一种焦宝石固体废料的提纯和再利用的方法与流程

1.本发明属于铝硅系耐材技术领域，涉及粘土质耐火材料生产中产生的焦宝石固体废料的处理方法，尤其涉及一种焦宝石固体废料的提纯和再利用的方法。


背景技术：

3.焦宝石是生产粘土质制品的主要原料之一，其主要化学成分为al2o3和sio2，同时也含有fe2o3、tio2、na2o、k2o和mgo等杂质成分。焦宝石的纯度和莫来石相的转化率是制约高端粘土质耐火制品质量的重要因素。提高焦宝石纯度，即提高al2o3和sio2的含量、降低杂质含量，提高焦宝石中莫来石相的转化率，可使得粘土质耐火制品的耐火度、荷重软化温度、耐压强度以及使用寿命大大增加。
4.现阶段焦宝石的粗放式开采使得焦宝石原料中掺杂了大量的泥土，如图1所示。在传统生产粘土砖中仅仅只是用筛分机进行简单的筛选，由此产生的焦宝石筛下料粒度细、本身杂质含量高，而且其中也掺杂了大量泥土，导致杂质含量极高，超过20％以上。为了制备高端粘土质耐火制品，在原料中绝大部分焦宝石往往以熟料形式被采用，但由于产生的焦宝石筛下料粒度较细，在煅烧过程中易堵塞火道，使得焦宝石筛下料无法被加热煅烧。同时，由于筛下料杂质含量过高，严重抑制莫来石化，导致生产出的黏土砖中莫来石相转化率低以及制品的耐火度、荷重软化温度、耐压强度以及使用寿命等性能显著下降。
5.因此，焦宝石筛下料一直作为固废处理，造成资源浪费。因此，提供一种焦宝石固废的提纯和再利用方法，对于制得高端粘土质耐火制品，提高资源化利用水平，缓解资源紧缺的局面，推动高温行业绿色制造改革具有重要意义。


