一種利用煤矸石和鎳渣制備以堇青石為主晶相燒結(jié)體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料科學(xué)領(lǐng)域，確切地說是一種利用煤矸石和鎳渣制備以堇青石為主晶相燒結(jié)體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤矸石是采煤過程中產(chǎn)生的二次產(chǎn)物，是在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅(jiān)硬的黑灰色巖石。煤矸石的主要成分為硅鋁氧化物，并含有少量的CaO、MgO、Fe203、FeO、S03、K20、Na20等。目前我國已將煤矸石用作發(fā)電、制造建筑材料等，但大量煤矸石仍未得到有效利用。
[0003]鎳渣是冶煉鎳鐵合金產(chǎn)生的固體廢渣，處理不當(dāng)會對環(huán)境造成污染，目前我國將鎳渣作為新型建材的原材料，添加劑等，基本實(shí)現(xiàn)了對其回收利用，但鎳渣中富含高價(jià)值的鎂質(zhì)組分，可在制備堇青石時(shí)替代昂貴的鎂質(zhì)材料，更好的發(fā)揮其價(jià)值。
[0004]研究發(fā)現(xiàn)，堇青石具有較低的熱膨脹系數(shù)，一般在(1.76?2.30) X 10 6/°C(120°C?1100°C)之間，且具有良好的抗熱震性和耐火性。堇青石晶體結(jié)構(gòu)屬于六方晶系P6/mmc空間群，屬于組群狀結(jié)構(gòu)，其緊密的空間分子結(jié)構(gòu)使得堇青石在受到溫度變化時(shí)能夠保持較好的穩(wěn)定性，從而具有較低的熱膨脹系數(shù)。
[0005]相關(guān)文獻(xiàn)中記載通過不同的實(shí)驗(yàn)方法和原材料制備出了堇青石。例如CN104402515A公開了一種以滑石、高嶺土、氧化鋁等為原料制備出多孔堇青石陶瓷，此種多孔陶瓷的發(fā)明可吸收氣體中的PM2.5達(dá)到凈化空氣的作用。CN104310417A公開了一種利用廢棄型砂、滑石、氧化鋁為原料制備出含鋯堇青石相材料，燒成溫度在1340?1420°C，保溫時(shí)間為3?7h，所制得的含鋯堇青石具有較低的熱膨脹系數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的問題是提供一種利用工業(yè)固體廢棄物煤矸石和鎳渣為主要原料制備以堇青石為主晶相燒結(jié)體的制備方法。該方法利用煤矸石中的硅鋁質(zhì)組分以及鎳渣中的鎂質(zhì)組分，高溫煅燒制備以堇青石為主晶相的燒結(jié)體。
[0007]上述目的通過以下方案實(shí)現(xiàn):
一種利用煤矸石和鎳渣制備以堇青石為主晶相燒結(jié)體的方法，其特征在于:將經(jīng)球磨、過篩后的煤矸石和鎳渣混合均勻，加水至其為賓漢姆漿體，成型干燥后置于高溫爐中煅燒，制得以堇青石為主晶相的燒結(jié)體。
[0008]所述的一種利用煤矸石和鎳渣制備以堇青石為主晶相燒結(jié)體的方法，其特征在于:所述的煤矸石和鎳渣均須過200目的方孔篩。
[0009]所述的一種利用煤矸石和鎳渣制備以堇青石為主晶相燒結(jié)體的方法，其特征在于:煤矸石和鎳渣的混合比例為:90?70:10?30。
[0010]所述的一種利用煤矸石和鎳渣制備以堇青石為主晶相燒結(jié)體的方法，其特征在于:煅燒過程中，升溫速率控制在5?6°C /min，燒成溫度為1200?1300°C，保溫時(shí)間為0 ?30mino
[0011]當(dāng)所施加的外力較小，它所產(chǎn)生的剪應(yīng)力小于極限剪應(yīng)力或屈服應(yīng)力τ。時(shí)，物體將保持原狀不發(fā)生流動(dòng)；而當(dāng)剪應(yīng)力超過τ。時(shí)，物體就產(chǎn)生流動(dòng)形變；這類物體稱之為賓漢姆體。
[0012]本發(fā)明的有益效果為:
