本發(fā)明涉及制備剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的方法。

背景技術(shù)：

剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料是一種具有良好高溫性能的耐火制品，其主要化學(xué)成分為氧化鋁及二氧化硅，一般以高鋁礬土礦等氧化鋁含量較高，有一定含量的二氧化硅，而氧化鐵等雜質(zhì)含量相對(duì)較低的有價(jià)礦物原料燒結(jié)合成。然而高鋁礬土作為一種雜質(zhì)含量較少的有價(jià)礦物，其目前可開采利用的資源儲(chǔ)量越來(lái)越少。

我國(guó)有豐富的高鐵鋁土礦資源，這是一種氧化鋁及氧化鐵含量均比較高的低品位鋁土礦，由于其氧化鐵含量較高，無(wú)法用拜耳法經(jīng)濟(jì)的對(duì)其進(jìn)行處理，因此目前絕大多數(shù)高鐵鋁土礦無(wú)法被有效開發(fā)利用。我國(guó)也有豐富的煤矸石資源，煤矸石產(chǎn)生于采煤和洗煤過(guò)程中，其主要化學(xué)成分為大量的二氧化硅、一定量的氧化鋁與少量的碳，我國(guó)目前的煤矸石存量大于10億噸，而每年仍將繼續(xù)排放一億噸以上。高鐵鋁土礦與煤矸石中分別含有較高含量氧化鋁與二氧化硅，是制備剛玉—莫來(lái)石復(fù)相材料的主要原料，但二者含有的一定量的雜質(zhì)氧化鐵與碳對(duì)剛玉-莫來(lái)石材料的品質(zhì)有較大的影響。氧化鐵雜質(zhì)會(huì)使剛玉-莫來(lái)石耐火材料在高溫下過(guò)早出現(xiàn)玻璃相，從而降低其使用性能；碳雜質(zhì)會(huì)造成高溫下已經(jīng)生成的莫來(lái)石相發(fā)生碳化還原反應(yīng)而重新被分解，高鐵鋁土礦中的氧化鐵雜質(zhì)一般通過(guò)化學(xué)酸浸法可有效去除，煤矸石中的碳雜質(zhì)則需在高溫下進(jìn)行焙燒以氧化去除，經(jīng)濟(jì)成本均較高。因此無(wú)法采用高鐵鋁土礦與煤矸石經(jīng)濟(jì)合理的合成剛玉-莫來(lái)石復(fù)相耐火材料。

由此，目前尚無(wú)利用高鐵鋁土礦與煤矸石生產(chǎn)高品質(zhì)剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種制備剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的方法，其中，剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料具有良好的耐火性，可以作為耐火材料，該方法以高鐵鋁土礦及廢棄資源煤矸石為原料，通過(guò)低成本除雜工藝除去高鐵鋁土礦及煤矸石中的氧化鐵及碳雜質(zhì)，燒結(jié)合成剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明是基于發(fā)明人的下列工作而完成的：

目前，合成剛玉-莫來(lái)石復(fù)相耐火材料過(guò)程，一般采用礦物原料或者高純?cè)系瘸杀据^高的原料，且原料化學(xué)活性較低。發(fā)明人經(jīng)大量研究，創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)采用低成本的高鐵鋁土礦與廢棄資源煤矸石可以合成剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料。高鐵鋁土礦的主要化學(xué)成分為Al₂O₃、SiO₂及Fe₂O₃，三者含量之和一般在80％以上；煤矸石除含有少量的C之外(含量一般少于20％)，其無(wú)機(jī)物成份主要為SiO₂、Al₂O₃，二者含量之和一般在60％以上，另有少量Fe₂O₃、CaO、MgO、TiO₂、K₂O與Na₂O等。高鐵鋁土礦及煤矸石的主要化學(xué)成分Al₂O₃與SiO₂適于生產(chǎn)剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)以高鐵鋁土礦及煤矸石合成剛玉-莫來(lái)石復(fù)相耐火材料，具有原料生產(chǎn)成本低、化學(xué)活性高、除雜方法簡(jiǎn)單、成本低廉、合成溫度低、合成制品主晶相為剛玉-莫來(lái)石復(fù)相等優(yōu)點(diǎn)。該方法有效實(shí)現(xiàn)了剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的低成本高附加值合成，以及高鐵鋁土礦與煤矸石的高效利用。

