本發(fā)明屬于耐火材料領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及一種制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

莫來石高硅氧玻璃是一種耐火度高、膨脹系數(shù)低、耐磨損、抗熱震性優(yōu)良的復(fù)相耐火材料，其主要化學(xué)成分為Al₂O₃及SiO₂，一般采用硅酸鋁質(zhì)耐火粘土與適當(dāng)?shù)奶砑觿?一般為低熔點(diǎn)堿金屬氧化物如K₂O)燒結(jié)合成，耐火黏土燒結(jié)相主相為莫來石相與10-25％的方石英相，其中，方石英隨溫度變化產(chǎn)生晶型轉(zhuǎn)變伴隨有較大的體積效應(yīng)，嚴(yán)重影響了耐火制品的使用壽命，而添加劑的作用為與方石英相反應(yīng)生成玻璃相，形成一種莫來石-高硅氧復(fù)相耐火材料。高溫下材料中的玻璃相轉(zhuǎn)變?yōu)楦哒扯鹊囊合?，?duì)高溫性能有利，低溫下由于高硅氧玻璃的熱膨脹系數(shù)低，莫來石形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于提高材料的熱震穩(wěn)定性。

當(dāng)前生產(chǎn)莫來石高硅氧復(fù)相耐火材料的原料一般為鋁礬土、紅柱石、藍(lán)晶石、高嶺土或者純Al₂O₃、SiO₂等有價(jià)原料，這些原料要生產(chǎn)成本較高，而生產(chǎn)成本嚴(yán)重制約著莫來石—高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料業(yè)的發(fā)展。

因此，現(xiàn)有的制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的技術(shù)有待進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的方法和系統(tǒng)，該方法可以實(shí)現(xiàn)莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的低成本高附加值合成及鋁土礦尾礦與煤矸石的高效回收利用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

本申請(qǐng)是基于發(fā)明人對(duì)以下事實(shí)和問題的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)作出的：

當(dāng)前生產(chǎn)莫來石高硅氧復(fù)相耐火材料的原料一般為鋁礬土、紅柱石、藍(lán)晶石、高嶺土或者純Al₂O₃、SiO₂等有價(jià)原料，這些原料導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高。目前雖有少量利用零成本固廢資源合成該材料的研究，但一般都需加入額外的有價(jià)原料以補(bǔ)充Al₂O₃或者SiO₂。我國有兩種固廢資源，分別為鋁土礦尾礦及煤矸石，鋁土礦尾礦產(chǎn)生于選礦—拜耳法工藝流程，每噸鋁土礦原礦將產(chǎn)生約20-30％質(zhì)量的鋁土礦尾礦，而煤矸石產(chǎn)生于采煤和洗煤過程中，我國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。鋁土礦尾礦與煤矸石目前均沒有被大規(guī)模開發(fā)利用，其一般只是在礦壩中堆放，嚴(yán)重的污染了環(huán)境，制約采礦工業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。鋁土礦尾礦與煤矸石均含有大量的Al₂O₃與SiO₂，這兩種原料適于生產(chǎn)莫來石-高硅氧復(fù)相耐火材料，但鋁土礦尾礦中含有少量的氧化鐵，煤矸石中含有少量的殘?zhí)?，氧化鐵雜質(zhì)會(huì)使莫來石相在高溫下過早出現(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)生成的莫來石相發(fā)生碳化還原反應(yīng)而重新被分解，以這兩種原料生產(chǎn)莫來石高硅氧復(fù)相耐火材料必須首先進(jìn)行除雜，但目前尚無經(jīng)濟(jì)有效的除雜手段。本發(fā)明的發(fā)明人通過對(duì)兩種原料進(jìn)行積極研究探索，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的除雜困難的問題，從而得到具有低成本且高性能的莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料。

為此，在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：

(1)將鋁土礦尾礦和煤矸石進(jìn)行混合磨細(xì)，以便得到混合粉料；

(2)將所述混合粉料進(jìn)行還原焙燒處理，以便使得所述煤矸石中的碳將所述鋁土礦尾礦和所述煤矸石中的氧化鐵轉(zhuǎn)化為四氧化三鐵，得到含有四氧化三鐵和混合精礦的焙燒礦粉；

