一種以高鋁粉煤灰為單一鋁源制備高鋁質(zhì)耐火磚用莫來石骨料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及燒結(jié)莫來石及高鋁質(zhì)耐火磚技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國是煤炭消費第一大國，燃煤電廠排放的粉煤灰為我國的第二大固體廢棄物， 其排放與堆積造成了嚴重的環(huán)境和生態(tài)污染，如何快速、高效地利用或處置粉煤灰，特別是 高附加值利用粉煤灰，是擺在我們面前的一項十分緊迫而艱巨的任務(wù)。
[0003] 莫來石（3A1203 ? 2Si02)是一種礦物，因產(chǎn)于蘇格蘭的莫爾島等地而得名，熔融溫 度約1910°C。它具有膨脹均勻、熱震穩(wěn)定性極好、荷重軟化點高、高溫蠕變值小、硬度大、抗 化學腐蝕性好等特點，是制造優(yōu)質(zhì)耐火材料、陶瓷制品，用做陶瓷基體復(fù)合材料、金屬復(fù)合 材料的增強體等的礦物原料。
[0004] 高鋁粉煤灰是一種獨特的粉煤灰類型，其內(nèi)主要含無定形玻璃相和大量的莫來石 相。高鋁粉煤灰中的Al2O3含量可達50 %左右，且雜質(zhì)含量相對普通粉煤灰低，是生產(chǎn)莫來 石的理想原料。
[0005] 由于莫來石是高溫、低壓特殊條件下形成的產(chǎn)物，在自然界中極其罕見。工業(yè)用莫 來石主要為人工合成獲得?，F(xiàn)有技術(shù)中，合成莫來石的方法主要有電熔法和燒結(jié)法。電熔 法是將混合后的原料在電弧中熔融而成，缺點是耗電量大、合成條件苛刻。燒結(jié)法按照所用 原料性質(zhì)不同可分為硅鋁凝膠法和礦物相變法。其中硅鋁凝膠法是分別采用無機和有機原 料按照一定的化學組成制成硅鋁膠體，然后在高溫下焙燒而成，缺點是能耗較高，而且有機 原料價格昂貴。礦物相變法是以高鋁礬土、高嶺土、葉臘石、焦寶石等天然礦物于窯中高溫 煅燒而成，具有原料選擇范圍寬，生產(chǎn)成本低的特點，該方法的缺點是除能耗高外，還由于 其礦物組成與莫來石組成之間存在較大差異，造成莫來石轉(zhuǎn)化率不高，浪費資源。目前，天 然原料燒結(jié)合成莫來石，占莫來石工業(yè)化生產(chǎn)的絕大部分。
[0006] 國內(nèi)外用粉煤灰燒結(jié)合成莫來石的文獻不多，大部分采用粉煤灰摻入一定量鋁礬 土或工業(yè)氧化鋁經(jīng)高溫煅燒得到莫來石，此種技術(shù)能有效利用粉煤灰這種固體廢棄物，降 低生產(chǎn)成本，但摻入原料中的工業(yè)氧化鋁價格較高。且以往用粉煤灰合成莫來石技術(shù)中，對 粉煤灰不進行處理，或者處理相對簡單，含鐵量較高，同時鋁硅比也比較低，因此往往通過 添加的工業(yè)氧化鋁或鋁礬土等鋁源來合成不同氧化鋁含量的莫來石。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對以上所述合成莫來石的不足。本發(fā)明提出一種以高鋁粉煤灰為單一鋁源（氧 化鋁含量將近50% )，不添加任何天然礦物或者工業(yè)氧化鋁，直接燒結(jié)合成高鋁質(zhì)耐火磚 用莫來石骨料的方法。
[0008] 本發(fā)明提出的以高鋁粉煤灰，經(jīng)過一系列的處理，最終燒結(jié)莫來石，是通過以下步 驟達到的：
[0009] (1)以準格爾高鋁粉煤灰為原料，經(jīng)磁選、脫硅、稀酸洗、水洗、干燥等環(huán)節(jié)得到預(yù) 處理的粉煤灰。 (2) 預(yù)處理得到的粉煤灰，經(jīng)球磨機磨細。采用濕法或干法球磨。濕法球磨，磨球、原 料、水的質(zhì)量比為5?10:1: 1，研磨時間為4?6h，轉(zhuǎn)速為400?800r/min。濕磨后樣品 進行過濾、干燥。干法球磨，磨球與原料的質(zhì)量比為5?10:1，研磨時間為4?6h，轉(zhuǎn)速為 400 ?800r/min。 (3) 球磨干燥后粉煤灰進行半干法壓制成型。半干法壓制成型添加水量為5?10%， 成型壓力為100?250MPa。為方便樣品成型，也可加入少量粘結(jié)劑。粘結(jié)劑可以為lwt% 的羧甲基纖維素鈉鹽、Iwt%甲基纖維素、Iwt%乙基纖維素或2wt%面粉。 (4) 成型后樣品放入馬弗爐中進行燒結(jié)。燒結(jié)溫度為1550?1650°C，恒溫時間為2? 4h?？刂?0?1200°C時升溫速率為10°C/min，1200?1600°C時升溫速率為5°C/min。 [0010] 以上步驟⑴得到的經(jīng)預(yù)處理的粉煤灰，其Al2O3含量可到60?70%，F(xiàn)e203含量 小于1%。 以上步驟⑵得到的研磨后的粉煤灰粒徑為10?40ym(以90%以下的粒徑分布計）。