因而，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種制備剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：將高鐵鋁土礦與煤矸石礦混合，并進(jìn)行磨細(xì)處理，以便得到混合礦石粉末；將所述混合礦石粉末進(jìn)行焙燒處理，以便得到焙燒后礦石；將所述焙燒后礦石進(jìn)行磁選，以便去除四氧化三鐵，得到磁選后礦石；將所述磁選后礦石進(jìn)行成型處理，以便得到成型原料；以及將所述成型原料進(jìn)行燒結(jié)處理，以便獲得剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的方法，以高鐵鋁土礦與煤矸石礦為原料，合成成本低，且合成產(chǎn)物剛玉-莫來(lái)石復(fù)合材料具有較高的附加值；兩種礦粉混合再焙燒之后，煤矸石中的碳會(huì)將高鐵鋁土礦中的雜質(zhì)Fe₂O₃還原為有磁性的Fe₃O₄利于磁選去除，這樣既可除鐵又可除碳，具有原料生產(chǎn)成本低、化學(xué)活性高、除雜方法簡(jiǎn)單、成本低廉、合成溫度低、合成制品主晶相為剛玉-莫來(lái)石復(fù)相等優(yōu)點(diǎn)。該方法是制備剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的又一個(gè)新途徑，也符合國(guó)家倡導(dǎo)的“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的產(chǎn)業(yè)政策。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的制備剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的方法，還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述高鐵鋁土礦含有(40-60)質(zhì)量％的氧化鋁和(5-25)質(zhì)量％的二氧化硅。由此，氧化鋁和二氧化硅含量高。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述煤矸石含有(25-35)質(zhì)量％的氧化鋁和(45-65)質(zhì)量％的二氧化硅。由此，氧化鋁和二氧化硅含量高。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述高鐵鋁土礦與所述煤矸石礦按質(zhì)量比(0.5-0.9)：1進(jìn)行所述混合。由此，高鐵鋁土礦中的Fe₂O₃與煤矸石礦的碳充分反應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述混合礦石粉末的粒徑為至少90質(zhì)量％所述混合礦石粉末的粒徑不大于74微米。由此，焙燒溫度低，時(shí)間短。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述焙燒處理的溫度為450-570攝氏度，時(shí)間為30-90分鐘。由此，焙燒效果好。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，利用聚乙烯醇進(jìn)行所述成型處理。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述聚乙烯醇與所述磁選后礦石的質(zhì)量比為(0.5-2)：100。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，利用硅鉬棒高溫爐進(jìn)行所述燒結(jié)處理。由此，燒結(jié)效果好。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述燒結(jié)處理的溫度為1400-1600攝氏度，時(shí)間為2-4小時(shí)。由此，燒結(jié)效果好。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制備剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種制備剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的方法。參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)該制備剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的方法進(jìn)行解釋說(shuō)明，該方法包括：

S100混合磨細(xì)