(3)將所述含有四氧化三鐵和混合精礦的焙燒礦粉進(jìn)行磁選處理，以便分離得到四氧化三鐵和混合精礦；

(4)將所述混合精礦與粘結(jié)劑進(jìn)行混合成型，以便得到混合球團(tuán)；

(5)將所述混合球團(tuán)進(jìn)行燒結(jié)處理，以便得到莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料。

由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的方法通過將鋁土尾礦和煤矸石混合磨細(xì)后進(jìn)行還原焙燒，使得煤矸石中的雜質(zhì)碳可以將鋁土礦尾礦和煤矸石中的氧化鐵轉(zhuǎn)化為四氧化三鐵，然后經(jīng)后續(xù)的磁選處理將其除去，即采用還原焙燒和磁選處理可以將煤矸石中的雜質(zhì)碳與鋁土礦尾礦和煤矸石中的氧化鐵除去，從而將所得混合精礦經(jīng)后續(xù)燒結(jié)處理即可得到高性能的莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料，同時(shí)采用鋁土尾礦和煤矸石作為制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的原料使用，不僅解決了兩種固體資源鋁土尾礦和煤矸石長期堆放占地、污染環(huán)境的難題，而且可以變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源有效利用，另外，本申請(qǐng)的制備工藝中原料為廢棄資源沒有購買成本、原料化學(xué)活性高、成分均勻、除雜方法簡單、成本低廉、合成溫度低、合成制品主晶相為莫來石、沒有其他雜質(zhì)晶相等優(yōu)點(diǎn)，并且制備過程中不需要額外的補(bǔ)加Al₂O₃與SiO₂，從而實(shí)現(xiàn)了莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的低成本高附加值合成及鋁土礦尾礦與煤矸石的高效回收利用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(1)中，將所述鋁土礦尾礦和所述煤矸石按照質(zhì)量比為0.4:0.7～1。由此，可以提高煤矸石和鋁土礦尾礦中除雜效率，從而提高所得莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的性能。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，其特征在于，在步驟(1)中，所述混合粉料中粒徑小于74微米占90％以上。由此，可以顯著提高原料活性。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(2)中，所述還原焙燒處理是在450～570攝氏度下進(jìn)行30～90分鐘。由此，可以進(jìn)一步提高煤矸石和煤矸石中除雜效率。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(4)中，將所述混合精礦與所述粘結(jié)劑按照質(zhì)量比為100：0.5～2進(jìn)行混合。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(5)，所述燒結(jié)處理是在1250～1450攝氏度下進(jìn)行2～4小時(shí)。由此，可以進(jìn)一步提高所得莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的性能。

在本發(fā)明的再一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該系統(tǒng)用于實(shí)施上述制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該系統(tǒng)包括：

混合磨細(xì)裝置，所述混合磨細(xì)裝置具有鋁土礦尾礦入口、煤矸石入口和混合粉料出口；

還原焙燒裝置，所述還原焙燒裝置具有混合粉料入口和焙燒礦粉出口，所述混合粉料入口與所述混合粉料出口相連；

磁選裝置，所述磁選裝置具有焙燒礦粉入口、四氧化三鐵出口和混合精礦出口，所述焙燒礦粉入口與所述焙燒礦粉出口相連；

混合成型裝置，所述混合成型裝置具有混合精礦入口、粘結(jié)劑入口和混合球團(tuán)出口，所述混合精礦入口與所述混合精礦出口相連；

燒結(jié)裝置，所述燒結(jié)裝置具有混合球團(tuán)入口和莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料出口，所述混合球團(tuán)入口與所述混合球團(tuán)出口相連。

