CN116947512A - 一种制备莫来石耐火材料的方法及莫来石耐火材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备莫来石耐火材料的方法及莫来石耐火材料，该方法包括：S1、将以重量份数计的黄金尾矿渣5‑15份、高铝矾土30‑45份与结合剂混合进行研磨，制备得到第一混合物；S2、将以重量份数计的氧化铝3‑8份和氧化锆6‑10份加入所述第一混合物进行研磨，制备得到第二混合物；S3、将所述第二混合物干压成型；S4、经过烧结，制备得到所述莫来石耐火材料。本发明得到的莫来石耐火材料中莫来石相含量高，分布均匀，抗化学侵蚀性强，稳定性高，耐火材料综合性能好。
Description
技术领域
本发明涉及莫来石耐火材料的技术领域，特别是涉及一种制备莫来石耐火材料的方法及莫来石耐火材料。
背景技术
随着黄金矿物资源被不断开采，黄金尾矿的堆存会占用大量的土地，产生大量的黄金尾矿渣大部分都堆积在填埋场。相比之下，黄金尾矿的综合利用大大落后于其他大宗固体废弃物，目前黄金尾矿已成为工业综合利用率较低的大宗固体废弃物。黄金尾矿经分级后，按照《尾矿设施设计参考资料》对尾矿的定义与分类，将颗粒粒径大于75分都占总颗粒40％(体积分数)以上的称为粗粒尾矿，粒径较粗的尾矿可以用作混凝土骨料和建筑用砂等，其有较大应用范围。将颗粒粒径小于75的称占总颗粒85％(体积分数)以上的称为细粒尾矿，因粒径较细的尾矿用途较小，现尾矿库中大多数堆存为细粒黄金尾矿。目前黄金尾矿综合利用的方式主要为地下开采采空区的充填，其次用于建筑材料。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种制备莫来石耐火材料的方法及莫来石耐火材料。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种制备莫来石耐火材料的方法，包括如下步骤：S1、将以重量份数计的黄金尾矿渣5-15份、高铝矾土30-45份与结合剂混合进行研磨，制备得到第一混合物；S2、将以重量份数计的氧化铝3-8份和氧化锆6-10份加入所述第一混合物进行研磨，制备得到第二混合物；S3、将所述第二混合物干压成型；S4、经过烧结，制备得到所述莫来石耐火材料。
在本发明的一些实施例中，所述结合剂占原料总质量的1％。
在本发明的一些实施例中，所述结合剂选自工业糊精、羧甲基纤维素钠或木质素磺酸钙中的一种或多种。
在本发明的一些实施例中，步骤S1中，研磨至粒径≤5微米。
在本发明的一些实施例中，步骤S1中，加水进行湿法球磨，加入水的质量占黄金尾矿渣、高铝矾土和结合剂混合物质量和的5％-15％；研磨后干燥处理，干燥温度为100-110℃，干燥时间为8-13h。
在本发明的一些实施例中，步骤S2中，研磨至粒径≤3微米。
在本发明的一些实施例中，步骤S2中，进行干法球磨，球磨时间为4-6h。
在本发明的一些实施例中，步骤S3中，所述干压成型的压力为60-200Mpa。
在本发明的一些实施例中，步骤S4中，所述烧结包括以3-8℃/min的速率升温至1200-1300℃，保温1-3h，再以3-6℃/min的速率升温至1400-1500℃，保温3-5h，然后随炉冷却。
本发明还提供一种莫来石耐火材料，包括以重量份数计的黄金尾矿渣5-15份、高铝矾土30-45份、氧化铝3-8份和氧化锆6-10份。
本发明具有如下有益效果：
本发明提出的莫来石耐火材料和制备莫来石耐火材料的方法，通过以黄金尾矿渣作为原料，制备得到的莫来石耐火材料以莫来石相为主晶相，莫来石相的含量较高，并且分布均匀，因此材料具有很好的耐火度和综合性能。所述的耐火材料以黄金尾矿渣、高铝矾土为主要原料，复配工业氧化铝和氧化锆，额外添加的工业氧化铝和氧化锆提升了耐火材料的抗碱金属和碱土金属侵蚀性能。而且本发明所使用的黄金尾矿渣主要成分二氧化硅含量高，有害杂质少，而且粒度极细，粒径≤10微米，同时该尾矿渣不含氰化物，无需去毒处理就可以直接利用。
本发明与现有技术相比还具有以下优点：(1)本发明莫来石耐火材料中莫来石相含量高，分布均匀，抗化学侵蚀性强，稳定性高，耐火材料综合性能好；(2)通过简单易行的方法将低价值的黄金尾矿渣转变为高价值的莫来石耐火材料；(3)黄金尾矿渣极细的粒度减少了破碎成本，降低能源损耗。
本发明实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。
