剂溶液的质量的45-60％；所述的步骤(3)中的搅拌步骤的时间为0.5-2小时。
所述的辐射材料的应用，所述的辐射材料在制备工业窑炉中的应用。
含氧化铈铁渣在灼烧过程中充分反应，避免辐射材料应用在工业窑炉中又进行反应而产生龟裂等不利因素；含氧化铈铁渣不需要净化，渣中Al2O3、CoO和REO等化合物在不同的远红外波长具有较高的辐射性能；渣中B2O3在高温反应过程作为矿化剂，有利于降低灼烧反应温度；在高温灼烧过程中，渣中的氧化铁与氧化铈及其它稀土反应生成尖晶石结构的铁酸稀土，铁酸稀土的辐射性能高于氧化铁；优溶渣中其它化合物与氧化铈反应进入到氧化铈晶格中，形成稳定的化合物，避免了碱性氧化物与黏结剂中Al(H2PO4)3反应。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明所述的辐射材料全波长积分发射率在25℃-1250℃工作温度大于0.90，在工业窑炉中应用辐射材料与传统不含辐射材料相比能源消耗降低了15％以上。
本发明所述的辐射材料将含氧化铈铁渣直接用于制备工业窑炉辐射材料，降低了工业窑炉能源消耗，实现了含氧化铈铁渣无害化、高效化和资源化利用；既回用了宝贵的铁、铈等资源，解决了低端磁性材料废料堆存造成的环境污染和安全隐患问题，还为低端磁性材料废料回收稀土等有价元素生产工艺提供了有力支撑。
本发明所述的辐射材料利用了渣中高辐射性能的Al2O3、CoO和REO等化合物，这些化合物与CeO2和Fe2O3之间相互协同作用，提高了材料的辐射性能。
本发明所述的辐射材料的制备方法工艺简单，生产成本低，工业化生产易于控制。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种利用含氧化铈铁渣制备的辐射材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)含氧化铈铁渣是稀土铁硼浸出稀土后的板框压滤渣，含氧化铈铁渣中主要化合物Fe2O3:56％，CeO2:7.20％，Al2O3:0.45％，B2O3:0.22％，CoO:0.19％，REO:0.2％(REO为除CeO2外的氧化稀土)，将含氧化铈铁渣在温度1300℃下灼烧，保温3h，灼烧后的团聚体经过立磨机研磨，筛分后得到粒度D50在20-50μm范围内的辐射粉体；
(2)在调浆罐中先加入100份水和0.5份分散剂RT-8022充分搅拌，再加入100份辐射粉体搅拌0.5h，形成浆液，开启调浆罐和球磨机连通泵，浆液通过球磨机循环研磨，浆液中辐射粉体粒度D50达到1μm时，停止研磨，得到辐射浆料；
(3)在分散罐中分别加入100份辐射浆料和100份黏结剂，黏结剂由质量分数5％(La0.36Ce0.64)PO4与质量分数50％Al(H2PO4)3混合而成，辐射浆料和黏结剂经过高速搅拌分散2h，得到辐射材料；
(4)辐射材料性能：采用红外发射率测试仪测试辐射材料全波长积分发射率在25-1250℃工作温度大于0.90，在工业窑炉中应用辐射材料与传统不含辐射材料相比能源消耗降低了15.2％。涂覆在耐火砖上，涂层在1200℃保温15min，水淬冷30次无开裂、脱落现象。
实施例2
一种利用含氧化铈铁渣制备的辐射材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)含氧化铈铁渣是稀土铁硼浸出稀土后的板框压滤渣，含氧化铈铁渣中主要化合物Fe2O3:58％，CeO2:8.40％，Al2O3:0.78％，B2O3:0.25％，CoO:0.3％，REO:0.3％(REO为除CeO2外的氧化稀土)，将含氧化铈铁渣在温度1300℃下灼烧，保温3h，灼烧后的团聚体经过立磨机研磨，筛分后得到粒度D50在20-50μm范围内的辐射粉体；
(2)在调浆罐中先加入100份水和0.5份分散剂RT-8022充分搅拌，再加入100份辐射粉体搅拌0.5h，形成浆液，开启调浆罐和球磨机连通泵，浆液通过球磨机循环研磨，浆液中辐射粉体粒度D50达到1μm时，停止研磨，得到辐射浆料；