由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的系統(tǒng)通過將鋁土尾礦和煤矸石混合磨細(xì)后進(jìn)行還原焙燒，使得煤矸石中的雜質(zhì)碳可以將鋁土礦尾礦和煤矸石中的氧化鐵轉(zhuǎn)化為四氧化三鐵，然后經(jīng)后續(xù)的磁選處理將其除去，即采用還原焙燒和磁選處理可以將煤矸石中的雜質(zhì)碳與鋁土礦尾礦和煤矸石中的氧化鐵除去，從而將所得混合精礦經(jīng)后續(xù)燒結(jié)處理即可得到高性能的莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料，同時(shí)采用鋁土尾礦和煤矸石作為制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的原料使用，不僅解決了兩種固體資源鋁土尾礦和煤矸石長期堆放占地、污染環(huán)境的難題，而且可以變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源有效利用，另外，本申請(qǐng)的制備工藝中原料為廢棄資源沒有購買成本、原料化學(xué)活性高、成分均勻、除雜方法簡單、成本低廉、合成溫度低、合成制品主晶相為莫來石、沒有其他雜質(zhì)晶相等優(yōu)點(diǎn)，并且制備過程中不需要額外的補(bǔ)加Al₂O₃與SiO₂，從而實(shí)現(xiàn)了莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的低成本高附加值合成及鋁土礦尾礦與煤矸石的高效回收利用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述燒結(jié)裝置為硅鉬棒高溫爐。由此，可以進(jìn)一步提高所得莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的性能。

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，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

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是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的方法流程示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：(1)將鋁土礦尾礦和煤矸石進(jìn)行混合磨細(xì)，以便得到混合粉料；(2)將所述混合粉料進(jìn)行還原焙燒處理，以便使得所述煤矸石中的碳將所述鋁土礦尾礦和所述煤矸石中的氧化鐵轉(zhuǎn)化為四氧化三鐵，得到含有四氧化三鐵和混合精礦的焙燒礦粉；(3)將所述含有四氧化三鐵和混合精礦的焙燒礦粉進(jìn)行磁選處理，以便分離得到四氧化三鐵和混合精礦；(4)將所述混合精礦與粘結(jié)劑進(jìn)行混合成型，以便得到混合球團(tuán)；(5)將所述混合球團(tuán)進(jìn)行燒結(jié)處理，以便得到莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過將鋁土尾礦和煤矸石混合磨細(xì)后進(jìn)行還原焙燒，使得煤矸石中的雜質(zhì)碳可以將鋁土礦尾礦和煤矸石中的氧化鐵轉(zhuǎn)化為四氧化三鐵，然后經(jīng)后續(xù)的磁選處理將其除去，即采用還原焙燒和磁選處理可以將煤矸石中的雜質(zhì)碳與鋁土礦尾礦和煤矸石中的氧化鐵除去，從而將所得混合精礦經(jīng)后續(xù)燒結(jié)處理即可得到高性能的莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料，同時(shí)采用鋁土尾礦和煤矸石作為制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的原料使用，不僅解決了兩種固體資源鋁土尾礦和煤矸石長期堆放占地、污染環(huán)境的難題，而且可以變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源有效利用，另外，本申請(qǐng)的制備工藝中原料為廢棄資源沒有購買成本、原料化學(xué)活性高、成分均勻、除雜方法簡單、成本低廉、合成溫度低、合成制品主晶相為莫來石、沒有其他雜質(zhì)晶相等優(yōu)點(diǎn)，并且制備過程中不需要額外的補(bǔ)加Al₂O₃與SiO₂，從而實(shí)現(xiàn)了莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的低成本高附加值合成及鋁土礦尾礦與煤矸石的高效回收利用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

下面參考圖1對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的方法進(jìn)行詳細(xì)描述。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該方法包括：

S100：將鋁土礦尾礦和煤矸石進(jìn)行混合磨細(xì)

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將鋁土礦尾礦和煤矸石進(jìn)行混合磨細(xì)，從而得到混合粉料。由此，通過將鋁土礦尾礦和煤矸石進(jìn)行混合磨細(xì)，可以顯著提高所得混合粉料的比表面積，從而提高其反應(yīng)活性。