[0011] 本發(fā)明的特點如下所述：
[0012] 本發(fā)明有效利用了燃煤電廠排放的固體廢棄物高鋁粉煤灰，原料來源廣泛，且不 需添加任何鋁源，經(jīng)濟與環(huán)境效益顯著。
[0013] 本發(fā)明所用高鋁粉煤灰，本身莫來石含量高，這些莫來石是在粉煤爐中經(jīng)高溫燒 結(jié)而成，已完成一次莫來石化，燒結(jié)時只需經(jīng)過二次莫來石化，減少了合成工序，得到莫來 石產(chǎn)率高、品質(zhì)好。
[0014] 通過本發(fā)明，可以得到高鋁質(zhì)耐火磚用莫來石骨料，該骨料滿足中華人民共和國 黑色冶金行業(yè)標準（YB/T5267-2005)。通過對過程工藝參數(shù)的調(diào)控，處理后的粉煤灰Al2O3 含量可到60?70%，燒結(jié)后可以得到M60、M70系列的莫來石骨料。
【具體實施方式】
[0016] 下面通過實施例對本發(fā)明涉及的以高鋁粉煤灰為單一鋁源，燒結(jié)合成高鋁質(zhì)耐火 磚用莫來石骨料的過程進行說明，但本發(fā)明并不僅局限于這些實施例。
[0017] 實施例1 : 將高鋁粉煤灰原料經(jīng)磁選、脫硅、稀酸洗、水洗、干燥得到高鋁硅比的處理后粉煤灰，然 后放入WL-Ia型微粒球磨機進行濕法球磨，其中磨球、灰、水的質(zhì)量比為5:1: 1，球磨時間為 5h，轉(zhuǎn)速為600r/min，球磨后物料經(jīng)過濾，然后放入烘箱于105°C干燥2h。干燥后的物料 加入1 %提前配制的羧甲基纖維素鈉鹽粘結(jié)劑，混勻后用電動壓片機壓制成型，成型壓力為 170MPa，樣品形狀為2. 83cm2*l. 2cm的圓柱體。然后將樣品放入馬弗爐中燒結(jié)，控制50? 1200°C時升溫速率為10°C/min，1200?1600°C時升溫速率為5°C/min，1600°C保溫4h，然 后將其自然冷卻，即得莫來石產(chǎn)品，該產(chǎn)品滿足燒結(jié)莫來石國家標準。將該樣品破碎后，即 得高鋁質(zhì)耐火磚用莫來石骨料。
[0018] 實施例2 : 將高鋁粉煤灰原料經(jīng)磁選、脫硅、稀酸洗、水洗、干燥得到高鋁硅比的處理后粉煤灰，然 后放入WL-Ia型微粒球磨機進行干法球磨，其中磨球、灰的質(zhì)量比為5:1，球磨時間為5h，轉(zhuǎn) 速為600r/min，球磨后物料經(jīng)過濾，然后放入烘箱于105°C干燥2h。干燥后的物料加入1% 提前配制的羧甲基纖維素鈉鹽粘結(jié)劑，混勻后用電動壓片機壓制成型，成型壓力為170MPa， 樣品形狀為2. 83cm2*l. 2cm的圓柱體。然后將樣品放入馬弗爐中燒結(jié)，控制50?1200°C時 升溫速率為l〇°C/min，1200?1600°C時升溫速率為5°C/min，1400°C保溫4h，然后將其自 然冷卻，即得莫來石產(chǎn)品，該產(chǎn)品滿足燒結(jié)莫來石國家標準。將該樣品破碎后，即得高鋁質(zhì) 耐火磚用莫來石骨料。
[0019] 實施例3 : 將高鋁粉煤灰原料經(jīng)磁選、脫硅、稀酸洗、水洗、干燥得到高鋁硅比的處理后粉煤灰，然 后放入11^-14型微粒球磨機進行球磨，其中磨球、灰、水的質(zhì)量比為5:1:1，球磨時間為5h， 轉(zhuǎn)速為600r/min，球磨后物料經(jīng)過濾，然后放入烘箱于105°C干燥2h。干燥后的物料加入約 10%的水，混勻后用電動壓片機壓制成型，成型壓力為150MPa，樣品形狀為2. 83cm2*l. 2cm 的圓柱體。然后將樣品放入馬弗爐中燒結(jié)，控制50?1200°C時升溫速率為10°C/min， 1200?1600°C時升溫速率為5°C/min，1500°C保溫2h，然后將其自然冷卻，即得莫來石產(chǎn) 品，該產(chǎn)品滿足燒結(jié)莫來石國家標準。將該樣品破碎后，即得高鋁質(zhì)耐火磚用莫來石骨料。
