專利名稱：一種以硫鐵尾礦為主要原料制備高鋁質(zhì)耐火材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐火材料制備領(lǐng)域，是一種以硫鐵尾礦為主要原料制備高鋁質(zhì)耐火材料的方法。
背景技術(shù)：
硫鐵尾礦是硫鐵礦選礦后排出的廢渣。長(zhǎng)期以來硫鐵尾礦作為廢渣被排棄于地面或山溝，嚴(yán)重污染環(huán)境。同時(shí)從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，硫鐵尾礦也是一種潛在的二次資源，合理、有效地綜合利用這些廢棄資源，對(duì)于節(jié)約礦產(chǎn)資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。
我國(guó)硫鐵尾礦廢渣堆存量巨大。以全國(guó)六大硫鐵礦區(qū)之一的四川省為例，其硫鐵礦儲(chǔ)量居全國(guó)第一，其中川南地區(qū)(宜賓、於州兩市)硫鐵礦又占全省的97%，預(yù)測(cè)儲(chǔ)量達(dá)45.2億噸，而尾礦量約占原礦的60-70%。估算目前川南地區(qū)地面堆存的尾礦已達(dá)1000多萬噸。由于各硫鐵礦企業(yè)的選礦工藝流程、設(shè)備條件及技術(shù)水平相差較大，因此川南硫鐵尾礦的化學(xué)成分波動(dòng)較大。川南硫鐵尾礦的化學(xué)組成為(重量百分比)SiO2 3(T52%，Al2O325 40%，CaO 0.2 2.0%，F(xiàn)e2O3 0.6 19%，TiO2 0.5 7.0%，SO3 0.5 4.5%，其它雜質(zhì)組分 1 5%。這種硫鐵尾礦的主要礦物成分是高嶺石，還含有少量銳鈦型、黃鐵礦和方解石等礦物雜質(zhì)。該尾礦中較細(xì)的部分是半軟質(zhì)粘土，主要礦物成分為高嶺石，含有銳鈦礦、有機(jī)質(zhì)、水云母等及未被選出的黃鐵礦，黃鐵礦含量較少。而較粗的部分則形成尾砂，灰白色顆粒，粒度一般在I 5 mm,很難水化,屬硬質(zhì)黏土,其間嵌有未裂開的黃鐵礦。
從以上川南硫鐵尾礦的化學(xué)組成可見，其最主要的化學(xué)成分是Al2O3和Si02。Al2O3-SiO2 二元相圖是硅酸鋁質(zhì)耐火材料中的基礎(chǔ)相圖，也是該體系耐火材料的基礎(chǔ)。硅酸鋁質(zhì)耐火材料的化學(xué)組成、相組成和耐火材料性能之間存在著內(nèi)在聯(lián)系。當(dāng)粘土中的Al2O3含量為20% 50%時(shí)，可根據(jù)下式近似計(jì)算其耐火度t: t= (360 + Al2O3 — R) /0.228(1-1) 式中=Al2O3——把粘土中的Al2O3和SiO2總量換算為100%時(shí)，所Al2O3占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； R——其它雜質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
以前述硫鐵尾礦化學(xué)組成的平均值為計(jì)算依據(jù)，根據(jù)(1-1)式計(jì)算出硫鐵尾礦的耐火度為1690°C。此外實(shí)際分析測(cè)試了一個(gè)硫鐵尾礦樣品，其化學(xué)組成(重量百分比)為:Si0238.41%, Al2O3 32.40%, CaO 3.02%, `TiO2 4.01%, MgO 0.76%, Fe2O 3 1.91%, Na2O:0.16%,K2O 0.35%, SO3 0.92%，燒失量14.30%，余量為其他微量成分。以此為計(jì)算依據(jù)計(jì)算出該硫鐵尾礦的耐火度為1703°C。因此，從理論上說，可以使用硫鐵尾礦制備硅酸鋁體系耐火材料。在硅酸鋁體系耐火材料中一般可按Al2O3含量將耐火材料分為半硅質(zhì)耐火材料(Al2O315 30% )、粘土質(zhì)耐火材料(Al2O3 30 48% )、高鋁質(zhì)耐火材料(Al203>48% )三類。
