[發明專利]利用工業廢渣資源合成高長徑比硅灰石的方法

有效

• 申請號: 201310686798.5
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103641125A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 張延大
• 申請（專利權）人: 張延大
• 主分類號: C01B33/24
• 分類號: C01B33/24
• 代理公司: 大連博晟專利代理事務所(特殊普通合伙) 21236
• 代理人: 于忠晶

技術領域

本發明涉及一種硅灰石的制備方法，屬于固體廢棄物資源綜合利用及無機非金屬新型材料技術領域。

背景技術

中國鎂工業從20世紀80年代起步，90年代得到了快速發展。目前中國已成為世界產鎂大國，2006年全國鎂產量52.5萬t，約占全球產量的70%。皮江法是生產金屬鎂的主要方法。每生產1.01?t金屬鎂，大約產出6.5~7.0t金屬鎂冶煉還原渣(以下稱為鎂渣)，每年產生的鎂渣為300～350萬t。鎂渣在金屬鎂的生產企業中屬于廢料，目前采用傾倒在荒地和填埋山洼的辦法進行處理。金屬鎂渣為粉狀物，其中細粉含量很高，直徑小于100um?的顆粒超過60%，易于懸浮在空氣中，形成粉塵污染。另外，金屬鎂渣還具有很強的吸潮性，使土壤鹽堿化、板結，引發土壤污染。廢渣的無害化處理已成為困擾金屬鎂企業的難題之一。

粉煤灰是我國當前排量較大的工業廢渣之一，隨著電力工業的發展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。到2010年已經達到3億噸，給我國的國民經濟建設及生態環境造成巨大的壓力。大量的粉煤灰如不加處理，會成為揚塵污染大氣，排入水系會使河流淤塞，而其中某些化學物質還會對人體和生物造成危害。粉煤灰的綜合利用，變廢為寶、變害為利，已成為我國經濟建設中一項重要的技術經濟政策，是解決我國電力生產環境污染，資源缺乏之間矛盾的重要手段，也是電力生產所面臨解決的任務之一。2013年1月5日，國家頒布了《粉煤灰綜合利用管理辦法》，遵循“誰生產、誰治理、誰利用、誰受益”的原則，減少粉煤灰堆存，不斷擴大粉煤灰綜合利用規模，提高技術水平和產品附加值。對應用粉煤灰的高附加值技術給予支持。　　

硅灰石是一種鈣硅酸鹽的三斜晶體，化學式為CaSiO₃，理論組成：48.3％?CaO?和51.7％SiO₂，有低溫相(β一CaSiO₃)和高溫相(α—CaSiO₃即假硅灰石)之分。硅灰石因其擁有獨特的晶體結構和諸多優良的物理化學性能，?已被廣泛用于各個工業部門。硅灰石產品主要為高長徑比硅灰石和磨細硅灰石兩大類。前者屬于高檔產品，主要是利用其物理機械性能，廣泛用于塑料、橡膠、石棉代用品、油漆、涂料等行業，經表面改性的高長徑比硅灰石粉與有機材料的相容性大大增強，添加到橡膠、塑料和其他聚合物中能明顯改善制品性能，增加制品硬度、抗彎強度、抗沖擊性，改善材料的電學特性，提高熱穩定性和尺寸的穩定性，使制品表面光滑，增強阻污力，且允許充填較多的填充劑，減少顏料的用量，增強耐磨性，從而可降低制品的成本，并賦予塑料、橡膠和其他聚合物自身所沒有的特殊功能，是硅灰石最有前途的應用領域；而后者屬于低檔產品，主要用于陶瓷和冶金工業。未來塑料、橡膠、涂料和造紙行業對各種填料的需求將突破2000萬t，而對硅灰石針狀粉等優質填料的需求更為迫切。資源是有限、不可再生的，有必要尋找新的工藝模式作為資源的后續補充，有利于經濟的可持續發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用工業廢渣資源合成高長徑比硅灰石的方法，是以金屬鎂工業廢渣和粉煤灰為原料，采用熔融晶化工藝制備硅灰石晶體，以余熱回收方式進行原料預熱達到節約能源的目的，然后氣流粉碎成高長徑比晶體纖維。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：利用工業廢渣資源合成高長徑比硅灰石的方法，包括以下五步：

（1）原料制備：對原料粉煤灰采用磁選除鐵，使用干式鐵粉回收機，特點是多磁極，高梯度配合螺旋結構，多次翻轉，磁選出的鐵粉鐵元素質量含量達50-55%，磁選后粉煤灰的Fe₂O₃含量顯著降低，達到2%以下；

（2）配料：根據硅灰石的成分要求，按照CaO?/SiO₂摩爾比等于1進行原料用量計算，取原料金屬鎂還原渣和粉煤灰混合成混合物料；

（3）熔融：混合物料采用三相交流電熔法生產工藝，依靠電極的埋弧電熱和物料的電阻電熱來熔煉物料，爐溫控制在1550~1650℃，含Al₂O₃較高的剛玉相、莫來石相因熔點較高，未能熔融，并且密度高于硅灰石熔體，而沉淀到熔池底部，進而與硅灰石晶體分離出來；

（4）穩步析晶：控制溫度以5-15℃/min的速度降低，在1050℃?下保溫晶化2h，在降溫、保溫過程中進行余熱回收，用于原料的預熱；

（5）晶體氣流粉碎：將結晶后的晶體周邊進行切削，雜質較高的晶體被選出，剩余較純凈的硅灰石晶體，然后經鄂式破碎機破碎后進入圓盤式氣流機粉碎，粒度可達1250目。