技术实现要素：

6.本发明针对上述的问题，提供了一种焦宝石固体废料的提纯和再利用的方法。
7.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，
8.一种焦宝石固体废料的提纯和再利用的方法，具体包括以下步骤：
9.a、对焦宝石固体废料进行冲洗，并对其进行过滤；
10.b、将过滤得到的焦宝石固体废料与酸性溶液进行混合搅拌；
11.c、将酸洗后的焦宝石固体废料与水进行混合，然后依次进行球磨、过滤和干燥，得到颗粒细粉状的焦宝石物料；
12.d、将颗粒细粉状的焦宝石物料进行高压成型，得到料坯；
13.e、将料坯进行高温烧成，得到焦宝石熟料。
14.作为优选，步骤a中则选用滤网对焦宝石固体废料进行过滤，该滤网为30目。
15.作为优选，所述酸性溶液为浓度比为2:1的草酸和盐酸的混合酸溶液，所述混合酸溶液的浓度为0.7％～1.5％。
16.作为优选，步骤b中的搅拌为持续搅拌，其搅拌的时间为25～30min。
17.作为优选，所述球磨的时间为15～18h，球磨之后，焦宝石固体废料的粒度度为
550-650目。
18.作为优选，所述干燥的温度为550～750℃，其干燥的保温时间为20～30min。
19.作为优选，所述成型料坯尺寸为标准砖尺寸，即长*宽＝230mm*104mm。
20.作为优选，所述述烧成的温度为1500～1550℃，所述烧成的保温时间为48～72h。
21.本发明采用高压水枪冲洗焦宝石固废。
22.其中，冲洗的目的是除去掺杂在焦宝石中的泥土。
23.通过持续搅拌将焦宝石固废与低浓度的混合酸溶液在石槽中进行充分混合并发生反应，目的是除去焦宝石中的fe2o3、tio2、na2o、k2o、cao和mgo等一部分杂质，进一步提高焦宝石纯度。
24.其中，采用的混合酸溶液浓度较低，且与焦宝石中的fe2o3、tio2、na2o和k2o等一部分杂质发生反应后会形成中性物质，因此不会对环境造成影响。
25.酸洗后的焦宝石固废与水的混合在球磨机中进行。
26.所述球磨在球磨机中进行，使颗粒尺寸达到600目左右。其中，球磨的目的是更好地成型。
27.在本发明一些具体的实施例中，所述球磨后的过滤是为了将溶解在水中的杂质与焦宝石进行分离，避免干燥后仍然存在焦宝石中。
28.在本发明一些具体的实施例中，所述干燥在干燥窑中进行。其中，干燥的目的是去除焦宝石中的物理水和一部分结构水。
29.在本发明一些具体的实施例中，颗粒状的焦宝石物料不便直接进行烧成，故采用油压机将颗粒状的焦宝石物料进行高压成型。
30.优选地，所述成型料坯尺寸为标准砖尺寸，即长*宽＝230mm*104mm.
31.在本发明一些具体的实施例中，所述烧成在隧道窑中进行。
32.此外，本发明所提供的焦宝石固废的提纯和再利用工艺操作简单，适合大批量生产。
33.本发明提供的焦宝石熟料还可以根据客户的需求进行破碎和筛分，在破碎过程中并不会影响焦宝石的成分和莫来石相结构。
34.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，
35.1、本发明不仅使得焦宝石固废中的杂质含量从22％下降到2.5％以下，而且使得焦宝石中莫来石转化率上升到60％以上，从而可使粘土质耐火制品的耐火度、荷重软化温度、耐压强度以及使用寿命等性能大大增加，为高端粘土质耐火材料的生产提供原料上的高品质保证。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为原焦宝石筛下料图；
38.图2为本发明提供的实施例1焦宝石熟料的扫描电子显微镜图；
39.图3为本发明提供的对比例2焦宝石熟料的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
40.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
41.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
42.本发明提供了一种焦宝石固体废料的提纯和再利用的方法，该方法使得焦宝石固废中杂质含量从22％下降到2.5％以下。
43.本发明的第二目的在于提供一种提高焦宝石固废中莫来石转化率的方法，该方法使焦宝石中莫来石转化率上升到60％以上。
44.实施例1
45.本实施例所提供的焦宝石固废提纯和再利用方法包括如下步骤：
46.(1)采用高压水枪反复冲洗焦宝石固废，并用滤网分离出焦宝石；
47.(2)将步骤(1)得到的焦宝石置于石槽中，加入浓度为1.0％的混合酸溶液进行混合并持续搅拌30min；
48.(3)将步骤(2)得到的焦宝石置于球磨机中，向球磨机中注入水，然后进行球磨17h，之后进行过滤得到600目球形颗粒；
49.(4)将步骤(3)得到的焦宝石球形颗粒置于干燥窑中，在750℃干燥20min，得到颗粒细粉状的焦宝石物料；
50.(5)将步骤(4)得到的颗粒细粉状的焦宝石物料置于油压机下进行高压成型，得到长*宽＝230mm*104mm的料坯；
51.(6)将步骤(5)得到的料坯置于隧道窑中，在1550℃进行高温烧成，并保温72h，得到焦宝石熟料。
52.实施例2
53.本对比例所提供的焦宝石固废提纯和再利用方法与实施例1基本相同，区别在于步骤(2)中混合酸溶液浓度为0.7％，搅拌时间为30min。
54.实施例3
55.本对比例所提供的焦宝石固废提纯和再利用方法与实施例1基本相同，区别在于步骤(6)中烧成温度为1500℃，保温时间为72h。
56.实施例4
57.本对比例所提供的焦宝石固废提纯和再利用方法与实施例1基本相同，区别在于步骤(6)中烧成温度为1550℃，保温时间为48h。
58.对比例1
59.本对比例所提供的焦宝石固废提纯和再利用方法与实施例1基本相同，区别在于步骤(2)中混合酸溶液浓度设为2.5％，搅拌时间为30min。
60.对比例2
61.本对比例所提供的焦宝石固废提纯和再利用方法与实施例1基本相同，区别在于步骤(6)中烧成温度为1450℃，保温时间为72h。