利用煤矸石中主要礦物成分高嶺石在一定溫度下發(fā)生分解反應(yīng)生成S1jP A1 203，以及鎳渣中主要礦物成分鎂橄欖石在一定溫度下主要分解物MgO，在1200°C以上經(jīng)過物理化學(xué)反應(yīng)生成堇青石相；同時(shí)，利用煤矸石其他雜質(zhì)礦物成分在燒結(jié)過程中可以起到助熔作用，降低燒成溫度；采用煤矸石和鎳渣為原料，是工業(yè)廢棄物的有效利用，是變廢為寶；使用鎳渣中含有的鎂質(zhì)組分替代其他制備方法中所使用的昂貴鎂質(zhì)原材料，大幅降低制備堇青石相的成本。
【附圖說明】
[0013]圖1為煤矸石:鎳渣=80%:20%，燒成溫度為1250°C，升溫速率5°C ~6°C /min,保溫時(shí)間15min的燒結(jié)體XRD圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0014]將煤矸石經(jīng)過鱷式破碎機(jī)、球磨機(jī)進(jìn)行破碎、球磨，將鎳渣經(jīng)過球磨機(jī)球磨，過200目方孔篩，得煤矸石和鎳渣粉料；將煤矸石進(jìn)行850°C煅燒，取20g煤矸石和5g鎳渣裝入密封袋中混合，手動(dòng)混合15min。
[0015]將混合均勻的干粉置入攪拌器皿中加入10ml水?dāng)嚢瑁淮龜嚢杈鶆蚝箨惛?，裝入25mm直徑30mm高的圓柱形模具中成型，再放入45°C烘箱中干燥至恒重，脫模。
[0016]將脫模后的柱狀體置入高溫爐中1250°C保溫15min，即得最后得出體積收縮率為20.1%，表觀密度為1960kg/m3，抗壓強(qiáng)度為42MPa且堇青石為主晶相的燒結(jié)體。
[0017]如圖1所示:煤矸石:鎳渣=80%:20%，燒成溫度為1250°C，升溫速率5°C?6°C /min，保溫時(shí)間15min的燒結(jié)體XRD圖譜。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用煤矸石和鎳渣制備以堇青石為主晶相燒結(jié)體的方法，其特征在于:是將經(jīng)球磨、過篩后的煤矸石和鎳渣混合均勻，加水至其為賓漢姆漿體，成型干燥后置于高溫爐中煅燒，制得以堇青石為主晶相的燒結(jié)體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用煤矸石和鎳渣制備以堇青石為主晶相燒結(jié)體的方法，其特征在于:所述煤矸石和鎳渣均須過200目方孔篩。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用煤矸石和鎳渣制備以堇青石為主晶相燒結(jié)體的方法，其特征在于:煤矸石和鎳渣的混合比例為:90?70:10?30。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用煤矸石和鎳渣制備以堇青石為主晶相燒結(jié)體的方法，其特征在于:煅燒過程中，升溫速率控制在5?6°C /min，燒成溫度為1200?1300°C，保溫時(shí)間為5?30min，隨爐自然冷卻。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用煤矸石和鎳渣制備以堇青石為主晶相燒結(jié)體的方法，其特征在于：是將經(jīng)球磨、過篩后的煤矸石和鎳渣混合均勻，加水至其為賓漢姆漿體，成型干燥后置于高溫爐中煅燒，利用煤矸石中主要礦物成分高嶺石和鎳渣中主要礦物成分鎂橄欖石在一定溫度下分解生成的SiO2和Al2O3及MgO，在1200℃以上經(jīng)物理化學(xué)反應(yīng)生成堇青石相，制得以堇青石為主晶相的燒結(jié)體。同時(shí)，利用煤矸石其他雜質(zhì)礦物成分在燒結(jié)過程中可以起到助熔作用，降低燒成溫度。
【IPC分類】C04B35/622, C04B35/195
【公開號】CN105367047
【申請?zhí)枴緾N201510892208
【發(fā)明人】孫道勝, 王愛國, 桑迪, 徐海燕, 劉開偉, 李燕, 李萍
【申請人】安徽建筑大學(xué)
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年12月1日