專利名稱：一種以硫鐵尾礦為主要原料制備半硅質耐火材料的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及耐火材料制備領域，是一種以硫鐵尾礦為主要原料制備半硅質耐火材料的方法。
背景技術：
硫鐵尾礦是硫鐵礦選礦后排出的廢渣。長期以來硫鐵尾礦作為廢渣被排棄于地面或山溝，嚴重污染環(huán)境。同時從可持續(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，對于節(jié)約礦產資源和保護生態(tài)環(huán)境具有重要意義。
我國硫鐵尾礦廢渣堆存量巨大。以全國六大硫鐵礦區(qū)之一的四川省為例，其硫鐵礦儲量居全國第一，其中川南地區(qū)(宜賓、於州兩市)硫鐵礦又占全省的97%，預測儲量達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1000多萬噸。由于各硫鐵礦企業(yè)的選礦工藝流程、設備條件及技術水平相差較大，因此川南硫鐵尾礦的化學成分波動較大。川南硫鐵尾礦的化學組成為(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。該尾礦中較細的部分是半軟質粘土，主要礦物成分為高嶺石，含有銳鈦礦、有機質、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組成可見，其最主要的化學成分是Al2O3和Si02。Al2O3-SiO2 二元相圖是硅酸鋁質耐火材料中的基礎相圖，也是該體系耐火材料的基礎。硅酸鋁質耐火材料的化學組成、相組成和耐火材料性能之間存在著內在聯(lián)系。當粘土中的Al2O3含量為20% 50%時，可根據(jù)下式近似計算其耐火度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，所Al2O3占的質量分數(shù)； R——其它雜質的質量分數(shù)。
以上述硫鐵尾礦化學組成的平均值為計算依據(jù)，根據(jù)(1-1)式計算出硫鐵尾礦的耐火度為1690°C。此外實際分析測試了一個硫鐵尾礦樣品，其化學組成(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。以此為計算依據(jù)計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耐火材料(Al2O315 30% )、粘土質耐火材料(Al2O3 30 48% )、高鋁質耐火材料(Al203>48% )三類。
應該說明的是，資料所提供的化學組成為(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，因為原料中的高Fe2O3含量會嚴重影響耐火材料的耐火度等使用性能。但是實際考察表明硫鐵尾礦化學組成中Fe2O3含量高的那部分都是僅采用重選法對硫鐵礦原礦進行選礦所產生的尾礦，其中含有相當多未選出的黃鐵礦，該尾礦為幾十年來產生并堆存下來的老尾礦。目前有些企業(yè)對這種尾礦進行再次選礦，既回收了硫，產生經濟效益，又使硫鐵尾礦中的Fe2O3含量大大下降。隨著選礦技術的更新，現(xiàn)在很多企業(yè)都采用重浮聯(lián)選工藝進行硫鐵礦選礦操作，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)明制備半硅質耐火材料的主要原料是硫鐵尾礦及石英砂。為了保證所制備的耐火材料具有良好的性能，要求制品中Fe2O3 ( 3%。從目前硫鐵礦選礦技術水平來說，這個要求是完全可以達到的。而對于長期堆存下來的老尾礦則可以通過再次選礦達到這個要求。因此以硫鐵尾礦為主要原料制備半硅質耐火材料是完全可行。
從檢索到的文獻看，有一些以尾礦為主要原料制備各種耐火材料的相關報導，但未見以硫鐵尾礦為主要原料制備半硅質耐火材料的相關技術。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是利用硫鐵尾礦制備出性能良好的耐火材料，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)造出經濟價值。
