一种以高铝粉煤灰为单一铝源制备高铝质耐火砖用莫来石骨料的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及烧结莫来石及高铝质耐火砖技术领域。
【背景技术】
[0002] 我国是煤炭消费第一大国，燃煤电厂排放的粉煤灰为我国的第二大固体废弃物， 其排放与堆积造成了严重的环境和生态污染，如何快速、高效地利用或处置粉煤灰，特别是 高附加值利用粉煤灰，是摆在我们面前的一项十分紧迫而艰巨的任务。
[0003] 莫来石（3A1203 ? 2Si02)是一种矿物，因产于苏格兰的莫尔岛等地而得名，熔融温 度约1910°C。它具有膨胀均匀、热震稳定性极好、荷重软化点高、高温蠕变值小、硬度大、抗 化学腐蚀性好等特点，是制造优质耐火材料、陶瓷制品，用做陶瓷基体复合材料、金属复合 材料的增强体等的矿物原料。
[0004] 高铝粉煤灰是一种独特的粉煤灰类型，其内主要含无定形玻璃相和大量的莫来石 相。高铝粉煤灰中的Al2O3含量可达50 %左右，且杂质含量相对普通粉煤灰低，是生产莫来 石的理想原料。
[0005] 由于莫来石是高温、低压特殊条件下形成的产物，在自然界中极其罕见。工业用莫 来石主要为人工合成获得。现有技术中，合成莫来石的方法主要有电熔法和烧结法。电熔 法是将混合后的原料在电弧中熔融而成，缺点是耗电量大、合成条件苛刻。烧结法按照所用 原料性质不同可分为硅铝凝胶法和矿物相变法。其中硅铝凝胶法是分别采用无机和有机原 料按照一定的化学组成制成硅铝胶体，然后在高温下焙烧而成，缺点是能耗较高，而且有机 原料价格昂贵。矿物相变法是以高铝矾土、高岭土、叶腊石、焦宝石等天然矿物于窑中高温 煅烧而成，具有原料选择范围宽，生产成本低的特点，该方法的缺点是除能耗高外，还由于 其矿物组成与莫来石组成之间存在较大差异，造成莫来石转化率不高，浪费资源。目前，天 然原料烧结合成莫来石，占莫来石工业化生产的绝大部分。
[0006] 国内外用粉煤灰烧结合成莫来石的文献不多，大部分采用粉煤灰掺入一定量铝矾 土或工业氧化铝经高温煅烧得到莫来石，此种技术能有效利用粉煤灰这种固体废弃物，降 低生产成本，但掺入原料中的工业氧化铝价格较高。且以往用粉煤灰合成莫来石技术中，对 粉煤灰不进行处理，或者处理相对简单，含铁量较高，同时铝硅比也比较低，因此往往通过 添加的工业氧化铝或铝矾土等铝源来合成不同氧化铝含量的莫来石。
【发明内容】
[0007] 针对以上所述合成莫来石的不足。本发明提出一种以高铝粉煤灰为单一铝源（氧 化铝含量将近50% )，不添加任何天然矿物或者工业氧化铝，直接烧结合成高铝质耐火砖 用莫来石骨料的方法。
[0008] 本发明提出的以高铝粉煤灰，经过一系列的处理，最终烧结莫来石，是通过以下步 骤达到的：
[0009] (1)以准格尔高铝粉煤灰为原料，经磁选、脱硅、稀酸洗、水洗、干燥等环节得到预 处理的粉煤灰。 (2) 预处理得到的粉煤灰，经球磨机磨细。采用湿法或干法球磨。湿法球磨，磨球、原 料、水的质量比为5?10:1: 1，研磨时间为4?6h，转速为400?800r/min。湿磨后样品 进行过滤、干燥。干法球磨，磨球与原料的质量比为5?10:1，研磨时间为4?6h，转速为 400 ?800r/min。 (3) 球磨干燥后粉煤灰进行半干法压制成型。半干法压制成型添加水量为5?10%， 成型压力为100?250MPa。为方便样品成型，也可加入少量粘结剂。粘结剂可以为lwt% 的羧甲基纤维素钠盐、Iwt%甲基纤维素、Iwt%乙基纤维素或2wt%面粉。 (4) 成型后样品放入马弗炉中进行烧结。烧结温度为1550?1650°C，恒温时间为2? 4h。控制50?1200°C时升温速率为10°C/min，1200?1600°C时升温速率为5°C/min。 [0010] 以上步骤⑴得到的经预处理的粉煤灰，其Al2O3含量可到60?70%，Fe203含量 小于1%。 以上步骤⑵得到的研磨后的粉煤灰粒径为10?40ym(以90%以下的粒径分布计）。
