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2020-05
耐材之窗耐火原料指數
綜合指數
  • 綜合指數:161.55
  • 上月:164.68
  • 環比: -1.9%
  • 去年同期:208.43
  • 同比: -22.49%
產品指數
  • 鋁礬土:2270.00 上月:2285.00 環比: -0.66% 去年同期:2215.00 同比: +2.48%
  • 碳化硅:6250.00 上月:6450.00 環比: -3.10% 去年同期:7150.00 同比: -12.59%
  • 鱗片石墨:3975.00 上月:4350.00 環比: -8.62% 去年同期:4550.00 同比: -12.64%
  • 中檔鎂砂:1650.00 上月:1766.70 環比: -6.60% 去年同期:0.00 同比: -49.50%
  • 普通電熔鎂砂:3030.00 上月:3333.30 環比: -9.10% 去年同期:4500.00 同比: -37.70%
  • 棕剛玉:4900.00 上月:5000.00 環比: -2.00% 去年同期:0.00 同比: -10.90%
  • 白剛玉:4300.00 上月:4500.00 環比: -12.20% 去年同期:0.00 同比: -23.20%
  • 棕剛玉:4800.00 上月:4900.00 環比: -2.00% 去年同期:0.00 同比: -17.20%
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【徐平坤】對我國耐火原料發展的探討
用手機查看 瀏覽量:5501 2020-04-30 發布時間:


徐平坤

廣州耐火材料廠


摘要:根據我國天然優質耐火礦物原料資源短缺的現狀,提出探討對天然耐火原料走選礦提純、選擇利用工農業生產的廢棄物、各種原料之間合成耐火原料的道路。

關鍵詞:天然礦物;廢棄物;合成;菱鎂礦;高鋁礬土

耐火原料屬資源型產業。耐火原料是耐火材料產品的基礎,好的原料才能生產出好的耐火材料產品,而好的耐火材料產品才能滿足高溫工業對耐火材料的需求。因此,耐火原料的重要性,不言而喻。一些耐火材料界權威專家聲稱我國耐火原料資源豐富,品種齊全,尤其是高鋁礬土、菱鎂礦和鱗片狀石墨,得天獨厚,儲量居世界首位。不但滿足本國需求,同時還大量出口國外。同時也提到耐火原料礦山存在的一些問題,如開采粗放,資源浪費嚴重⑴。筆者認為20年前專家的這些提法,除了問題依舊存在外,其他已經不復存在。其實我國的耐火原料礦山經過70多年大量無序開采,優質礦石所剩無幾,現存的是大量的所謂次品、廢品,有的礦山資源枯竭。為了耐火原料能滿足我國耐火材料工業持續發展,應該走:天然礦物原料選礦,均化;選擇利用工農業生產的廢棄物;合成耐火原料的道路。

1、  我國天然耐火礦物原料狀況⑵⑶

據有關資料:我國高鋁礬土資源儲量25、58億t,菱鎂礦儲量35、64億t,石墨儲量12億t(也有的為22、3億t)。我國耐火原料資源的總量好像豐富,但按14億人口平均計算卻是資源窮國。再說經過70多年的開采,特別是改革開放40多年為滿足我國耐火材料工業高速發展,還有大量出口,耐火原料礦山采用掠奪式無序開采,采富棄貧,資源浪費嚴重。遼寧科技大學李志堅教授10年前預言:再過20年遼寧大部分礦區優質礦石資源將枯竭。