本發(fā)明的以硫鐵尾礦為主要原料制備半硅質耐火材料的方法，有如下工藝步驟: (I)原料準備:將硫鐵尾礦在80-120°C溫度下烘干。
(2)配料:將按步驟(I)準備好的硫鐵尾礦與石英砂一起進行配料，原料配料重量百分比為:硫鐵尾礦37 73%，石英砂27飛3% ;同時保證配合料中按重量百分比計Al2O3為15 30%，SiO2彡65%，F(xiàn)e2O3 ( 3%。此外要求所使用石英砂中SiO2含量按重量百分比計大于90%。
(3)粉磨:將按步驟(2)稱量配料得到的物料置于球磨機中磨細至過80目篩。
(4)混合:在經步驟(3)得到的物料中添加占該物料總重量O 2% (重量百分比)的粘結劑和5 8% (重量百分比)的水，并混合均勻。所述的粘結劑為甲基纖維素或羧甲基纖維素。
(5)陳腐:將經步驟(4)混合均勻的混合料陳腐24小時以上，以增加其可塑性。
(6)成型:將陳腐后的物料置于模具中通過壓磚機壓制成型，制成生坯。
(7)干燥:將生坯放于通風處陰干或在8(Tl50°C溫度下干燥至含水率為f 2%。
(8)燒成:將按步驟(7)制備的磚坯于高溫爐中緩慢升溫至1350°C 1410°C，在氧化氣氛下保溫5 10小時后燒成，緩慢冷卻至常溫。
由于硫鐵尾礦中含有少量未選出硫鐵礦，高溫燒成時會有硫排放出來，為了防止環(huán)境污染，一方面要提高選礦工藝技術，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中應進行煙氣脫硫。
按上述配料方案和工藝步驟制備的半硅質耐火材料制品呈桔黃色，表面平整、色澤均勻，主晶相為莫來石及少量方石英和石英。產品的主要性能為:產品耐火度1600 1710 °C,0.2MPa荷重軟化溫度:135(Tl440 °C，耐壓強度:45 56MPa，密度:2.02 2.13g/cm3 ，顯氣孔率:12.14 15.65%，重燒線變化:0.10 3.31 (1500°C，2h)。
本發(fā)明的主要特點與優(yōu)勢在于: (I)使用工業(yè)廢洛一硫鐵尾礦為主要原料，添加石英砂制備半硅質耐火材料，降低了產品成本，并可實現(xiàn)變廢為寶，有效地緩解因硫鐵尾礦長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。
具體實施方式
以下結合具體實例對本發(fā)明進行進一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
實施例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，其化學成分重量百分比為: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。所用石英砂品位較低，其化學成分重量百分比為:Si0290.93%, Al2O3 4.98%, CaO 0.07%, TiO20.57%, MgO0.18%，F(xiàn)e2O 30.60%, K2O 0.71%，SO3 0.16%，燒失量3.8%。使用該硫鐵尾礦制備半硅質耐火材料的工藝步驟如下: Cl)分別將硫鐵尾礦和石英砂在80-120·°C溫度下烘干4小時。
(2)按重量百分比為:硫鐵尾礦40%，石英砂60%稱量原料，并置于球磨機中磨細至過80目篩。
(3)在按步驟(2)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。
(4)將陳腐后的物料置于模具中用壓磚機壓制成生坯，成型壓力為140MPa。
(5)在8(Tl50°C溫度下將磚坯干燥至含水率為I 2%。
(6)將干燥好的生坯于窯爐中緩慢升溫至1400±5°C，在氧化氣氛下保溫6小時后燒成，緩慢冷卻至常溫即為本發(fā)明的產品。
所制備的產品呈桔黃色，表面平整、色澤均勻。產品的主要性能如下:耐火度1650°C，0.2MPa荷重軟化溫度1360°C，耐壓強度52Mpa，密度2.043g/cm3，顯氣孔率14.14%，重燒線變化2.07%(1500°C，2h)。X射線粉晶衍射物相分析表明該產品的主要晶相是莫來石和方石英。