[0011] 本发明的特点如下所述：
[0012] 本发明有效利用了燃煤电厂排放的固体废弃物高铝粉煤灰，原料来源广泛，且不 需添加任何铝源，经济与环境效益显著。
[0013] 本发明所用高铝粉煤灰，本身莫来石含量高，这些莫来石是在粉煤炉中经高温烧 结而成，已完成一次莫来石化，烧结时只需经过二次莫来石化，减少了合成工序，得到莫来 石产率高、品质好。
[0014] 通过本发明，可以得到高铝质耐火砖用莫来石骨料，该骨料满足中华人民共和国 黑色冶金行业标准（YB/T5267-2005)。通过对过程工艺参数的调控，处理后的粉煤灰Al2O3 含量可到60?70%，烧结后可以得到M60、M70系列的莫来石骨料。
【具体实施方式】
[0016] 下面通过实施例对本发明涉及的以高铝粉煤灰为单一铝源，烧结合成高铝质耐火 砖用莫来石骨料的过程进行说明，但本发明并不仅局限于这些实施例。
[0017] 实施例1 : 将高铝粉煤灰原料经磁选、脱硅、稀酸洗、水洗、干燥得到高铝硅比的处理后粉煤灰，然 后放入WL-Ia型微粒球磨机进行湿法球磨，其中磨球、灰、水的质量比为5:1: 1，球磨时间为 5h，转速为600r/min，球磨后物料经过滤，然后放入烘箱于105°C干燥2h。干燥后的物料 加入1 %提前配制的羧甲基纤维素钠盐粘结剂，混匀后用电动压片机压制成型，成型压力为 170MPa，样品形状为2. 83cm2*l. 2cm的圆柱体。然后将样品放入马弗炉中烧结，控制50? 1200°C时升温速率为10°C/min，1200?1600°C时升温速率为5°C/min，1600°C保温4h，然 后将其自然冷却，即得莫来石产品，该产品满足烧结莫来石国家标准。将该样品破碎后，即 得高铝质耐火砖用莫来石骨料。
[0018] 实施例2 : 将高铝粉煤灰原料经磁选、脱硅、稀酸洗、水洗、干燥得到高铝硅比的处理后粉煤灰，然 后放入WL-Ia型微粒球磨机进行干法球磨，其中磨球、灰的质量比为5:1，球磨时间为5h，转 速为600r/min，球磨后物料经过滤，然后放入烘箱于105°C干燥2h。干燥后的物料加入1% 提前配制的羧甲基纤维素钠盐粘结剂，混匀后用电动压片机压制成型，成型压力为170MPa， 样品形状为2. 83cm2*l. 2cm的圆柱体。然后将样品放入马弗炉中烧结，控制50?1200°C时 升温速率为l〇°C/min，1200?1600°C时升温速率为5°C/min，1400°C保温4h，然后将其自 然冷却，即得莫来石产品，该产品满足烧结莫来石国家标准。将该样品破碎后，即得高铝质 耐火砖用莫来石骨料。
[0019] 实施例3 : 将高铝粉煤灰原料经磁选、脱硅、稀酸洗、水洗、干燥得到高铝硅比的处理后粉煤灰，然 后放入11^-14型微粒球磨机进行球磨，其中磨球、灰、水的质量比为5:1:1，球磨时间为5h， 转速为600r/min，球磨后物料经过滤，然后放入烘箱于105°C干燥2h。干燥后的物料加入约 10%的水，混匀后用电动压片机压制成型，成型压力为150MPa，样品形状为2. 83cm2*l. 2cm 的圆柱体。然后将样品放入马弗炉中烧结，控制50?1200°C时升温速率为10°C/min， 1200?1600°C时升温速率为5°C/min，1500°C保温2h，然后将其自然冷却，即得莫来石产 品，该产品满足烧结莫来石国家标准。将该样品破碎后，即得高铝质耐火砖用莫来石骨料。
