[發(fā)明專利]一種輝石基鑄石及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910907935.0
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN110510882B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張延玲;張帥;屈振民;梁益瑋;余闞
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: C03C10/04
• 分類號: C03C10/04;C03C6/10;C03B32/02
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 李興林

本發(fā)明公開了一種輝石基鑄石及其制備方法，其是通過利用不銹鋼渣、酸洗污泥、石英砂及一定菱鎂礦制備而成，通過控制工藝參數(shù)將其中Cr元素封存于鎂鉻尖晶石礦相中，而鎂鉻尖晶石本身又是優(yōu)異的晶核劑，同時鑒于輝石相在尖晶石表面的取向附生現(xiàn)象，最終形成以尖晶石相為內(nèi)核、外包裹輝石相的礦相結(jié)構(gòu)，這種礦相結(jié)構(gòu)有效控制Cr浸出、安全性能高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鑄石加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種輝石基鑄石及其制備方法。

背景技術(shù)

我國不銹鋼工業(yè)快速發(fā)展產(chǎn)生了大量含鉻固廢，其中酸洗污泥已于2018年被明確列為危險固廢。除此之外，每年3000萬噸以上的不銹鋼產(chǎn)量，帶來含鉻冶煉渣近1000萬噸。這類含鉻渣中鉻含量約在0.5％-3％范圍內(nèi)波動，分離回收價值不大。長期堆存一方面浪費土地資源，另一方面鑒于Cr的浸出對人體及環(huán)境的危害，具有巨大的安全隱患。目前，該類含鉻固廢的資源化處理已成為限制不銹鋼工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

鉻的化學(xué)穩(wěn)定化/固化是限制Cr元素浸出的有效途徑。在實現(xiàn)Cr元素化學(xué)穩(wěn)定化/固化的基礎(chǔ)上，將不銹鋼渣及酸洗污泥制備成綠色安全的建材、并實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，無疑是此類含鉻固廢資源化處理的理想途徑。目前國內(nèi)外已有利用含鉻固廢制備微晶玻璃的相關(guān)專利。例如：一種微晶玻璃及其制備方法(申請?zhí)枺?01810856304.6)，綠色微晶玻璃及其制備方法(申請?zhí)枺?01711260307.5)，一種利用不銹鋼渣和螢石尾礦制備微晶玻璃的方法(申請?zhí)枺?01710631368.1)，一種全廢料短流程制備微晶玻璃的方法(申請?zhí)枺?01610426057.7)。以上技術(shù)存在的共同問題是：(1)制備工藝為兩步法，首先加熱含鉻固廢(配加一定比例的改質(zhì)劑)至熔融態(tài)、保溫一段時間后冷卻獲得母玻璃，其次對冷卻后的母玻璃再加熱到一定溫度進行熱處理，最終獲得微晶玻璃制品。需要加熱熔融/保溫/冷卻、再加熱/保溫/冷卻兩步，工藝相對復(fù)雜，能耗高、成本高；(2)沒有明確給出Cr元素在最終制品中的礦相結(jié)構(gòu)，Cr的長期浸出行為很難科學(xué)評估。

鑄石是一類性能優(yōu)異的無機材料，部分極端惡劣環(huán)境條件下，鑒于其優(yōu)異的耐磨、耐腐蝕特點，優(yōu)質(zhì)鑄石的使用性能遠優(yōu)于不銹鋼等金屬材料。目前鑄石制備以使用天然石材為主。以上提到的不銹鋼含鉻渣等固廢中含有豐富的CaO、Al₂O₃、MgO、SiO₂等組元，從其化學(xué)組成來看完全可制備成人工鑄石。但是不同晶相結(jié)構(gòu)的鑄石，其性質(zhì)差異巨大，同時制備的人工鑄石有可能在與環(huán)境的接觸中，發(fā)生有毒有害的重金屬元素的浸出現(xiàn)象。因此在制備時要綜合考慮性能及危險元素的固化。

最關(guān)鍵的是，可通過控制工藝參數(shù)將其中Cr元素封存于鎂鉻尖晶石礦相中(現(xiàn)有技術(shù)研究表明，Cr在鎂鉻尖晶石相中最穩(wěn)定、浸出安全性能最優(yōu))，而鎂鉻尖晶石本身又是優(yōu)異的晶核劑，同時鑒于輝石相在尖晶石表面的取向附生現(xiàn)象，最終形成以尖晶石相為內(nèi)核、外包裹輝石相的礦相結(jié)構(gòu)，這種礦相結(jié)構(gòu)無疑是有效控制Cr浸出、安全性能極優(yōu)的最佳保障。另外，在制備工藝方面，只需加熱熔融/保溫/冷卻一步，與前述技術(shù)相比，步驟簡單、易操作，成本及能耗均降低，具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供了一種輝石基鑄石。本發(fā)明的另一目的是提供了該輝石基鑄石的制備方法。本發(fā)明通過利用不銹鋼渣、酸洗污泥、石英砂及菱鎂礦制備而成，通過控制工藝參數(shù)將其中Cr元素封存于鎂鉻尖晶石礦相中，而鎂鉻尖晶石本身又是優(yōu)異的晶核劑，同時鑒于輝石相在尖晶石表面的取向附生現(xiàn)象，最終形成以尖晶石相為內(nèi)核、外包裹輝石相的礦相結(jié)構(gòu)，這種礦相結(jié)構(gòu)有效控制Cr浸出、安全性能高。

本發(fā)明的輝石基鑄石，包括以下重量分數(shù)的原料：不銹鋼渣3份，酸洗污泥1份，石英砂4份，菱鎂礦2份，所述酸洗污泥包括5-12wt％Cr₂O₃,17-25wt％Fe₂O₃，34-48wt％CaF₂，其余為水。