[發明專利]一種煤矸石電熱法制備高品質莫來石的方法

有效

• 申請號: 201811633424.6
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109455733B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 邢鵬飛;雷敏軍;李欣;魏冬卉;李博;王曉峰;都興紅;馮忠寶
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C01B33/26
• 分類號: C01B33/26;C22B4/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

一種煤矸石電熱法制備高品質莫來石的方法，按以下步驟進行：(1)將煅燒后煤矸石、碳質還原劑及添加劑分別粉碎，(2)將含鐵物質、煅燒后煤矸石粉、碳質還原劑粉和添加劑粉混合加水壓制成團塊；(3)烘干去除水分，置于礦熱爐中進行電熱冶煉，溫度1000～2000℃，電熱冶煉完成后的物料靜置分層并隨爐冷卻；(4)將莫來石渣相與金屬相物理分離；然后對莫來石渣相酸洗提純，制成高品質莫來石。本發明的方法提升了煤矸石的經濟附加值，減少固體廢棄物堆積，原料來源廣泛、價格低廉，工藝流程短、生產成本低、能耗小。

技術領域

本發明屬于固廢回收領域，特別涉及一種煤矸石電熱法制備高品質莫來石的方法。

背景技術

煤矸石是煤炭生產、加工過程中產生的固體廢棄物，是煤的共生資源，成煤過程中與煤伴生，灰分通常大于50％，發熱量一般在3.5～3.8MJ/kg；據統計其排放量約為煤礦原煤產量的15～20％，我國煤矸石的堆放已形成1500余座矸石山，全國煤礦貯存的矸石約有40億噸以上，占地面積近30萬畝；隨著煤炭產業的不斷發展，礦山的矸石排出量與日俱增，堆積量在逐年增加，矸石山越來越多，越堆越高，占地面積越來越大，這些簡單堆放的煤矸石多數已自燃或正在自燃。

目前我國處理煤矸石的方法主要是大量的簡單堆放或者任意的排放狀態，少部分用作合成有機復合肥，制備高嶺土、沸石分子篩或橡塑填料等工業領域，回收利用率極低；煤矸石造成的污染主要包括大氣污染、淋溶污染、放射性元素污染、地質災害和煤矸石爆炸等，對我國的環境和人類的健康造成了巨大的影響和破壞。

莫來石(mullite)是鋁的鋁硅酸鹽礦物，組成處在2Al₂O₃·SiO₂至3Al₂O₃·SiO₂之間，其Al₂O₃含量范圍為62～100％，屬高鋁材料；3Al₂O₃·SiO₂莫來石的彈性模量低，為200GPa，約為Al₂O₃、SiC的一半；熱膨脹系數小，約為Al₂O₃、ZrO₂的一半，與SiC相近；因此，莫來石具有耐火度高，荷重軟化溫度高，抗熱震性、抗化學腐蝕性、抗蠕變性好、體積穩定性、電絕緣性強等優良性能，是理想的高級耐火材料，被廣泛用于冶金、玻璃、陶瓷、化工、電力、國防等領域；目前工業制備高品質莫來石主要采用濕化學法或通過加入LiF、AlF₃等添加劑來實現莫來石的低溫合成，但是工藝參數不易控制，生產周期長，難以達到規模化生產的要求。

發明內容

本發明的目的是提供一種煤矸石電熱法制備高品質莫來石的方法，利用煅燒后煤矸石中豐富的石英相提供充足的硅源，在合成過程中利用混晶引入外來陽離子，使廢料煤矸石能夠制備高品質莫來石，簡化工藝降低成本的同時，提高廢料的經濟附加值。

本發明的方法按以下步驟進行：

(1)將煅燒后煤矸石、碳質還原劑及添加劑分別粉碎，再篩分出粒徑≤1000μm的部分，分別獲得煅燒后煤矸石粉、碳質還原劑粉和添加劑粉；所述的碳質還原劑中木炭的質量百分比為0～30％，石油焦的質量比百分比為0～20％，其余為煙煤；所述的添加劑為MgF₂、CaF₂、Na₂CO₃和NaCl中的一種或幾種；

(2)將含鐵物質、煅燒后煤矸石粉、碳質還原劑粉和添加劑粉混合均勻，然后加水壓制成團塊；所述的含鐵物質為鐵精礦、廢鐵屑、工業鐵精粉、Fe₂O₃粉體和FeO粉體中的一種或幾種；

(3)將團塊烘干去除水分，然后置于礦熱爐中進行電熱冶煉，電熱冶煉的溫度1000～2000℃，時間1～5h；電熱冶煉完成后的物料靜置分層并隨爐冷卻至常溫，其中上層為莫來石渣相，下層為金屬相；