(3)在分散罐中分别加入100份辐射浆料和100份黏结剂，黏结剂由质量分数5％(La0.36Ce0.64)PO4与质量分数50％Al(H2PO4)3混合而成，辐射浆料和黏结剂经过高速搅拌分散2h，得到辐射材料；
(4)辐射材料性能：采用红外发射率测试仪测试辐射材料全波长积分发射率在25-1250℃工作温度大于0.91，在工业窑炉中应用辐射材料与传统不含辐射材料相比能源消耗降低了16.4％。涂覆在耐火砖上，涂层在1200℃保温15min，水淬冷30次无开裂、脱落现象。
实施例3
一种利用含氧化铈铁渣制备的辐射材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)含氧化铈铁渣是稀土铁硼浸出稀土后的板框压滤渣，含氧化铈铁渣中主要化合物Fe2O3:60％，CeO2:9.60％，Al2O3:1.10％，B2O3:0.27％，CoO:0.3％，REO:0.4％(REO为除CeO2外的氧化稀土)，将含氧化铈铁渣在温度1300℃下灼烧，保温3h，灼烧后的团聚体经过立磨机研磨，筛分后得到粒度D50在20-50μm范围内的辐射粉体；
(2)在调浆罐中先加入100份水和0.5份分散剂RT-8022充分搅拌，再加入100份辐射粉体搅拌0.5h，形成浆液，开启调浆罐和球磨机连通泵，浆液通过球磨机循环研磨，浆液中辐射粉体粒度D50达到1μm时，停止研磨，得到辐射浆料；
(3)在分散罐中分别加入100份辐射浆料和100份黏结剂，黏结剂由质量分数5％(La0.36Ce0.64)PO4与质量分数50％Al(H2PO4)3混合而成，辐射浆料和黏结剂经过高速搅拌分散2h，得到辐射材料；
(4)辐射材料性能：采用红外发射率测试仪测试辐射材料全波长积分发射率在25-1250℃工作温度大于0.92，在工业窑炉中应用辐射材料与传统不含辐射材料相比能源消耗降低了17.5％。涂覆在耐火砖上，涂层在1200℃保温15min，水淬冷30次无开裂、脱落现象。
对比例1
一种利用含氧化铈铁渣制备的辐射材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)含氧化铈铁渣是稀土铁硼浸出稀土后的板框压滤渣，含氧化铈铁渣中主要化合物Fe2O3:56％，CeO2:7.20％，Al2O3:0.45％，B2O3:0.22％，CoO:0.19％，REO:0.2％(REO为除CeO2外的氧化稀土)，将含氧化铈铁渣在温度1000℃下灼烧，保温3h，灼烧后的团聚体经过立磨机研磨，筛分后得到粒度D50在20-50μm范围内的辐射粉体；
(2)在调浆罐中先加入100份水和0.5份分散剂RT-8022充分搅拌，再加入100份辐射粉体搅拌0.5h，形成浆液，开启调浆罐和球磨机连通泵，浆液通过球磨机循环研磨，浆液中辐射粉体粒度D50达到1μm时，停止研磨，得到辐射浆料；
(3)在分散罐中分别加入100份辐射浆料和100份黏结剂，黏结剂由质量分数5％(La0.36Ce0.64)PO4与质量分数50％Al(H2PO4)3混合而成，辐射浆料和黏结剂经过高速搅拌分散2h，得到辐射材料；
(4)辐射材料性能：采用红外发射率测试仪测试辐射材料全波长积分发射率在25-1250℃工作温度大于0.86，在工业窑炉中应用辐射材料与传统不含辐射材料相比能源消耗降低了12.3％。涂覆在耐火砖上，涂层在1200℃保温15min，水淬冷30次无开裂、脱落现象。
对比例2
一种利用含氧化铈铁渣制备的辐射材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)含氧化铈铁渣是稀土铁硼浸出稀土后的板框压滤渣，含氧化铈铁渣中主要化合物Fe2O3:56％，CeO2:7.20％，Al2O3:0.45％，B2O3:0.22％，CoO:0.19％，REO:0.2％(REO为除CeO2外的氧化稀土)，将含氧化铈铁渣在温度1300℃下灼烧，保温3h，灼烧后的团聚体经过立磨机研磨，筛分后得到粒度D50在20-50μm范围内的辐射粉体；