附图说明
图1是本发明实施例中制备莫来石耐火材料的方法流程图；
图2是本发明实施例中制备莫来石耐火材料的工艺流程图。
具体实施方式
下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下、顶、底等方位用语，仅是互为相对概念，或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
莫来石为铝硅酸盐矿物，具有耐火度高、抗热震性好、抗化学侵蚀、抗蠕变、荷重软化温度高、体积稳定性好、电绝缘性强等性质，是理想的高级耐火材料，被广泛应用于冶金、玻璃、陶瓷、化学、电力、国防、燃气和水泥等工业。专利202211284217.0提出一种以煤矸石为原料制备莫来石耐火材料的方法；专利201010265770.0将铝厂污泥和叶腊石作为原料生产莫来石耐火材料；专利202210481752.9提出一种基于煤矸石的高强高微孔莫来石耐火材料及其制备方法；如果可以将细粒黄金尾矿渣作为耐火材料的原料，将实现黄金尾矿渣在耐火材料领域的开发和增值利用，也有利于降低耐火材料的生产成本，为资源的循环利用开辟一条新途径。
如上所述，本发明下述实施例提出了一种制备莫来石耐火材料的方法，参阅图1和图2，包括如下步骤：S1、将以重量份数计的黄金尾矿渣5-15份、高铝矾土30-45份与结合剂混合进行研磨，制备得到第一混合物；S2、将以重量份数计的氧化铝3-8份和氧化锆6-10份加入所述第一混合物进行研磨，制备得到第二混合物；S3、将所述第二混合物干压成型；S4、经过烧结，制备得到所述莫来石耐火材料。
本发明实施例还提供一种莫来石耐火材料，包括以重量份数计的黄金尾矿渣5-15份、高铝矾土30-45份、氧化铝3-8份和氧化锆6-10份。
本发明实施例所述的以黄金尾矿渣为原料制备莫来石耐火材料的方法，制备得到的莫来石耐火材料以莫来石相为主晶相，由于莫来石相的含量较高，并且分布均匀，因此材料具有很好的耐火度和综合性能。所述的耐火材料以黄金尾矿渣、高铝矾土为主要原料，复配工业氧化铝和氧化锆，额外添加的工业氧化铝和氧化锆提升了耐火材料的抗碱金属和碱土金属侵蚀性能。本发明所使用的黄金尾矿渣主要成分二氧化硅含量高，有害杂质少，而且粒度极细，粒径≤10微米，同时该尾矿渣不含氰化物，无需去毒处理就可以直接利用。
参阅图2，本发明实施例所述的以黄金尾矿渣为原料制备莫来石耐火材料的方法，工艺步骤依次如下：
备料
以重量份数计，莫来石耐火材料由以下原料组成：黄金尾矿渣5-15份、高铝矾土30-45份、工业氧化铝3-8份和氧化锆(ZrO2)6-10份，原料总质量1％的结合剂。
其中，黄金尾矿渣的化学成分为：SiO2 70.03wt％、Al2O320.40wt％、CaO0.02wt％、MgO 2.51wt％、Fe2O3 3.56wt％、TiO20.15wt％、K2O 1.53wt％、Na2O 0.71wt％、烧失量1.09wt％。
高铝矾土的化学组成为：SiO2 6.5wt％、Al2O3 84.45wt％、CaO0.41wt％、MgO0.1wt％、Fe2O3 2.27wt％、TiO2 3.64wt％、K2O 0.18wt％、Na2O 0.01wt％、烧失量0.03wt％。
结合剂优选自工业糊精、羧甲基纤维素钠或木质素磺酸钙中的至少一种或多种。
混料
S1、将黄金尾矿渣、高铝矾土和结合剂的混合物加水进行湿法球磨，加入水的质量占黄金尾矿渣、高铝矾土和结合剂混合物质量和的5％-15％，研磨至粒径≤5微米；然后进行干燥处理，干燥处理的温度为100-110℃，干燥时间为8-13h，制备得到第一混合物。
S2、工业氧化铝和氧化锆加入到第一混合物中进行干法球磨，球磨时间为4-6h，研磨至粒径≤3微米，制备得到第二混合物。
干压成型
S3、将第二混合物进行干压成型，压力为60-200MPa
烧结
S4、然后进行烧结，烧结是以3-8℃/min的速率升温至1200-1300℃，保温1-3h，再以3-6℃/min的速率升温至1400-1500℃，保温3-5h，最后随炉冷却，得到以黄金尾矿渣为原料制备的莫来石耐火材料。
实施例一
1、备料
以重量份数计，莫来石耐火材料由以下原料组成：黄金尾矿渣8份、高铝矾土35份、工业氧化铝3份和氧化锆6份，原料总质量1％的结合剂。