應(yīng)該說明的是，資料所提供的化學(xué)組成為(重量百分比)SiO2 30^52%, Al2O325 40%，CaO 0.2 2.0%, Fe2O3 0.6 19%，TiO2 0.5 7.0%, SO3 0.5 4.5%，其它雜質(zhì)組分 Γδ%的硫鐵尾礦中Fe2O3過高的部分是不適宜用來制備耐火材料的，因?yàn)樵现械母逨e2O3含量會(huì)嚴(yán)重影響耐火材料的耐火度等使用性能。但是實(shí)際考察表明硫鐵尾礦化學(xué)組成中Fe2O3含量高的那部分都是僅采用重選法對(duì)硫鐵礦原礦進(jìn)行選礦所產(chǎn)生的尾礦，其中含有相當(dāng)多未選出的黃鐵礦，該尾礦為幾十年來產(chǎn)生并堆存下來的老尾礦。目前有些企業(yè)對(duì)這種尾礦進(jìn)行再次選礦，既回收了硫，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，又使硫鐵尾礦中的Fe2O3含量大大下降。隨著選礦技術(shù)的更新，現(xiàn)在很多企業(yè)都采用重浮聯(lián)選工藝進(jìn)行硫鐵礦選礦操作，使尾礦中殘余的黃鐵礦降到了很低的水平，即降低了 Fe2O3含量，為硫鐵尾礦綜合利用提供了一定的條件。
本發(fā)明制備高鋁質(zhì)耐火材料的主要原料是硫鐵尾礦和鋁礬土。為了保證所制備的耐火材料具有良好的性能，要求耐火材料制品中Fe2O3 ( 3%。從目前硫鐵礦選礦技術(shù)水平來說，這個(gè)要求是完全可以達(dá)到的。而對(duì)于長(zhǎng)期堆存下來的老尾礦則可以通過再次選礦達(dá)到這個(gè)要求。因此以硫鐵尾礦為原料制備高鋁質(zhì)耐火材料是完全可行。
從檢索到的文獻(xiàn)看，有一些以尾礦為主要原料制備各種耐火材料的相關(guān)報(bào)導(dǎo)，但未見以硫鐵尾礦為原料制備聞?wù)匈|(zhì)耐火材料的相關(guān)技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是以硫鐵尾礦、鋁礬土為主要原料制備出性能良好的高鋁質(zhì)耐火材料，使硫鐵尾礦得到綜合利用，既能解決硫鐵尾礦帶來的環(huán)境污染，又能創(chuàng)造出經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
本發(fā)明的使用硫鐵尾礦制備高鋁質(zhì)耐火材料的方法，有如下工藝步驟: (I)原料準(zhǔn)備:將硫鐵尾礦在80-120°C溫度下烘干。
(2)煅燒礬土熟料:將鋁礬土在140(Tl50(rC溫度下煅燒2 3小時(shí)，煅燒成礬土熟料。
(3)配料:將按步驟(I)準(zhǔn)備好的硫鐵尾礦與按步驟(2)煅燒成的礬土熟料進(jìn)行配料，其配料重量百分比為:硫鐵尾礦:2(Γ82%，礬土熟料:18 80%;同時(shí)保證配合料中按重量百分比計(jì) Al2O3 彡 48%, Fe2 O3 ( 3%。
(4)粉磨:將按步驟(3)稱量配料得到的物料置于球磨機(jī)中磨細(xì)至過80目篩。
(5)混合:在經(jīng)步驟(4)得到的物料中添加占該物料總重量O 2% (重量百分比)的粘結(jié)劑和5 8% (重量百分比)的水，并混合均勻。所述的粘結(jié)劑為甲基纖維素或羧甲基纖維素。
(6)陳腐:將混合均勻的混合料陳腐24小時(shí)以上，以增加其可塑性。
(7)成型:將陳腐后的物料置于模具中通過壓磚機(jī)壓制成型，制成生坯。
(8)干燥:在8(Tl50°C溫度下將生坯干燥至含水率為I 2%。
(9)燒成:將按步驟(8)制備的磚坯于高溫爐中緩慢升溫至1390°C 1450°C，在氧化氣氛下保溫5 10小時(shí)后燒成，緩慢冷卻至常溫。
由于硫鐵尾礦中含有少量未選出硫鐵礦，高溫?zé)蓵r(shí)會(huì)有硫排放出來，為了防止環(huán)境污染，一方面要提高選礦工藝技術(shù)，減少尾礦中的硫含量；另一方面在硫鐵尾礦熟料煅燒與耐火材料燒成過程過程中應(yīng)進(jìn)行煙氣脫硫。