具體的，鋁土礦尾礦產(chǎn)生于選礦—拜耳法工藝流程，其中鋁土礦尾礦中Al₂O₃含量為40～60wt％左右，SiO₂含量為15～30wt％左右，F(xiàn)e₂O₃含量為8～20wt％左右，K₂O含量為3％左右；煤矸石產(chǎn)生于采煤和洗煤過程中，其中SiO₂含量為45～65wt％左右，Al₂O₃含量為25～35wt％左右，K₂O含量為2～7wt％左右，F(xiàn)e₂O₃含量為2～8wt％左右，C含量不高于20wt％。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，鋁土礦尾礦和煤矸石的混合比例并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，鋁土礦尾礦和煤矸石可以按照質(zhì)量比為0.4:0.7～1進(jìn)行混合。

根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，混合粉料的粒徑并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，混合粉料中粒徑小于74微米占90％以上。

S200：將混合粉料進(jìn)行還原焙燒處理

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將上述得到的混合粉料進(jìn)行還原焙燒處理，使得煤矸石中的碳將鋁土礦尾礦和煤矸石中的氧化鐵轉(zhuǎn)化為四氧化三鐵(Fe₂O₃+C＝Fe₃O₄+CO₂)，從而可以得到含有四氧化三鐵和混合精礦的焙燒礦粉。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，鋁土礦尾礦與煤矸石均含有大量的Al₂O₃與SiO₂，這兩種原料適于生產(chǎn)莫來石-高硅氧復(fù)相耐火材料，但鋁土礦尾礦中含有少量的氧化鐵，煤矸石中含有少量的殘?zhí)?，氧化鐵雜質(zhì)會(huì)使莫來石相在高溫下過早出現(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)生成的莫來石相發(fā)生碳化還原反應(yīng)而重新被分解，以這兩種原料生產(chǎn)莫來石高硅氧復(fù)相耐火材料必須首先進(jìn)行除雜，而發(fā)明人通過大量實(shí)驗(yàn)研究意外發(fā)現(xiàn)，通過將鋁土尾礦和煤矸石混合磨細(xì)后進(jìn)行還原焙燒，使得煤矸石中的雜質(zhì)碳可以將鋁土礦尾礦和煤矸石中的氧化鐵轉(zhuǎn)化為四氧化三鐵，然后經(jīng)后續(xù)的磁選處理將其除去，即采用還原焙燒和磁選處理可以將煤矸石中的雜質(zhì)碳與鋁土礦尾礦和煤矸石中的氧化鐵除去，從而將所得混合精礦經(jīng)后續(xù)燒結(jié)處理即可得到高性能的莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還原焙燒處理的條件并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，還原焙燒處理可以在450～570攝氏度下進(jìn)行30～90分鐘。

S300：將含有四氧化三鐵和混合精礦的焙燒礦粉進(jìn)行磁選處理

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將上述得到的含有四氧化三鐵和混合精礦的焙燒礦粉進(jìn)行磁選處理，從而可以分離得到四氧化三鐵和混合精礦。由此，通過磁選處理可以除去由鋁土礦尾礦和煤矸石中的雜質(zhì)氧化鐵與煤矸石中的雜質(zhì)碳生成的磁性四氧化三鐵，從而經(jīng)后續(xù)燒結(jié)處理即可得到高性能的莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料。需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)磁選處理的條件進(jìn)行選擇。

S400：將混合精礦與粘結(jié)劑進(jìn)行混合成型

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將上述步驟得到的混合精礦與粘結(jié)劑進(jìn)行混合成型，從而可以得到混合球團(tuán)。由此，可以顯著后續(xù)燒結(jié)效率。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，混合精礦與粘結(jié)劑的混合比例并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，混合精礦與粘結(jié)劑可以按照質(zhì)量比為100：0.5～2進(jìn)行混合。需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)粘結(jié)劑進(jìn)行選擇，例如可以選擇聚乙烯醇作為粘結(jié)劑使用。

