專利名稱：一種以硫鐵尾礦為原料制備粘土質(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原料制備粘土質(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(lái)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(lái)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(wàn)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(shuō)，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(shuō)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(guò)高的部分是不適宜用來(lái)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(lái)產(chǎn)生并堆存下來(lái)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)明制備粘土質(zhì)耐火材料的原料是硫鐵尾礦。為了保證所制備的耐火材料具有良好的性能，要求硫鐵尾礦中Fe2O3 ( 3%。從目前硫鐵礦選礦技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，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(lái)的老尾礦則可以通過(guò)再次選礦達(dá)到這個(gè)要求。因此以硫鐵尾礦為原料制備粘土質(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粘土質(zhì)耐火材料的相關(guān)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用硫鐵尾礦制備出性能良好的粘土質(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(lái)的環(huán)境污染，又能創(chuàng)造出經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本發(fā)明的以硫鐵尾礦為原料制備粘土質(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溫度下烘干后用球磨機(jī)磨細(xì)至過(guò)80目篩。(2)熟料煅燒:將經(jīng)步驟(I)得到的部分硫鐵尾礦粉料在120(Tl30(rC溫度下煅燒2 3小時(shí)，制備出硫鐵尾礦熟料，并過(guò)80目篩。(3)配料:將按步驟(I)準(zhǔn)備好的硫鐵尾礦粉料與按步驟(2)煅燒成的硫鐵尾礦熟料進(jìn)行配料，其配料重量百分比為:硫鐵尾礦(Γ80%，硫鐵尾礦熟料 2(Γ100% ;同時(shí)要求配合料中Al2O3含量為30 48 %，F(xiàn)e2O3含量< 3%。另加占硫鐵尾礦及硫鐵尾礦熟料總重量O 2% (重量百分比)的粘結(jié)劑和5 8% (重量百分比)的水。所述的粘結(jié)劑為甲基纖維素或羧甲基纖維素。(4)混合:將按步驟(3)配料的物料混合均勻。(5)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。(6)成型:將陳腐后的物料置于模具中通過(guò)壓磚機(jī)壓制成型，制成生坯。(7)干燥:在8(Tl50°C溫度下將生坯干燥至含水率為I 2%。(8)燒成:將按步驟(7)制備的磚坯于高溫爐中緩慢升溫至1300°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(lái)，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(guò)程過(guò)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粘土質(zhì)耐火材料制品呈黃褐色，表面平整、色澤均勻，主晶相為莫來(lái)石。產(chǎn)品的主要性能為:耐火度159(Tl730°C，0.2MPa荷重軟化溫度:130(Tl36(TC，耐壓強(qiáng)度42 59Mpa，密度1.99 2.07g/cm3，顯氣孔率8.22 21.3%，重?zé)€變化-0.5 0.2%(1400°C，2h)。本發(fā)明的主要特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)在于:(I)全部使用工業(yè)廢洛一硫鐵尾礦為原料制備粘土質(zhì)耐火材料，產(chǎn)品成本低，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(lái)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)施例方式以下結(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。使用該硫鐵尾礦制備粘土質(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)左右后在球磨機(jī)中磨細(xì)至過(guò)80目篩。