耐火原料資源也是其他工業的原料資源。我國每年消耗優質高鋁礬土1億t左右,其中金屬鋁工業8000萬t,耐火材料1500萬t,陶瓷等行業在500萬t左右。由于金屬鋁工業的快速發展,致使我國高鋁礬土資源日趨匱乏,尤其是高品位礦石供需矛盾突出,現在金屬鋁工業用原料大約一半靠進口。走選礦,合成、均化的道路,不失是高鋁礬土資源合理開發的途經。雖然菱鎂礦有80%用于耐火原料,但因私采亂挖嚴重,無序競爭激烈,大量出口,本來儲量不多的高品位礦石已剩不多。另外還是金屬鎂、鎂合金的原料,化工原料,建材膠凝材料等。約有10%的石墨用做耐火材料,其余主要用于鋼鐵和鑄造行業,以及鉛筆、密封、潤滑、導電材料等。硅石,除用于耐火原料外,還用于玻璃、陶瓷等。高嶺土和耐火粘土,用于耐火原料、陶瓷、造紙、搪瓷等。

綜上所述,除菱鎂礦外,其他耐火礦物原料用于耐火材料工業的比例不大,因此,不能作為耐火原料消耗來評價它的前景。另外,鋯英石、鉻鐵礦、硅線石族礦物等資源不足,還需要進口。

2、  天然耐火礦物原料的選礦、均化⑷⑸

我國耐火原料礦山長期處于無序粗放型開采,高品位礦石所剩無幾,大量粉礦、低品位礦石要找到可利用的途經。而高溫工業技術發展又要求高性能的耐火材料,高品位的原料才能生產出高性能的耐火材料,因此,為了充分合理利用現有的耐火原料資源,保持可持續發展,造福子孫后代,對天然耐火礦物原料應該走選礦提純的道路。其實天然礦物原料都含有各種有害成分。一般優質礦石的比例都比較小,例如陽泉高鋁礬土的優質礦石僅占總儲量的8~12%。菱鎂礦的LMT-47,LMT-48級優質品不但很少,而且容易混入脈石礦物,只能手選一小部分,絕大部分要用熱選和浮選提取優質礦石。對于石墨等其他天然耐火礦物原料,除少數富礦外,幾乎都要進行選礦。

2.1、高鋁礬土的選礦、均化:

(1)選礦:我國在20世紀70年代就提出高鋁礬土選礦提純問題,而金屬鋁界也做了大量工作,80-90年代一些科研單位取得許多高鋁礬土選礦提純的成果,近年來,有的成果已在生產方面得到應用。高鋁礬土的選礦方法很多,有洗選、浮選、磁選、生物選、利用氟化鋁除去高鋁礬土中的SiO2、TiO2、Fe2O3,制取板狀棕剛玉、利用酸、堿與高鋁礬土中的雜質反應提高氧化鋁含量、將煅燒后的鋁礬土熟料磨細加鹽酸浸泡,可將鐵、鈣、鎂去掉。以及金屬鋁工業普遍采用的選礦—拜耳法生產工業氧化鋁,利用拜耳法系統,將石灰添加量提高,可以直接處理中、低品位礦石,提高氧化鋁含量等方法。但應用最多的是聯合流程選礦法,例如洗選—磁選—浮選等。洗選是最簡單的選礦方法,可采用附有振動篩的擦洗機、滾筒篩、緩慢轉動的攪拌機等洗去礦石表面的附著物。利用含硅礦物易碎,泥化的特點,洗去細粒級物質,提高鋁硅比。為了進一步提高氧化鋁含量,減少雜質,可將洗選的礦石磨細進行磁選及浮選。例1,陽泉煤業集團通過浮選,獲得高鋁產品和低鋁產品,中間產品再通過強磁除鐵,浮選脫鈦工藝,最終獲得鋁硅比大于9的高鋁產品,作為拜耳法生產氧化鋁的原料,鋁硅比約等于2.55的低鋁產品,作為合成莫來石的耐火原料。例2,山西孝義某鋁業公司對低品位高鋁礬土用無尾分離新技術進行選礦,并將當地積存的大量碎礦入選,產品以w(Al2O3)≥75%為主,用帶預熱器的回轉窯生產高鋁均化料;另一種鋁硅比大于8的精礦,供生產氧化鋁;尾礦用于合成莫來石,實現無尾礦生產。還有電熔法:利用鋁對氧的親和力比鐵、硅、鈦等大的基本原理,通過控制還原劑(炭素)的數量,用還原冶煉的方法使高鋁礬土中的主要雜質還原,生成硅鐵合金與剛玉熔液分離,從而獲得結晶符合要求的棕剛玉或亞白剛玉。冶煉棕剛玉時,一般要求高鋁礬土的Al2O3含量大于76%,Al2O3含量越高,對冶煉剛玉各項技術指標越有利。冶煉棕剛玉時,配加的炭素材料要比棕剛玉多,冶煉的前、中期為還原冶煉期,后期為氧化精煉期,配加脫碳劑進行脫碳處理,使亞白剛玉Al2O3含量大于98%至98、5%。冶煉亞白剛玉用高鋁礬土要求Al2O3含量≥85%。