S500：將混合球團(tuán)進(jìn)行燒結(jié)處理

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將上述所得混合球團(tuán)進(jìn)行燒結(jié)處理，從而可以得到莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料。具體的，該燒結(jié)處理可以在硅鉬棒高溫爐中進(jìn)行。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，燒結(jié)處理的條件并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，燒結(jié)處理可以在1250～1450攝氏度下進(jìn)行2～4小時(shí)。該步驟中，具體的，混合球團(tuán)中的Al₂O₃與SiO₂發(fā)生反應(yīng)生成莫來石晶相，而SiO₂與K₂O等其他雜質(zhì)成分將形成玻璃相，從而合成了莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的方法通過將鋁土尾礦和煤矸石混合磨細(xì)后進(jìn)行還原焙燒，使得煤矸石中的雜質(zhì)碳可以將鋁土礦尾礦和煤矸石中的氧化鐵轉(zhuǎn)化為四氧化三鐵，然后經(jīng)后續(xù)的磁選處理將其除去，即采用還原焙燒和磁選處理可以將煤矸石中的雜質(zhì)碳與鋁土礦尾礦和煤矸石中的氧化鐵除去，從而將所得混合精礦經(jīng)后續(xù)燒結(jié)處理即可得到高性能的莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料，同時(shí)采用鋁土尾礦和煤矸石作為制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的原料使用，不僅解決了兩種固體資源鋁土尾礦和煤矸石長期堆放占地、污染環(huán)境的難題，而且可以變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源有效利用，另外，本申請(qǐng)的制備工藝中原料為廢棄資源沒有購買成本、原料化學(xué)活性高、成分均勻、除雜方法簡單、成本低廉、合成溫度低、合成制品主晶相為莫來石、沒有其他雜質(zhì)晶相等優(yōu)點(diǎn)，并且制備過程中不需要額外的補(bǔ)加Al₂O₃與SiO₂，從而實(shí)現(xiàn)了莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的低成本高附加值合成及鋁土礦尾礦與煤矸石的高效回收利用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的方法可具有選自下列的優(yōu)點(diǎn)至少之一：

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的方法完全采用固廢資源鋁土礦尾礦及煤矸石為合成原料，原料零成本。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的方法針對(duì)兩種固廢中的Fe₂O₃及C雜質(zhì)，采用混合—焙燒還原—磁選的方法有效除去了這兩種雜質(zhì)，除雜方法經(jīng)濟(jì)、簡單、高效。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的方法利用了兩種固廢礦物中既有的K₂O、Na₂O等作為將石英轉(zhuǎn)化為高硅氧玻璃的轉(zhuǎn)化劑，不需要添加額外的含鉀、鈉礦物如鉀長石等。

在本發(fā)明的再一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該系統(tǒng)用于實(shí)施上述制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的方法。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，參考圖2，該系統(tǒng)包括：混合磨細(xì)裝置100、還原焙燒裝置200、磁選裝置300、混合成型裝置400和燒結(jié)裝置500。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，混合磨細(xì)裝置100具有鋁土礦尾礦入口101、煤矸石入口102和混合粉料出口103，且適于將鋁土礦尾礦和煤矸石進(jìn)行混合磨細(xì)，從而得到混合粉料。由此，通過將鋁土礦尾礦和煤矸石進(jìn)行混合磨細(xì)，可以顯著提高所得混合粉料的比表面積，從而提高其反應(yīng)活性。

具體的，鋁土礦尾礦產(chǎn)生于選礦—拜耳法工藝流程，其中鋁土礦尾礦中Al₂O₃含量為40～60wt％左右，SiO₂含量為15～30wt％左右，F(xiàn)e₂O₃含量為8～20wt％左右，K₂O含量為3％左右；煤矸石產(chǎn)生于采煤和洗煤過程中，其中SiO₂含量為45～65wt％左右，Al₂O₃含量為25～35wt％左右，K₂O含量為2～7wt％左右，F(xiàn)e₂O₃含量為2～8wt％左右，C含量不高于20wt％。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，鋁土礦尾礦和煤矸石的混合比例并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，鋁土礦尾礦和煤矸石可以按照質(zhì)量比為0.4:0.7～1進(jìn)行混合。

