[发明专利]一种用铝土矿尾矿合成刚玉-莫来石复相材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料领域,特别涉及一种刚玉-莫来石复相材料。

背景技术

由于莫来石具有良好的高温力学、高温热学性能，使合成莫来石制品具有较高的密度和纯度，较低的热传导系数和热膨胀系数，高温结构强度高，高温蠕变率低，抗热震性和化学侵蚀性强，熔点高等优点；而刚玉弹性好，熔点高，在高温下具有良好的耐磨、抗化学侵蚀性和体积稳定性，硬度大，耐火度高；另外莫来石晶体一般为柱状或者棱柱状，刚玉体一般为粒状，所以制备刚玉-莫来石复相材料将汇集刚玉晶体和莫来石晶体的双重优点，从而使这种材料在各方面都优于单相莫来石材料或刚玉材料。目前一般采用高铝矾土以烧结法或电熔法人工合成莫来石，但是如果用纯原料来合成则严重提高了材料的生产成本，尤其是作为耐火材料。因此，采用天然原料无疑可以大幅度降低材料的生产成本。

我国铝土矿特点是低铝硅比，只能采用选矿-拜耳法生产氧化铝，选矿后产生的主要固体废弃物是铝土矿尾矿，每吨铝土矿原矿将产生约20%~30%质量的铝土矿尾矿，尾矿目前并没有被大规模开发利用，一般只是在尾矿坝中堆放。尾矿的堆积会造成土壤碱化，环境污染等问题。铝工业在不断发展，尾矿量必将越来越大，因此，铝土矿尾矿的开发与利用，已成为当务之急。铝土矿尾矿的主要化学成分为Al₂O₃及SiO₂，二者含量之和一般在70%左右，另有少量的Fe₂O₃、TiO₂、K₂O等。Al₂O₃与SiO₂是工业上生产铝硅酸盐系耐火材料的主要成分，可以考虑用铝土矿尾矿作为生产铝硅酸盐系耐火材料的原料。

发明内容：

本发明目的在于结合我国现有资源，充分利用及促进固体废弃物资源化再利用，选择了固体废弃物铝土矿尾矿来合成耐火材料,制作刚玉-莫来石复相材料，不仅充分利用了现有资源，同时也减少了固体废弃物带来的污染，大大降低生产成本。

 

一种用铝土矿尾矿合成刚玉-莫来石复相材料的方法，主要以铝土矿尾矿为原料，铝土矿尾矿中Al₂O₃含量重量百分比为45%~65%左右，SiO₂含量为20%~25%左右，同时含有10~15%的Fe₂O₃及2%~4%的K₂O，其余物质主要为结晶水。

其合成方法是：

（1）    铝土矿尾矿原料为褐黄色颗粒状，原始粒径尺寸为100μm左右，为减小矿粉颗粒的粒径，增大其比表面积，增加其化学反应活性，并使其化学成分均匀分布，将矿粉在球磨机中磨细并均化，得到的矿粉的平均粒径小于10μm。 

（2）    磨细后的铝土矿尾矿在630℃~820℃活化焙烧2至4个小时，活化焙烧过程中铝土矿尾矿中的一水硬铝石，高岭石，伊利石矿相会逐步分解，分解后得到Al₂O₃，SiO₂，K₂O及Fe₂O₃等，这些成分的化学活性相比焙烧前有很大提高，有利于之后的盐酸除杂流程及烧结合成流程。

（3）    活化焙烧后的铝土矿尾矿焙烧后的矿粉以液固比1:10左右在浓度2.5mol/L至4.3mol/L的盐酸中于90℃以上酸浸1.5至3.5个小时，绝大多数Fe₂O₃与K₂O会溶解于盐酸之中，绝大多数Al₂O₃与SiO₂会保留在固相之中，经固液分离过程，得到纯净的基本不含杂质的精矿。

（4）酸浸后得到的精矿成型后在1450℃～1650℃保温3～6个小时进行烧结合成，合成气氛为空气，精矿中的Al₂O₃与SiO₂成分发生反应生成莫来石-刚玉复相。

经试验，并利用XRD分析了复相材料的组成，试验结果表明：合成的是刚玉-莫来石复相材料，从SEM断口形貌分析可看出晶体形貌为典型的长柱状晶体与块状晶体彼此交错生长，结构致密。