實施例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，其化學成分重量百分比為: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。所用石英砂為普通石英砂，化學成分重量百分比為=SiO2 97.62%, Al2O3 1.30%, CaO 0.05%, TiO20.09%, MgO0.07%，F(xiàn)e2O 30.12%，K2O 0.37%，Na2O 0.35%。使用該硫鐵尾礦制備半硅質耐火材料的工藝步驟如下: Cl)分別將硫鐵尾礦和石英砂在80-120°C溫度下烘干4小時。
(2)按重量百分比為:硫鐵尾礦55%，石英砂45%稱量原料，并置于球磨機中磨細至過80目篩。
(3)在按步驟(2)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。
(4)將陳腐后的物料置于模具中壓磚機壓制成生坯，成型壓力為140MPa。
(5)在8(Tl50°C溫度下將磚坯干燥至含水率為I 2%。
(6)將干燥好的生坯于窯爐中緩慢升溫至1400±5°C，在氧化氣氛下保溫6小時后燒成，緩慢冷卻至常溫即為本發(fā)明的產品。
所制備的產品呈桔黃色，表面平整、色澤均勻。產品的主要性能如下:耐火度16700C，0.2MPa荷重軟化溫度1380°C，耐火磚耐壓強度48Mpa，密度2.039g/cm3,顯氣孔率15.3%，重燒線變化1.99% (15000C，2h)。X射線粉晶衍射物相分析表明該產品的主要晶相是莫來石和方石英 。
權利要求
1.一種以硫鐵尾礦為主要原料制備半硅質耐火材料的方法，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)將按步驟(I)準備好的硫鐵尾礦與石英砂一起進行配料，原料配料重量百分比為:硫鐵尾礦37 73%，石英砂27 63%，同時保證配合料中按重量百分比計Al2O3為15 30%，SiO2 彡 65%, Fe2O3 ( 3% ； (3)將按步驟(2)稱量配料得到的物料置于球磨機中磨細至過80目篩； (4)在經步驟(3)得到的物料中添加占該物料總重量O 2%(重量百分比)的粘結劑和5 8% (重量百分比)的水，并混合均勻； (5)將按步驟(4)得到的配合料經陳腐、成型、干燥，制備成生坯； (6)將按步驟(5)制備的生坯置于高溫爐中緩慢升溫至1350°C 1410°C，在氧化氣氛下保溫5 10小時后燒成，緩慢冷卻至常溫； 根據(jù)權利要求1所述的一種以硫鐵尾礦為主要原料制備半硅質耐火材料的方法，其特征在于所說的粘結劑為甲基纖維素或羧甲基纖維素。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種以硫鐵尾礦為主要原料制備半硅質耐火材料的方法，其特征在于所制備的耐火材料的主要晶相為莫來石及少量方石英和石英。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種以硫鐵尾礦為主要原料制備半硅質耐火材料的方法，其特征在于所制備的耐火材料產品呈桔黃色，色澤均勻，表面平整。
4.產品耐火度160(Γ1710V，0.2MPa荷重軟化溫度:135(Tl440 °C，耐火磚耐壓強度:45 56MPa，密度:2.02 2.13g/cm3，顯氣孔率:12.14 15.65%，重燒線變化:/0.10 3.31(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半硅質耐火材料的方法。本發(fā)明制備半硅質耐火材料的原料重量百分比為硫鐵尾礦37~73%，石英砂27~63%；同時保證配合料中按重量百分比計Al2O3為15～30％，SiO2≥65%，F(xiàn)e2O3≤3%。另加占硫鐵尾礦和石英砂總重量0～2%(重量百分比)的粘結劑和5～8%(重量百分比)的水。原料經過干燥，配料，粉磨，混合，陳腐，成型，干燥后在1350℃~1410℃氧化氣氛下燒制成主晶相為莫來石的半硅質耐火材料。
文檔編號C04B35/66GK103159492SQ20131013227
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權日2013年4月17日
發(fā)明者葉巧明, 張軍, 劉菁, 王燕, 李彥來 申請人:成都理工大學