其中，黄金尾矿渣的化学成分为：SiO2 70.03wt％、Al2O320.40wt％、CaO0.02wt％、MgO 2.51wt％、Fe2O3 3.56wt％、TiO20.15wt％、K2O 1.53wt％、Na2O 0.71wt％、烧失量1.09wt％。
高铝矾土的化学组成为：SiO2 6.5wt％、Al2O3 84.45wt％、CaO0.41wt％、MgO0.1wt％、Fe2O3 2.27wt％、TiO2 3.64wt％、K2O 0.18wt％、Na2O 0.01wt％、烧失量0.03wt％。
结合剂选用工业糊精。
2、混料
将黄金尾矿渣、高铝矾土和结合剂的混合物加水进行湿法球磨，加入水的质量占黄金尾矿渣、高铝矾土和结合剂混合物质量和的15％，研磨至粒径≤5微米；然后进行干燥处理，干燥处理的温度为100℃，干燥时间为13h，制备得到第一混合物。工业氧化铝和氧化锆加入到第一混合物中进行干法球磨，球磨时间为4h，研磨至粒径≤3微米，制备得到第二混合物。
3、干压成型
将第二混合物进行干压成型，压力为100MPa
4、烧结
然后进行烧结，烧结是以3℃/min的速率升温至1250℃，保温1h，最后以3℃/min的速率升温至1400℃，保温5h，最后随炉冷却，得到以黄金尾矿渣为原料制备的莫来石耐火材料。材料。
实施例二
1、备料
以重量份数计，莫来石耐火材料由以下原料组成：黄金尾矿渣15份、高铝矾土30份、工业氧化铝6份和氧化锆10份，原料总质量1％的结合剂。
其中，黄金尾矿渣的化学成分为：SiO2 70.03wt％、Al2O320.40wt％、CaO0.02wt％、MgO 2.51wt％、Fe2O3 3.56wt％、TiO20.15wt％、K2O 1.53wt％、Na2O 0.71wt％、烧失量1.09wt％。
高铝矾土的化学组成为：SiO2 6.5wt％、Al2O3 84.45wt％、CaO0.41wt％、MgO0.1wt％、Fe2O3 2.27wt％、TiO2 3.64wt％、K2O 0.18wt％、Na2O 0.01wt％、烧失量0.03wt％。
结合剂选用羧甲基纤维素钠。
2、混料
将黄金尾矿渣、高铝矾土和结合剂的混合物加水进行湿法球磨，加入水的质量占黄金尾矿渣、高铝矾土和结合剂混合物质量和的5％，研磨至粒径≤5微米；然后进行干燥处理，干燥处理的温度为105℃，干燥时间为10h，制备得到第一混合物。工业氧化铝和氧化锆加入到第一混合物中进行干法球磨，球磨时间为6h，研磨至粒径≤3微米，制备得到第二混合物。
3、干压成型
将第二混合物进行干压成型，压力为60MPa
4、烧结
然后进行烧结，烧结是以8℃/min的速率升温至1300℃，保温3h，最后以6℃/min的速率升温至1500℃，保温3h，最后随炉冷却，得到以黄金尾矿渣为原料制备的莫来石耐火材料。
实施例三
1、备料
以重量份数计，莫来石耐火材料由以下原料组成：黄金尾矿渣5份、高铝矾土45份、工业氧化铝3份和氧化锆7份，原料总质量1％的结合剂。
其中，黄金尾矿渣的化学成分为：SiO2 70.03wt％、Al2O320.40wt％、CaO0.02wt％、MgO 2.51wt％、Fe2O3 3.56wt％、TiO20.15wt％、K2O 1.53wt％、Na2O 0.71wt％、烧失量1.09wt％。
高铝矾土的化学组成为：SiO2 6.5wt％、Al2O3 84.45wt％、CaO0.41wt％、MgO0.1wt％、Fe2O3 2.27wt％、TiO2 3.64wt％、K2O 0.18wt％、Na2O 0.01wt％、烧失量0.03wt％。
结合剂选用木质素磺酸钙。
2、混料
将黄金尾矿渣、高铝矾土和结合剂的混合物加水进行湿法球磨，加入水的质量占黄金尾矿渣、高铝矾土和结合剂混合物质量和的12％，研磨至粒径≤5微米；然后进行干燥处理，干燥处理的温度为110℃，干燥时间为11h，制备得到第一混合物。工业氧化铝和氧化锆加入到第一混合物中进行干法球磨，球磨时间为5h，研磨至粒径≤3微米，制备得到第二混合物。
3、干压成型
将第二混合物进行干压成型，压力为200Mpa。
4、烧结
然后进行烧结，烧结是以5℃/min的速率升温至1230℃，保温2.5h，最后以5℃/min的速率升温至1430℃，保温4.2h，最后随炉冷却，得到以黄金尾矿渣为原料制备的莫来石耐火材料。
实施例四
1、备料
以重量份数计，莫来石耐火材料由以下原料组成：黄金尾矿渣10份、高铝矾土40份、工业氧化铝8份和氧化锆8份，原料总质量1％的结合剂。