(2)將硫鐵尾礦粉料在1300±5°C溫度下煅燒2小時(shí)，制備出硫鐵尾礦熟料，并過(guò)80目篩。 (3)稱取硫鐵尾礦熟料若干，外加占硫鐵尾礦熟料重量8% (重量百分比)的水，混合攪拌均勻，陳腐24小時(shí)。(4)將陳腐后的物料置于模具中通過(guò)壓磚機(jī)壓制成生坯，成型壓力為140MPa。(5)在8(Tl50°C溫度下將生坯干燥至含水率為I 2%。(6)將干燥好的磚坯于高溫爐中緩慢升溫至1400±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1610°C，0.2MPa荷重軟化溫度1320°C，耐壓強(qiáng)度45Mpa，密度2.07g/cm3，顯氣孔率16.35%，重?zé)€變化0.ll%(1400°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(lái)石，另外含有少量鈣長(zhǎng)石。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。使用該硫鐵尾礦制備粘土質(zhì)耐火材料的工藝步驟如下:
(I)將該硫鐵尾礦在80-120°C溫度下烘干4小時(shí)左右后在球磨機(jī)中磨細(xì)至過(guò)80目篩。(2)將得到的部分硫鐵尾礦粉料在1300±5°C溫度下煅燒2小時(shí)，制備出硫鐵尾礦熟料,并過(guò)80目篩。(3)按重量百分比為:硫鐵尾礦45%，硫鐵尾礦熟料55%稱量，外加占硫鐵尾礦及硫鐵尾礦熟料總重量為8% (重量百分比)的水，混合攪拌均勻，陳腐24小時(shí)。(4)將陳腐后的物料置于模具中通過(guò)壓磚機(jī)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(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)品呈黃褐色，表面平整、色澤均勻。產(chǎn)品的主要性能如下:耐火度1600°C，荷重軟化溫度1310°C，耐火磚耐壓強(qiáng)度45Mpa，密度2.01g/cm3，顯氣孔率16.85%，重?zé)€變化0.19%(1400°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(lái)石，另 外含有少量鈣長(zhǎng)石。
權(quán)利要求
1.一種以硫鐵尾礦為原料制備粘土質(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溫度下烘干后用球磨機(jī)磨細(xì)至過(guò)80目篩； (2)將經(jīng)步驟(I)得到的部分硫鐵尾礦粉料在120(Tl300°C溫度下煅燒2 3小時(shí)，制備出硫鐵尾礦熟料，并過(guò)80目篩； (3)將按步驟(I)準(zhǔn)備好的硫鐵尾礦粉料與按步驟(2)煅燒成的硫鐵尾礦熟料進(jìn)行配料，其配料重量百分比為:硫鐵尾礦(Γ80%，硫鐵尾礦熟料 2(Γ100% ;同時(shí)要求硫鐵尾礦中Al2O3含量為30 48%, Fe2O3含量彡3%。
2.另加占硫鐵尾礦及硫鐵尾礦熟料總重量O 2%(重量百分比)的粘結(jié)劑和5 8%(重量百分比)的水； (4)將按步驟(3)得到的物料經(jīng)混合、陳腐、成型、干燥，制備成生坯； (5)將按步驟(4)制備的生坯于高溫爐中緩慢升溫至1350°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； 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以硫鐵尾礦為原料制備粘土質(zhì)耐火材料的方法，其特征在于所說(shuō)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所述的一種以硫鐵尾礦為原料制備粘土質(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(lái)石。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以硫鐵尾礦為原料制備粘土質(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159(T1730°C，0.2MPa荷重軟化溫度13(KTl36(TC，耐壓強(qiáng)度42 59Mpa，密度1.99 2.07g/cm3，顯氣孔率8.22 21.3%，重?zé)€變化-0.5 0.2%(1400° C，2h)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以硫鐵尾礦為原料制備粘土質(zhì)耐火材料的方法。本發(fā)明以硫鐵尾礦為原料制備粘土質(zhì)耐火材料的原料重量百分比為硫鐵尾礦0~80%，硫鐵尾礦熟料 20~100%；同時(shí)要求硫鐵尾礦中Al2O3含量為30～48％，F(xiàn)e2O3含量≤3%。另加占硫鐵尾礦及硫鐵尾礦熟料總重量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(guò)熟料煅燒，粉磨，配料，混合，陳腐，成型，干燥后在1350℃~1450℃氧化氣氛下燒制成主晶相為莫來(lái)石的粘土質(zhì)耐火材料。
文檔編號(hào)C04B35/622GK103159494SQ20131013241
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, 李江, 倪冬瓊 申請(qǐng)人:成都理工大學(xué)