按上述配料方案和工藝步驟制備的高鋁質(zhì)耐火材料制品呈桔黃色，表面平整、色澤均勻，主晶相為莫來石及剛玉和少量方石英。產(chǎn)品的主要性能為:產(chǎn)品耐火度1750 V 1900 V，0.2MPa荷重軟化溫度:1420^1590 °C，耐壓強(qiáng)度:48 60MPa，密度:2.00 2.61g/cm3，顯氣孔率:9.48 15.51%，重?zé)€變化:-0.4 0.2%(1500°C，2h)。
本發(fā)明的主要特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)在于: (I)使用工業(yè)廢渣一硫鐵尾礦為主要原料之一制備高鋁質(zhì)耐火材料，降低了產(chǎn)品成本，并可實(shí)現(xiàn)變廢為寶，有效地緩解因硫鐵尾礦長(zhǎng)期堆放和氧化帶來的環(huán)境危害。
(2)由于硫鐵尾礦中含有少量Fe203、Fe0、Ca0，不需要另外加入礦化劑。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
實(shí)施例1 所使用硫鐵尾礦取自川南地區(qū)某企業(yè)小型重浮聯(lián)選的浮選槽內(nèi)，其化學(xué)成分重量百分比為:Si0238.41%, Al2O3 32.40%, CaO 3.02%, TiO2 4.01%, MgO 0.76%, Fe2O 3 1.91%, Na2O:0.16%，K2O 0.35%, SO3 0.92%，燒失量14.30%，余量為其他微量組成。所用鋁礬土化學(xué)成分重量百分比為=Al2O3:74.0%、Ca0:0.8%、Fe2O3:2.7%，為二級(jí)甲等鋁礬土。使用該硫鐵尾礦和鋁礬土制備高鋁質(zhì)耐火材料的工藝步驟如下: (I)將硫鐵尾礦在80-120°C溫度下烘干4小時(shí)。
(2)將鋁礬土在1410±10 °C溫度下煅燒2.5小時(shí)制備出礬土熟料。
(3)將按步驟(I)和(2)準(zhǔn)備好的物料按重量百分比為:硫鐵尾礦40%、礬土熟料60%進(jìn)行稱量配料后置于球磨機(jī)中球磨至過80目篩。
(4)在按步驟(3)配制的物料中添加占該物料總重量8% (重量百分比)的水，混合攪拌均勻，陳腐24小時(shí)。
(5)將陳腐后的物料置于模具中壓磚機(jī)壓制成生坯，成型壓力為140MPa。
(6)在8(Tl50°C溫度下將磚坯干燥至含水率為I 2%。
(7)將干燥好的生坯置于窯爐中緩慢升溫至1420±5°C，在氧化氣氛下保溫6小時(shí)后燒成，緩慢冷卻至常溫即為本發(fā)明的產(chǎn)品。
所制備的產(chǎn)品呈桔黃色，表面平整、色澤均勻。產(chǎn)品的主要性能如下:耐火度1780 °C,0.2MPa荷重軟化溫度:1490 °C,耐壓強(qiáng)度:53MPa,密度:2.21g/cm3，顯氣孔率:10.51%，重?zé)€變化:0.09% (1500°C，2h)。X射線粉晶衍射物相分析表明該產(chǎn)品的主要晶相是莫來石、剛玉及少量方石英。
實(shí)施例2 所使用硫鐵尾礦取自川南地區(qū)某企業(yè)小型重浮聯(lián)選的浮選槽內(nèi)，其化學(xué)成分重量百分比為:Si0238.41%, Al2O3 32.40%, CaO 3.02%, TiO2 4.01%, MgO 0.76%, Fe2O 3 1.91%, Na2O:0.16%，K2O 0.35%, SO3 0.92%，燒失量14.30%，余量為其他微量組成。所用鋁礬土化學(xué)成分重量百分比為=Al2O3:74.0%、Ca0:0.8%、Fe2O3:2.7%，為二級(jí)甲等鋁礬土。使用該硫鐵尾礦和鋁礬土制備高鋁質(zhì)耐火材料的工藝步驟如下: (I)將硫鐵尾礦在80-120°C溫度下烘干4小時(shí)。
(2)將鋁礬土在1410±10°C溫度下煅燒2.5小時(shí)制備出礬土熟料。
(3)將按步驟(1)和(2)準(zhǔn)備好的物料按重量百分比為:硫鐵尾礦60%、礬土熟料40%進(jìn)行稱量配料后置于球磨機(jī)中球磨至過80目篩。
(4)在按步驟(3)配制的物料中添加占該物料總重量8% (重量百分比)的水，混合攪拌均勻，陳腐24小時(shí)。
(5)將陳腐后的物料置于模具中壓磚機(jī)壓制成生坯，成型壓力為140MPa。
(6)在8(Tl50°C溫度下將磚坯干燥至含水率為I 2%。