[0020] 對比例1 : 將高鋁粉煤灰原料經(jīng)磁選、脫硅、稀酸洗、水洗、干燥得到高鋁硅比的處理后粉煤灰，然 后將物料加入1 %提前配制的羧甲基纖維素鈉鹽粘結(jié)劑，混勻后用電動壓片機壓制成型，成 型壓力為170MPa，樣品形狀為2. 83cm2*l. 2cm的圓柱體。然后將樣品放入馬弗爐中燒結(jié)，控 制50?1200°C時升溫速率為10°C/min，1200?1600°C時升溫速率為5°C/min，1600°C保 溫4h，然后將其自然冷卻，即得莫來石產(chǎn)品，該產(chǎn)品達不到燒結(jié)莫來石國家標準。
[0021] 對比例2: 將高鋁粉煤灰原料經(jīng)磁選、脫硅、稀酸洗、水洗、干燥得到高鋁硅比的處理后粉煤灰，然 后放入11^-14型微粒球磨機進行球磨，其中磨球、灰、水的質(zhì)量比為5:1:1，球磨時間為5h， 轉(zhuǎn)速為600r/min，球磨后物料經(jīng)過濾，然后放入烘箱于105°C干燥2h。將干燥后的物料加 入1%提前配制的羧甲基纖維素鈉鹽粘結(jié)劑，混勻后用電動壓片機壓制成型，成型壓力為 170MPa，樣品形狀為2. 83cm2*l. 2cm的圓柱體。然后將樣品放入馬弗爐中燒結(jié)，控制50? 1200°C時升溫速率為10°C/min，1200?1500°C時升溫速率為5°C/min，IKKTC保溫4h，然 后將其自然冷卻，即得莫來石產(chǎn)品，該產(chǎn)品達不到燒結(jié)莫來石國家標準。
[0022] 實施例及對比例的莫來石物理性質(zhì)如下表1所示： 表1實施例及對比例的莫來石物理性質(zhì)
【主權(quán)項】
1. 一種以高鋁粉煤灰為單一鋁源，燒結(jié)合成高鋁質(zhì)耐火磚用莫來石骨料，其特征在于 以準格爾高鋁粉煤灰為唯一原料，不添加額外的鋁源，經(jīng)預(yù)處理、球磨、成型、燒結(jié)得到高鋁 質(zhì)耐火磚用莫來石骨料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鋁質(zhì)耐火磚用莫來石骨料，其特征在于預(yù)處理步驟為磁 選、脫硅、稀酸洗、水洗、干燥。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高鋁質(zhì)耐火磚用莫來石骨料，其特征在于：采用濕法或 干法球磨。濕法球磨，磨球、原料、水的質(zhì)量比為5?10:1: 1，干法球磨，磨球與原料的質(zhì)量 比為5?10:1，研磨時間為4?6h，轉(zhuǎn)速為400?800r/min。研磨后的粉煤灰粒徑為10? 40 μ m(以90%以下的粒徑分布計）。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3所述的高鋁質(zhì)耐火磚用莫來石骨料，其特征在于：成型方法為 半干法壓制成型。添加水量為5?10%，成型壓力為100?250MPa。為方便樣品成型，也 可加入少量粘結(jié)劑。粘結(jié)劑可以為lwt%的羧甲基纖維素鈉鹽、lwt%甲基纖維素、lwt%乙 基纖維素或2wt %面粉。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1?4所述的高鋁質(zhì)耐火磚用莫來石骨料，其特征在于：燒結(jié)溫度為 1550?1650°C，恒溫時間為2?4h。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種以高鋁粉煤灰為單一鋁源，燒結(jié)合成高鋁質(zhì)耐火磚用莫來石骨料，屬燒結(jié)莫來石及高鋁質(zhì)耐火磚技術(shù)領(lǐng)域。發(fā)明以準格爾高鋁粉煤灰為唯一原料，經(jīng)預(yù)處理、球磨、成型、燒結(jié)得到高鋁質(zhì)耐火磚用M60、M70系列莫來石骨料。發(fā)明以固體廢棄物高鋁粉煤灰為原料，無需添加額外的鋁源，具有原料來源廣泛、生產(chǎn)成低、環(huán)境效益顯著的優(yōu)點，燒結(jié)得到的莫來石骨料滿足高鋁質(zhì)耐火磚用原料的國家標準，因此具備一定的市場優(yōu)勢。
【IPC分類】C04B35-66
【公開號】CN104557094
【申請?zhí)枴緾N201510035904
【發(fā)明人】李會泉, 林濱, 李少鵬
【申請人】中國科學院過程工程研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月23日