(2)均化:天然高鋁礬土除含Al2O3外,還有SiO2、Fe2O3、TiO2等雜質成分,往往同一礦層,同一區段,同一塊礦石的化學成分波動很大,質地很不均勻,對耐火材料的質量有嚴重影響。國外標準規定Al2O3含量波動范圍控制在1—2%,而我國往往高達5—10%。因此,也造成出口國外的耐火原料或產品,出現一等原料三等價錢的問題。我國將用于耐火材料的高鋁礬土劃分9個牌號,作為行業標準YB/T5179—2005理化指標見表1。

表1 高鋁礬土熟料牌號劃分及其指標

牌號

Al2O3/%

Fe2O3/%

TiO2/%

CaO+MgO/%

K2O+Na2O/%

體積密度/g/cm3

吸水率/%

GL-90

≥89.5

≤1.5

≤4.0

≤0.35

≤0.35

≥3.35

≤2.5

GL-88A

≥87.5

≤1.6

≤4.0

≤0.4

≤0.4

≥3.20

≤3.0

GL-88B

≥87.5

≤2.0

≤4.0

≤0.4

≤0.4

≥3.25

≤3.0

GL-85A

≥85

≤1.8

≤4.0

≤0.4

≤0.4

≥3.10

≤3.0

GL-85B

≥85

≤2.0

≤4.5

≤0.4

≤0.4

≥2.90

≤5.0

GL-80

>80

≤2.0

≤4.0

≤0.5

≤0.5

≥2.90

≤5.0

GL-70

70-80

≤2.0


≤0.6

≤0.6

≥2.75

≤5.0

GL-60

60-70

≤2.0


≤0.6

≤0.6

≥2.65

≤5.0

GL-50

50-60

≤2.5


≤0.6

≤0.6

≥2.55

≤5.0

要想控制化學成分和物理指標在規定的范圍內,不做均化處理難以達到。有人說我國用塊狀礦石煅燒的高鋁礬土熟料從未達到標準要求。均化料生產工藝有半干法和濕法兩種,干法為干料直接磨細,濕法即水磨。其基本工藝都是將分級開采的礦石化驗后,根據礦石的化學成分及要達到高鋁礬土熟料的某個品牌要求進行配料、磨細。成分細調、成型、干燥、煅燒、高鋁礬土熟料的工藝過程。例1,河南某廠采用半干法均化,用筒磨機干法細磨,輪碾機混合(水分5~8%),高壓壓球機成球,重油回轉窯煅燒,回轉窯不圈,出窯料球完整率大于80%。例2,山西某廠用成球盤半干法成球,同樣用重油回轉窯煅燒,其熟料的Al2O3含量波動范圍1~2%。濕法磨細的物料很容易達到325目以上,比表面積大,煅燒溫度比干法低30~50C°,體積密度高0.1~0.3g/cm3,可用高強電磁濕法除鐵,勞動條件好,不污染環境。綜上所述,均化處理對原料的化學成分沒有改變,采用高品位原料與低品位原料配料,生產預定成分的均化料,使大量中、低品位高鋁礬土及粉礦碎礦得以充分利用,大大提高資源的利用率,豐富產品品種,提高了高鋁礬土熟料質量,具有廣泛的應用前景,也具有重要的現實意義。