[0020] 对比例1 : 将高铝粉煤灰原料经磁选、脱硅、稀酸洗、水洗、干燥得到高铝硅比的处理后粉煤灰，然 后将物料加入1 %提前配制的羧甲基纤维素钠盐粘结剂，混匀后用电动压片机压制成型，成 型压力为170MPa，样品形状为2. 83cm2*l. 2cm的圆柱体。然后将样品放入马弗炉中烧结，控 制50?1200°C时升温速率为10°C/min，1200?1600°C时升温速率为5°C/min，1600°C保 温4h，然后将其自然冷却，即得莫来石产品，该产品达不到烧结莫来石国家标准。
[0021] 对比例2: 将高铝粉煤灰原料经磁选、脱硅、稀酸洗、水洗、干燥得到高铝硅比的处理后粉煤灰，然 后放入11^-14型微粒球磨机进行球磨，其中磨球、灰、水的质量比为5:1:1，球磨时间为5h， 转速为600r/min，球磨后物料经过滤，然后放入烘箱于105°C干燥2h。将干燥后的物料加 入1%提前配制的羧甲基纤维素钠盐粘结剂，混匀后用电动压片机压制成型，成型压力为 170MPa，样品形状为2. 83cm2*l. 2cm的圆柱体。然后将样品放入马弗炉中烧结，控制50? 1200°C时升温速率为10°C/min，1200?1500°C时升温速率为5°C/min，IKKTC保温4h，然 后将其自然冷却，即得莫来石产品，该产品达不到烧结莫来石国家标准。
[0022] 实施例及对比例的莫来石物理性质如下表1所示： 表1实施例及对比例的莫来石物理性质
【主权项】
1. 一种以高铝粉煤灰为单一铝源，烧结合成高铝质耐火砖用莫来石骨料，其特征在于 以准格尔高铝粉煤灰为唯一原料，不添加额外的铝源，经预处理、球磨、成型、烧结得到高铝 质耐火砖用莫来石骨料。
2. 根据权利要求1所述的高铝质耐火砖用莫来石骨料，其特征在于预处理步骤为磁 选、脱硅、稀酸洗、水洗、干燥。
3. 根据权利要求1或2所述的高铝质耐火砖用莫来石骨料，其特征在于：采用湿法或 干法球磨。湿法球磨，磨球、原料、水的质量比为5?10:1: 1，干法球磨，磨球与原料的质量 比为5?10:1，研磨时间为4?6h，转速为400?800r/min。研磨后的粉煤灰粒径为10? 40 μ m(以90%以下的粒径分布计）。
4. 根据权利要求1?3所述的高铝质耐火砖用莫来石骨料，其特征在于：成型方法为 半干法压制成型。添加水量为5?10%，成型压力为100?250MPa。为方便样品成型，也 可加入少量粘结剂。粘结剂可以为lwt%的羧甲基纤维素钠盐、lwt%甲基纤维素、lwt%乙 基纤维素或2wt %面粉。
5. 根据权利要求1?4所述的高铝质耐火砖用莫来石骨料，其特征在于：烧结温度为 1550?1650°C，恒温时间为2?4h。
【专利摘要】本发明涉及一种以高铝粉煤灰为单一铝源，烧结合成高铝质耐火砖用莫来石骨料，属烧结莫来石及高铝质耐火砖技术领域。发明以准格尔高铝粉煤灰为唯一原料，经预处理、球磨、成型、烧结得到高铝质耐火砖用M60、M70系列莫来石骨料。发明以固体废弃物高铝粉煤灰为原料，无需添加额外的铝源，具有原料来源广泛、生产成低、环境效益显著的优点，烧结得到的莫来石骨料满足高铝质耐火砖用原料的国家标准，因此具备一定的市场优势。
【IPC分类】C04B35-66
【公开号】CN104557094
【申请号】CN201510035904
【发明人】李会泉, 林滨, 李少鹏
【申请人】中国科学院过程工程研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月23日