根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，混合粉料的粒徑并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，混合粉料中粒徑小于74微米占90％以上。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還原焙燒裝置200具有混合粉料入口201和焙燒礦粉出口202，混合粉料入口201與混合粉料出口103相連，且適于將上述得到的混合粉料進(jìn)行還原焙燒處理，使得煤矸石中的碳將鋁土礦尾礦和煤矸石中的氧化鐵轉(zhuǎn)化為四氧化三鐵(Fe₂O₃+C＝Fe₃O₄+CO₂)，從而可以得到含有四氧化三鐵和混合精礦的焙燒礦粉。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，鋁土礦尾礦與煤矸石均含有大量的Al₂O₃與SiO₂，這兩種原料適于生產(chǎn)莫來石-高硅氧復(fù)相耐火材料，但鋁土礦尾礦中含有少量的氧化鐵，煤矸石中含有少量的殘?zhí)?，氧化鐵雜質(zhì)會(huì)使莫來石相在高溫下過早出現(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)生成的莫來石相發(fā)生碳化還原反應(yīng)而重新被分解，以這兩種原料生產(chǎn)莫來石高硅氧復(fù)相耐火材料必須首先進(jìn)行除雜，而發(fā)明人通過大量實(shí)驗(yàn)研究意外發(fā)現(xiàn)，通過將鋁土尾礦和煤矸石混合磨細(xì)后進(jìn)行還原焙燒，使得煤矸石中的雜質(zhì)碳可以將鋁土礦尾礦和煤矸石中的氧化鐵轉(zhuǎn)化為四氧化三鐵，然后經(jīng)后續(xù)的磁選處理將其除去，即采用還原焙燒和磁選處理可以將煤矸石中的雜質(zhì)碳與鋁土礦尾礦和煤矸石中的氧化鐵除去，從而將所得混合精礦經(jīng)后續(xù)燒結(jié)處理即可得到高性能的莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還原焙燒處理的條件并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，還原焙燒處理可以在450～570攝氏度下進(jìn)行30～90分鐘。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，磁選裝置300具有焙燒礦粉入口301、四氧化三鐵出口302和混合精礦出口303，焙燒礦粉入口301與焙燒礦粉出口202相連，且適于將上述得到的含有四氧化三鐵和混合精礦的焙燒礦粉進(jìn)行磁選處理，從而可以分離得到四氧化三鐵和混合精礦。由此，通過磁選處理可以除去由鋁土礦尾礦和煤矸石中的雜質(zhì)氧化鐵與煤矸石中的雜質(zhì)碳生成的磁性四氧化三鐵，從而經(jīng)后續(xù)燒結(jié)處理即可得到高性能的莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料。需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)磁選處理的條件進(jìn)行選擇。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，混合成型裝置400具有混合精礦入口401、粘結(jié)劑入口402和混合球團(tuán)出口403，混合精礦入口401與混合精礦出口303相連，且適于將上述步驟得到的混合精礦與粘結(jié)劑進(jìn)行混合成型，從而可以得到混合球團(tuán)。由此，可以顯著后續(xù)燒結(jié)效率。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，混合精礦與粘結(jié)劑的混合比例并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，混合精礦與粘結(jié)劑可以按照質(zhì)量比為100：0.5～2進(jìn)行混合。