(2)在调浆罐中先加入200份水和0.5份分散剂RT-8022充分搅拌，再加入100份辐射粉体搅拌0.5h，形成浆液，开启调浆罐和球磨机连通泵，浆液通过球磨机循环研磨，浆液中辐射粉体粒度D50达到1μm时，停止研磨，得到辐射浆料；
(3)在分散罐中分别加入100份辐射浆料和100份黏结剂，黏结剂由质量分数5％(La0.36Ce0.64)PO4与质量分数50％Al(H2PO4)3混合而成，辐射浆料和黏结剂经过高速搅拌分散2h，得到辐射材料；
(4)辐射材料性能：采用红外发射率测试仪测试辐射材料全波长积分发射率在25-1250℃工作温度大于0.86，在工业窑炉中应用辐射材料与传统不含辐射材料相比能源消耗降低了12.6％。涂覆在耐火砖上，涂层在1200℃保温15min，水淬冷30次无开裂、脱落现象。
对比例3
一种利用含氧化铈铁渣制备的辐射材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)含氧化铈铁渣是稀土铁硼浸出稀土后的板框压滤渣，含氧化铈铁渣中主要化合物Fe2O3:56％，CeO2:7.20％，Al2O3:0.45％，B2O3:0.22％，CoO:0.19％，REO:0.2％(REO为除CeO2外的氧化稀土)，将含氧化铈铁渣在温度1300℃下灼烧，保温3h，灼烧后的团聚体经过立磨机研磨，筛分后得到粒度D50在20-50μm范围内的辐射粉体；
(2)在调浆罐中先加入100份水和0.5份分散剂RT-8022充分搅拌，再加入100份辐射粉体搅拌0.5h，形成浆液，开启调浆罐和球磨机连通泵，浆液通过球磨机循环研磨，浆液中辐射粉体粒度D50达到1μm时，停止研磨，得到辐射浆料；
(3)在分散罐中分别加入100份辐射浆料和300份黏结剂，黏结剂由质量分数5％(La0.36Ce0.64)PO4与质量分数50％Al(H2PO4)3混合而成，辐射浆料和黏结剂经过高速搅拌分散2h，得到辐射材料；
(4)辐射材料性能：采用红外发射率测试仪测试辐射材料全波长积分发射率在25-1250℃工作温度大于0.87，在工业窑炉中应用辐射材料与传统不含辐射材料相比能源消耗降低了13.5％。涂覆在耐火砖上，涂层在1200℃保温15min，水淬冷30次无开裂、脱落现象。
对比例4
一种利用含氧化铈铁渣制备的辐射材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)含氧化铈铁渣是稀土铁硼浸出稀土后的板框压滤渣，含氧化铈铁渣中主要化合物Fe2O3:56％，CeO2:7.20％，Al2O3:0.45％，B2O3:0.22％，CoO:0.19％，REO:0.2％(REO为除CeO2外的氧化稀土)，将含氧化铈铁渣在温度1300℃下灼烧，保温3h，灼烧后的团聚体经过立磨机研磨，筛分后得到粒度D50在20-50μm范围内的辐射粉体；
(2)在调浆罐中先加入100份水和0.5份分散剂RT-8022充分搅拌，再加入100份辐射粉体搅拌0.5h，形成浆液，开启调浆罐和球磨机连通泵，浆液通过球磨机循环研磨，浆液中辐射粉体粒度D50达到1μm时，停止研磨，得到辐射浆料；
(3)在分散罐中分别加入100份辐射浆料和100份黏结剂，黏结剂为质量分数30％的硅溶胶，辐射浆料和黏结剂经过高速搅拌分散2h，得到辐射材料；
(4)辐射材料性能：采用红外发射率测试仪测试辐射材料全波长积分发射率在25-1250℃工作温度大于0.89，在工业窑炉中应用辐射材料与传统不含辐射材料相比能源消耗降低了14.6％。涂覆在耐火砖上，涂层在1200℃保温15min，水淬冷20次出现开裂、脱落现象。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种含氧化铈铁渣在制备辐射材料中的应用，其特征在于：所述的辐射材料由经过灼烧后的含氧化铈铁渣与分散剂混合、研磨后再与黏结剂溶液混合而成；