62.对比例3
63.本对比例所提供的焦宝石固废提纯和再利用方法与实施例1基本相同，区别在于步骤(6)中烧成温度为1550℃，保温时间为24h。
64.实验例1
65.对实施例1、实施例2和对比例1所得的焦宝石的化学成分分别进行检测，结果如表1所示。
66.其中，焦宝石化学成分使用x-射线荧光光谱仪(xrf)测定。
67.对实施例1、实施例2和对比例1所得的焦宝石熟料的莫来石转化率进行检测，结果如表1所示。
68.其中，焦宝石熟料的莫来石转化率使用x-射线衍射光谱仪(xrd)测定。
69.表1各组所得的焦宝石化学成分(质量百分数％)和莫来石转化率对比
[0070][0071]
从表1可以看出，实施例1-2在0.7～1.5％混合酸浓度范围内均能使得焦宝石固废中杂质含量从22％下降到2.5％以下，其中fe2o3质量百分数降至1.0％以下，tio2质量百分数降至0.8％以下，na2o、k2o、cao和mgo质量百分数之和降至0.7％以下，并且均能得到60％以上的莫来石转化率，而从对比例1可以看出，当混合酸浓度超过1.5％后，虽然焦宝石固废中杂质含量降至0.36％，但莫来石转化率有所降低，这是因为杂质多为低熔点相，实施例1-2中适当含量的杂质在高温下形成液相，少量液相的存在有助于莫来石晶相的形成，以及可使细小的、缺陷较多的莫来石晶体溶于其中，并使其重结晶由液相中析出，从而促进莫来石晶体的发育和长大，但对比例1中液相含量过低，降低了此作用。
[0072]
实验例2
[0073]
实施例3和对比例2的焦宝石化学成分与表1中实施例1结果一致；
[0074]
对实施例1、实施例3和对比例2所得的焦宝石熟料的莫来石转化率进行检测，结果如表2所示。
[0075]
其中，焦宝石熟料的莫来石转化率使用x-射线衍射光谱仪(xrd)测定。
[0076]
表2各组所得的焦宝石熟料莫来石转化率对比
[0077][0078]
从表2中可以看出，实施例1和实验例3的焦宝石熟料在烧成温度范围内均能得到60％以上的莫来石转化率，而从对比例2可以看出，当烧成温度降至1500℃以下时焦宝石熟料的莫来石转化率急剧下降。同时采用扫描电子显微镜图，对本发明实施例1和对比例2高温烧成后所得的焦宝石熟料形貌进行观察，结果分别如图2和图3所示。从图2和图3能够看出，当烧成温度降至1500℃以下时焦宝石熟料中莫来石晶相的数量很低。这是因为烧成温度过低不利于焦宝石晶体的形成和长大。
[0079]
实验例3
[0080]
实施例4和对比例3的焦宝石化学成分与表1中实施例1结果一致；
[0081]
对实施例1、实施例4和对比例3所得的焦宝石熟料的莫来石转化率进行检测，结果如表3所示。
[0082]
其中，焦宝石熟料的莫来石转化率使用x-射线衍射光谱仪(xrd)测定。
[0083]
表3各组所得的焦宝石熟料莫来石转化率对比
[0084][0085]
从表3中可以看出，实施例1和实验例4的焦宝石熟料在烧成保温时间范围内均能得到60％以上的莫来石转化率，而从对比例3可以看出，当保温时间降至48h以下时焦宝石熟料的莫来石转化率急剧下降，这是因为烧成保温时间过短不利于焦宝石晶体的形成、发育和长大。
[0086]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种焦宝石固体废料的提纯和再利用的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：a、对焦宝石固体废料进行冲洗，并对其进行过滤；b、将过滤得到的焦宝石固体废料与酸性溶液进行混合搅拌；c、将酸洗后的焦宝石固体废料与水进行混合，然后依次进行球磨、过滤和干燥，得到颗粒细粉状的焦宝石物料；d、将颗粒细粉状的焦宝石物料进行高压成型，得到料坯；e、将料坯进行高温烧成，得到焦宝石熟料。2.根据权利要求1所述的一种焦宝石固体废料的提纯和再利用的方法，其特征在于，步骤a中则选用滤网对焦宝石固体废料进行过滤，该滤网为30目。3.根据权利要求2所述的一种焦宝石固体废料的提纯和再利用的方法，其特征在于，所述酸性溶液为浓度比为2:1的草酸和盐酸的混合酸溶液，所述混合酸溶液的浓度为0.7％～1.5％。4.根据权利要求3所述的一种焦宝石固体废料的提纯和再利用的方法，其特征在于，步骤b中的搅拌为持续搅拌，其搅拌的时间为25～30min。5.根据权利要求4所述的一种焦宝石固体废料的提纯和再利用的方法，其特征在于，所述球磨的时间为15～18h，球磨之后，焦宝石固体废料的粒度度为550-650目。6.根据权利要求5所述的一种焦宝石固体废料的提纯和再利用的方法，其特征在于，所述干燥的温度为550～750℃，其干燥的保温时间为20～30min。7.根据权利要求6所述的一种焦宝石固体废料的提纯和再利用的方法，其特征在于，所述成型料坯尺寸为标准砖尺寸，即长*宽＝230mm*104mm。8.根据权利要求7所述的一种焦宝石固体废料的提纯和再利用的方法，其特征在于，所述述烧成的温度为1500～1550℃，所述烧成的保温时间为48～72h。

技术总结
本发明属于铝硅系耐材技术领域，涉及粘土质耐火材料生产中产生的焦宝石固体废料的处理方法，尤其涉及一种焦宝石固体废料的提纯和再利用的方法，对焦宝石固体废料依次进行冲洗、过滤，在与酸性溶液进行混合搅拌，与水混合，依次经过球磨、过滤和干燥，得到颗粒细粉状的焦宝石物料，在对其进行成型、高温烧制，即得到焦宝石熟料。本发明不仅使得焦宝石固废中的杂质含量从22％下降到2.5％以下，而且使得焦宝石中莫来石转化率上升到60％以上，从而可使粘土质耐火制品的耐火度、荷重软化温度、耐压强度以及使用寿命等性能大大增加，为高端粘土质耐火材料的生产提供原料上的高品质保证。质耐火材料的生产提供原料上的高品质保证。质耐火材料的生产提供原料上的高品质保证。


技术研发人员：高蔷 毕文岳
受保护的技术使用者：山东嘉岳新材料有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/9/20