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將高鐵鋁土礦與煤矸石礦混合，并進(jìn)行磨細(xì)處理，得到混合礦石粉末。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，高鐵鋁土礦的主要化學(xué)成分為Al₂O₃、SiO₂及Fe₂O₃，三者含量之和一般在80％以上；煤矸石除含有少量的C之外(含量一般少于20％)，其無(wú)機(jī)物成份主要為SiO₂、Al₂O₃，二者含量之和一般在60％以上，另有少量Fe₂O₃、CaO、MgO、TiO₂、K₂O與Na₂O等。高鐵鋁土礦及煤矸石的主要化學(xué)成分Al₂O₃與SiO₂適于生產(chǎn)剛玉—莫來(lái)石復(fù)相耐火材料。高鐵鋁土礦含有一定量的Fe₂O₃，其會(huì)使剛玉-莫來(lái)石材料在高溫下過(guò)早出現(xiàn)玻璃相，降低使用性能，需將其去除去；而煤矸石中含有少量的碳，會(huì)造成莫來(lái)石相發(fā)生碳化還原反應(yīng)而重新被分解。但將二者共同作為原料制備剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料，煤矸石中的碳會(huì)將高鐵鋁土礦中的雜質(zhì)Fe₂O₃還原為有磁性的Fe₃O₄，反應(yīng)物的反應(yīng)活性高，不需要額外的高成本的化學(xué)制劑，不需要非常高的焙燒溫度(高于800℃)即可完成反應(yīng)，采用經(jīng)濟(jì)有效且處理規(guī)模大的磁選法即可有效去除雜質(zhì)，這樣既可除鐵又可除碳，經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，高鐵鋁土礦與煤矸石礦按質(zhì)量比(0.5-0.9)：1進(jìn)行所述混合。由此，高鐵鋁土礦中的Fe₂O₃與煤矸石礦的碳充分反應(yīng)，避免因煤矸石礦過(guò)少導(dǎo)致Fe₂O₃未完全還原成有磁性的Fe₃O₄，從而在高溫下過(guò)早出現(xiàn)玻璃相，以及高鐵鋁土礦過(guò)少，使碳未完全氧化，從而造成莫來(lái)石相發(fā)生碳化還原反應(yīng)而重新被分解。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，混合礦石粉末的粒徑不受特別的限制，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)礦石的粒徑減小，可以使原料充分接觸，有利于降低焙燒處理的溫度。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，礦石粉末的粒徑為至少90質(zhì)量％混合礦石粉末的粒徑不大于74微米。由此，礦石粉末的粒度小，原料接觸充分，焙燒處理的溫度低。

S200焙燒處理

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將混合礦石粉末進(jìn)行焙燒處理，得到焙燒后礦石。由此，通過(guò)焙燒處理，煤矸石中的碳會(huì)將高鐵鋁土礦中的雜質(zhì)Fe₂O₃還原為有磁性的Fe₃O₄，從而，利用磁選去除。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述焙燒處理的溫度為450-570攝氏度，時(shí)間為30-90分鐘。由此，焙燒溫度低，焙燒能耗顯著下降，生產(chǎn)成本低。

S300磁選處理

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將焙燒后礦石進(jìn)行磁選，去除四氧化三鐵，得到磁選后礦石。由于Fe₂O₃會(huì)使剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料在高溫下過(guò)早出現(xiàn)玻璃相，降低使用性能，將其還原為有磁性的Fe₃O₄后，通過(guò)磁選去除，剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的性能好。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，利用磁選機(jī)進(jìn)行磁選。由此，處理量大，磁選效果好，充分去除鐵雜質(zhì)。

S400成型處理

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將磁選后礦石進(jìn)行成型處理，得到成型原料。由此，將粉末狀原料經(jīng)成型處理，得到后續(xù)燒結(jié)處理所需要的成型原料。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，利用聚乙烯醇進(jìn)行所述成型處理，聚乙烯醇與所述磁選后礦石的質(zhì)量比為(0.5-2)：100，由此，聚乙烯醇起到了粉末粘結(jié)劑的作用。