需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)粘結(jié)劑進(jìn)行選擇，例如可以選擇聚乙烯醇作為粘結(jié)劑使用。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，燒結(jié)裝置500具有混合球團(tuán)入口501和莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料出口502，混合球團(tuán)入口501與混合球團(tuán)出口403相連，且適于將上述所得混合球團(tuán)進(jìn)行燒結(jié)處理，從而可以得到莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料。具體的，該燒結(jié)裝置可以為硅鉬棒高溫爐。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，燒結(jié)處理的條件并不受特別限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，燒結(jié)處理可以在1250～1450攝氏度下進(jìn)行2～4小時(shí)。該步驟中，具體的，混合球團(tuán)中的Al₂O₃與SiO₂發(fā)生反應(yīng)生成莫來石晶相，而SiO₂與K₂O等其他雜質(zhì)成分將形成玻璃相，從而合成了莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的系統(tǒng)通過將鋁土尾礦和煤矸石混合磨細(xì)后進(jìn)行還原焙燒，使得煤矸石中的雜質(zhì)碳可以將鋁土礦尾礦和煤矸石中的氧化鐵轉(zhuǎn)化為四氧化三鐵，然后經(jīng)后續(xù)的磁選處理將其除去，即采用還原焙燒和磁選處理可以將煤矸石中的雜質(zhì)碳與鋁土礦尾礦和煤矸石中的氧化鐵除去，從而將所得混合精礦經(jīng)后續(xù)燒結(jié)處理即可得到高性能的莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料，同時(shí)采用鋁土尾礦和煤矸石作為制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的原料使用，不僅解決了兩種固體資源鋁土尾礦和煤矸石長期堆放占地、污染環(huán)境的難題，而且可以變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源有效利用，另外，本申請(qǐng)的制備工藝中原料為廢棄資源沒有購買成本、原料化學(xué)活性高、成分均勻、除雜方法簡單、成本低廉、合成溫度低、合成制品主晶相為莫來石、沒有其他雜質(zhì)晶相等優(yōu)點(diǎn)，并且制備過程中不需要額外的補(bǔ)加Al₂O₃與SiO₂，從而實(shí)現(xiàn)了莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的低成本高附加值合成及鋁土礦尾礦與煤矸石的高效回收利用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。需要說明的是，上述針對(duì)制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的方法所描述的特征和優(yōu)點(diǎn)同樣適用于該制備莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料的系統(tǒng)，此處不再贅述。

下面參考具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，需要說明的是，這些實(shí)施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本發(fā)明。

實(shí)施例1

選用河南鄭州鋁土礦尾礦，其中，Al₂O₃含量46％，SiO₂含量23％，F(xiàn)e₂O₃含量13％，K₂O含量3％，選用山西平朔煤矸石，SiO₂含量51％，Al₂O₃含量29％，F(xiàn)e₂O₃含量4％，K₂O含量3％，C含量10％。

將鋁土礦尾礦與煤矸石按質(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，得到混合粉料；將上述所得混合粉料在510℃左右焙燒40min，使煤矸石中的碳將鋁土礦尾礦和煤矸石中的氧化鐵轉(zhuǎn)化為四氧化三鐵，得到含有四氧化三鐵和混合精礦的焙燒礦粉；將所得焙燒礦粉在磁感應(yīng)強(qiáng)度1T的磁場(chǎng)中進(jìn)行磁選以除去其中的Fe₃O₄，得到Fe含量非常少的除鐵后混合精礦；將混合精礦配加1％的粘結(jié)劑聚乙烯醇?jí)耗２⒊尚?，將成型后的混合球團(tuán)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1400℃，燒結(jié)3個(gè)小時(shí)，得到莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料。

實(shí)施例2

選用貴州鋁土礦尾礦，其中，Al₂O₃含量53％，SiO₂含量18％，F(xiàn)e₂O₃含量6％，K₂O含量1.8％，選用山西平朔煤矸石，SiO₂含量51％，Al₂O₃含量29％，F(xiàn)e₂O₃含量4％，K₂O含量3％，C含量10％。

將鋁土礦尾礦與煤矸石按質(zhì)量比0.7:1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，得到混合粉料；將上述所得混合粉料在510℃左右焙燒40min，使煤矸石中的碳將鋁土礦尾礦和煤矸石中的氧化鐵轉(zhuǎn)化為四氧化三鐵，得到含有四氧化三鐵和混合精礦的焙燒礦粉；將所得焙燒礦粉在磁感應(yīng)強(qiáng)度1T的磁場(chǎng)中進(jìn)行磁選以除去其中的Fe₃O₄，得到Fe含量非常少的除鐵后混合精礦；將混合精礦配加1％的粘結(jié)劑聚乙烯醇?jí)耗２⒊尚?，將成型后的混合球團(tuán)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1400℃，燒結(jié)3個(gè)小時(shí)，得到莫來石高硅氧玻璃復(fù)相耐火材料。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“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。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不必須針對(duì)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)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。