所述的含氧化铈铁渣是稀土铁硼浸出稀土后的板框压滤渣，所述的含氧化铈铁渣中的主要化合物为Fe2O3:56-60%，CeO2:7.20-9.60%，Al2O3:0.45-1.10%，B2O3: 0.22-0.27%，CoO:0.19-0.3%，REO:0.2-0.4%；
所述的辐射材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤（1）将含氧化铈铁渣过筛后进行灼烧，保温后得到团聚体，将所述的团聚体进行研磨、筛分后得到辐射粉体；
步骤（2）将水和分散剂充分搅拌后，向其中加入所述的辐射粉体，搅拌后形成粉体浆液，将所述的粉体浆液研磨后得到辐射浆料；
步骤（3）将所述的辐射浆料与黏结剂溶液混合搅拌后制得所述的辐射材料；
所述的步骤（1）中的灼烧步骤的温度为1200-1300℃；所述的步骤（2）中的所述的水、分散剂与辐射粉体的质量比为1：0.005-0.01：1-2；所述的步骤（3）中的辐射浆料与黏结剂溶液的质量比为1:1-2；所述的步骤（3）中的黏结剂溶液由(La0.36Ce0.64)PO4与Al(H2PO4)3混合而成，其中，(La0.36Ce0.64)PO4与Al(H2PO4)3的质量比为1: 10-30，(La0.36Ce0.64)PO4与Al(H2PO4)3的质量之和为黏结剂溶液的质量的45-60%。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的制备方法的步骤（1）中的保温步骤的时间为2-4小时；所述的步骤（1）中的辐射粉体的粉体粒度为20μm≤D50≤50μm；
所述的步骤（2）中的辐射浆料的粉体粒度D50≤1μm；所述的步骤（2）中的分散剂为BYK-190、RT-8040或RT-8022中的至少一种；
所述的步骤（3）中的搅拌步骤的时间为0.5-2小时。
3.一种含氧化铈铁渣制备的辐射材料，其特征在于：所述的辐射材料由经过灼烧后的含氧化铈铁渣与分散剂混合研磨后再与黏结剂溶液混合而成；
所述的含氧化铈铁渣是稀土铁硼浸出稀土后的板框压滤渣，所述的含氧化铈铁渣中的主要化合物为Fe2O3:56-60%，CeO2:7.20-9.60%，Al2O3:0.45-1.10%，B2O3: 0.22-0.27%，CoO:0.19-0.3%，REO:0.2-0.4%；
所述的辐射材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤（1）将含氧化铈铁渣过筛后进行灼烧，保温后得到团聚体，将所述的团聚体进行研磨、筛分后得到辐射粉体；
步骤（2）将水和分散剂充分搅拌后，向其中加入所述的辐射粉体，搅拌后形成粉体浆液，将所述的粉体浆液研磨后得到辐射浆料；
步骤（3）将所述的辐射浆料与黏结剂溶液混合搅拌后制得所述的辐射材料；
所述的步骤（1）中的灼烧步骤的温度为1200-1300℃；所述的步骤（2）中的所述的水、分散剂与辐射粉体的质量比为1：0.005-0.01：1-2；所述的步骤（3）中的辐射浆料与黏结剂溶液的质量比为1:1-2；所述的步骤（3）中的黏结剂溶液由(La0.36Ce0.64)PO4与Al(H2PO4)3混合而成，其中，(La0.36Ce0.64)PO4与Al(H2PO4)3的质量比为1: 10-30，(La0.36Ce0.64)PO4与Al(H2PO4)3的质量之和为黏结剂溶液的质量的45-60%。
4.根据权利要求3所述的含氧化铈铁渣制备的辐射材料，其特征在于：所述的制备方法的步骤（1）中的保温步骤的时间为2-4小时；所述的步骤（1）中的辐射粉体的粉体粒度为20μm≤D50≤50μm；
所述的步骤（2）中的辐射浆料的粉体粒度D50≤1μm；所述的步骤（2）中的分散剂为BYK-190、RT-8040或RT-8022中的至少一种；
所述的步骤（3）中的搅拌步骤的时间为0.5-2小时。
5.权利要求3或4所述的辐射材料的应用，其特征在于：所述的辐射材料在制备工业窑炉中的应用。
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