S500燒結(jié)處理

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將所述成型原料進(jìn)行燒結(jié)處理，得到剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料。在燒結(jié)處理過(guò)程中，Al₂O₃將與SiO₂發(fā)生反應(yīng)生成剛玉-莫來(lái)石復(fù)合晶相，從而合成了剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，利用硅鉬棒高溫爐進(jìn)行所述燒結(jié)處理，所述燒結(jié)處理的溫度為1400-1600℃，時(shí)間為2-4小時(shí)。由此，燒結(jié)處理的溫度低，時(shí)間短，燒堿效果好。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的方法，以高鐵鋁土礦與煤矸石礦為原料，合成成本低，且合成產(chǎn)物剛玉-莫來(lái)石復(fù)合材料具有較高的附加值；兩種礦粉混合再焙燒之后，煤矸石中的碳會(huì)將高鐵鋁土礦中的雜質(zhì)Fe₂O₃還原為有磁性的Fe₃O₄利于磁選去除，這樣既可除鐵又可除碳，具有原料生產(chǎn)成本低、化學(xué)活性高、除雜方法簡(jiǎn)單、成本低廉、合成溫度低、合成制品主晶相為剛玉-莫來(lái)石復(fù)相等優(yōu)點(diǎn)。該方法是制備剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料的又一個(gè)新途徑，也符合國(guó)家倡導(dǎo)的“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的產(chǎn)業(yè)政策。

下面參考具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，需要說(shuō)明的是，這些實(shí)施例僅僅是說(shuō)明性的，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中，以云南某高鐵鋁土礦(Al₂O₃含量44％，SiO₂含量10％，F(xiàn)e₂O₃含量26％)，以及山西平朔煤矸石(SiO₂含量51％，Al₂O₃含量29％，C含量10％)為原料制備剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料，具體方法如下：

(1)將該高鐵鋁土礦與煤矸石按質(zhì)量比0.9:1進(jìn)行混合，磨礦至粒度小于74微米的顆粒占總顆粒數(shù)的90％以上，得到磨礦后細(xì)粉。

(2)將上述磨礦后細(xì)粉在510℃左右焙燒40min，使Fe₂O₃轉(zhuǎn)化為Fe₃O₄，得到含有磁性Fe₃O₄的焙燒后礦粉。

(3)將焙燒后礦粉在磁感應(yīng)強(qiáng)度1T的磁場(chǎng)中進(jìn)行磁選以除去混合礦中Fe₃O₄，得到氧化鐵含量非常少的除鐵后混合精礦。

(4)將混合精礦配加1％的粘結(jié)劑聚乙烯醇?jí)耗２⒊尚汀?/p>

(5)將成型后的礦粉首先進(jìn)行干燥，再在高溫爐中以10℃/min升溫至1000℃，再以5℃/min升溫至1450℃，燒結(jié)3.5個(gè)小時(shí)，得到剛玉-莫來(lái)石復(fù)相耐火材料。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中，以云南高鐵鋁土礦(Al₂O₃含量53％，SiO₂含量15％，F(xiàn)e₂O₃含量23％)，以及山西平朔煤矸石(SiO₂含量51％，Al₂O₃含量29％，C含量10％)為原料制備剛玉-莫來(lái)石復(fù)相材料，具體方法如下：

(1)將該高鐵鋁土礦與煤矸石按質(zhì)量比0.8:1進(jìn)行混合，磨礦至粒度小于74微米的顆粒占總顆粒數(shù)的90％以上，得到磨礦后細(xì)粉。

(2)將上述磨后細(xì)粉在510℃左右焙燒40min，使Fe₂O₃轉(zhuǎn)化為Fe₃O₄，得到含有磁性Fe₃O₄的焙燒后礦粉。

(3)將焙燒后礦粉在磁感應(yīng)強(qiáng)度1T的磁場(chǎng)中進(jìn)行磁選以除去混合礦中Fe₃O₄，得到氧化鐵含量非常少的除鐵后混合精礦。

(4)將混合精礦配加1％的粘結(jié)劑聚乙烯醇?jí)耗２⒊尚汀?/p>

(5)將成型后的礦粉首先進(jìn)行干燥，再在高溫爐中以10℃/min升溫至1000℃，再以5℃/min升溫至1500℃，燒結(jié)3個(gè)小時(shí)，得到剛玉-莫來(lái)石復(fù)相耐火材料。

在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。