(7)將干燥好的生坯于窯爐中緩慢升溫至1420±5°C，在氧化氣氛下保溫6小時(shí)后燒成，緩慢冷卻至常溫即為本發(fā)明的產(chǎn)品。
所制備的產(chǎn)品呈桔黃色，表面平整、色澤均勻。產(chǎn)品的主要性能如下:耐火度1760°C,0.2MPa荷重軟化溫度:1420°C，耐火磚耐壓強(qiáng)度:49MPa，密度:2.01g/cm3，顯氣孔率:14.51%，重?zé)€變化:0.15%%(1500°C，2h)。X射線粉晶衍射物相分析表明該產(chǎn)品的主要晶相是莫來石 、剛玉及少量方石英。
權(quán)利要求
1.一種以硫鐵尾礦為主要原料制備高鋁質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于有如下工藝步驟: (1)將硫鐵尾礦在80-120°C溫度下烘干； (2)將鋁礬土在140(Tl500°C溫度下煅燒2 3小時(shí)，煅燒成礬土熟料； (3 )將按步驟(I)準(zhǔn)備好的硫鐵尾礦與按步驟(2 )煅燒成的礬土熟料進(jìn)行配料，其配料重量百分比為:硫鐵尾礦:2(Γ82%，礬土熟料:18 80% ;同時(shí)保證配合料中Al2O3含按重量百分比大于 48%，F(xiàn)e2O3 ( 3% ； (4)將按步驟(3)稱量配料得到的物料置于球磨機(jī)中磨細(xì)至過80目篩； (5)在經(jīng)步驟(4)得到的物料中添加占該物料總重量O 2%(重量百分比)的粘結(jié)劑和5 8% (重量百分比)的水，并混合均勻； (6 )將由步驟(5 )得到的配合料經(jīng)陳腐，成型，干燥，制成生坯； (7)將按步驟(6)制備的生坯于高溫爐中緩慢升溫至1390°C 1420°C，在氧化氣氛下保溫5 10小時(shí)后燒成，緩慢冷卻至常溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種以硫鐵尾礦為主要原料制備高鋁質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于所說的粘結(jié)劑為甲基纖維素或羧甲基纖維素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種以硫鐵尾礦為主要原料制備高鋁質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于所制備的耐火材料的主要晶相為莫來石及剛玉和方石英。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種以硫鐵尾礦為主要原料制備高鋁質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于所制備的耐火材料產(chǎn)品呈桔黃色，色澤均勻，表面平整；產(chǎn)品耐火度1750 V 1900 V，0.2MPa荷重軟化溫度:1420^1590 °C，耐壓強(qiáng)度:48 60MPa，密度:·2.00 2.61g/cm3，顯氣孔率:9.48 15.51%，重?zé)€變化:-0.4 0.2%(1500°C，2h)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以硫鐵尾礦為主要原料制備高鋁質(zhì)耐火材料的方法。本發(fā)明制備高鋁質(zhì)耐火材料的原料重量百分比為硫鐵尾礦20~82%，礬土熟料18~80%；同時(shí)保證配合料中按重量百分比計(jì)Al2O3≥48%，F(xiàn)e2O3≤3%。另加占硫鐵尾礦和礬土熟料總重量0～2%(重量百分比)的粘結(jié)劑和5～8%(重量百分比)的水。原料經(jīng)過干燥，熟料煅燒，配料，粉磨，混合，陳腐，成型，干燥后在1300℃~1450℃氧化氣氛下燒制主晶相為莫來石、剛玉及其方石英的高鋁質(zhì)耐火材料。
文檔編號(hào)C04B35/66GK103159493SQ20131013227
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者葉巧明, 張軍, 劉菁, 王燕, 李志均 申請(qǐng)人:成都理工大學(xué)