其中，黄金尾矿渣的化学成分为：SiO2 70.03wt％、Al2O320.40wt％、CaO0.02wt％、MgO 2.51wt％、Fe2O3 3.56wt％、TiO20.15wt％、K2O 1.53wt％、Na2O 0.71wt％、烧失量1.09wt％。
高铝矾土的化学组成为：SiO2 6.5wt％、Al2O3 84.45wt％、CaO0.41wt％、MgO0.1wt％、Fe2O3 2.27wt％、TiO2 3.64wt％、K2O 0.18wt％、Na2O 0.01wt％、烧失量0.03wt％。
结合剂选用工业糊精。
2、混料
将黄金尾矿渣、高铝矾土和结合剂的混合物加水进行湿法球磨，加入水的质量占黄金尾矿渣、高铝矾土和结合剂混合物质量和的8％，研磨至粒径≤5微米；然后进行干燥处理，干燥处理的温度为108℃，干燥时间为9h，制备得到第一混合物。工业氧化铝和氧化锆加入到第一混合物中进行干法球磨，球磨时间为5h，研磨至粒径≤3微米，制备得到第二混合物。
3、干压成型
将第二混合物进行干压成型，压力为150MPa
4、烧结
然后进行烧结，烧结是以7℃/min的速率升温至1260℃，保温1.5h，最后以4℃/min的速率升温至1470℃，保温4.2h，最后随炉冷却，得到以黄金尾矿渣为原料制备的莫来石耐火材料。
性能测试
对实施例一至实施例四制备得到的莫来石耐火材料的性能进行测试，测试指标包括莫来石耐火材料的耐压强度、显气孔率、体积密度和热震稳定性，测试结果如表1所示。
表1
本发明实施例中的制备莫来石耐火材料的方法，以黄金尾矿渣为原料，通过简单易行的制备方法将廉价的黄金尾矿资源转化成了综合性能好的高价值的莫来石耐火材料，从而实现了黄金尾矿渣在耐火材料领域的开发和增值利用，有利于降低耐火材料的生产成本，为资源的循环利用开辟一条新途径。因此本发明利用廉价的黄金尾矿渣降低合成莫来石的成本具有显著意义。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种制备莫来石耐火材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将以重量份数计的黄金尾矿渣5-15份、高铝矾土30-45份与结合剂混合进行研磨，制备得到第一混合物；
S2、将以重量份数计的氧化铝3-8份和氧化锆6-10份加入所述第一混合物进行研磨，制备得到第二混合物；
S3、将所述第二混合物干压成型；
S4、经过烧结，制备得到所述莫来石耐火材料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结合剂占原料总质量的1％。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述结合剂选自工业糊精、羧甲基纤维素钠或木质素磺酸钙中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，研磨至粒径≤5微米。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S1中，加水进行湿法球磨，加入水的质量占黄金尾矿渣、高铝矾土和结合剂混合物质量和的5％-15％；研磨后干燥处理，干燥温度为100-110℃，干燥时间为8-13h。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，研磨至粒径≤3微米。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S2中，进行干法球磨，球磨时间为4-6h。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述干压成型的压力为60-200Mpa。
9.如权利要求1至8任一项所述的方法，其特征在于，步骤S4中，所述烧结包括以3-8℃/min的速率升温至1200-1300℃，保温1-3h，再以3-6℃/min的速率升温至1400-1500℃，保温3-5h，然后随炉冷却。
10.一种莫来石耐火材料，其特征在于，包括以重量份数计的黄金尾矿渣5-15份、高铝矾土30-45份、氧化铝3-8份和氧化锆6-10份。
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