2.2、菱鎂礦的選礦提純與均化⑹:我國的菱鎂礦資源豐富,儲量,礦石產量,鎂質耐火材料的生產量和出口量均居世界首位。20世紀80年代以來,一些私營企業靠消耗資源獲得經濟利益,私采亂挖、采優棄貧,菱鎂礦的開采和礦石加工迅速發展,造成優質礦石減少,所謂的不合格礦石增多。而高溫工業的技術發展又需要高品位高質量的耐火材料。因此,菱鎂礦的選礦提純勢在必行。

菱鎂礦的選礦起步很早,1937年美國就用浮選法分離菱鎂礦與滑石,我國1965年進行了熱選法試驗。近年來,一些單位對低品位菱鎂礦的選礦提純做了大量工作。得出的菱鎂礦選礦方法可分為物理法、化學法、物理—化學聯合法。分述如下:

(1)物理法:其中有熱選法、重選法、磁選法、浮選法等。應用較多的是浮選法,如李大偉等人對低品位菱鎂礦采用“一粗二精反浮選----一粗二精正浮選”的工藝流程進行開路閉路試驗。開路試驗獲得精礦MgO:47%及SiO2:0.05%。閉路試驗獲得精礦MgO:47.48%、SiO2:0.21%、CaO:0.76%,MgO回收率65.43%。付亞峰等人采用“反浮選脫硅--正浮選提鎂脫鈣--強磁選除鐵”的聯合工藝流程,獲得的結果如表2.。

表2低品位菱鎂礦選礦結果(w)/%

類別

 MgO

 SiO2

CaO

Fe2O3

原礦

 43、21

 2、20

 1、18

 2、43

精礦

 47、13

 0、18

 0、21

 0、31

用物理法,盡管將一些方法聯合使用,選出的菱鎂礦精礦純度也很難達到超高純的水平,而化學法選出的菱鎂礦經過煅燒,基本上都是高純及超高純鎂砂。

(2)  化學法:可分為碳化法、氨法、鹽酸法等。其中的碳化法,早被人所知,曾經用原礦MgO:44.0%,灼減50.0%的低品位菱鎂礦,經碳化法選出的堿式碳酸鎂,煅燒后,生產過MgO含量99、1~99、6%的高純鎂砂。特別值得注意是氨法,王偉等人將低品位菱鎂礦(MgO:44.55%、SiO2:5.57%、CaO+Fe2O3+Al2O3=0.97%)輕燒后與硫酸銨按1:0.9(摩爾比)配料,混合均勻,再經475C°,3h輕燒制得硫酸鎂,同時用去離子水吸收產生的氨氣,制得氨水。將輕燒產物加水消解濾出雜質,濾液加熱至50℃,在強烈攪拌下緩慢加入回收的氨水至溶液PH值=10.5,反應60min后進行離心分離,真空過濾。濾餅經反復洗滌,過濾后烘干得Mg(OH)2,最終產物MgO質量分數達99.7%,呈球形顆粒,進一步高溫煅燒得高純鎂砂。用Mg(OH)2煅燒的鎂砂比菱鎂礦直接煅燒的鎂砂體積密度高,而氣孔率低,易燒結,易破碎。在反應過程中產生的硫酸銨,氨水可以循環使用,不對環境產生污染。這種方法工藝簡單,生產成本低,為低品位菱鎂礦利用探索出一條途經。

(3) 物理化學混合法:袁銳認為采用物理化學混合法可以生產MgO含量大于99%的高純鎂砂,與海水鎂砂相比,成本低,不含氧化硼,鈣硅比大于2。其流程如下:⑴浮選:礦石磨至200目以下占70%以上,用單一反浮選流程,進行兩次粗選,一次掃選,一次精選。除硅、鋁化合物分別為95、96%和88、89%—>(2)輕燒:浮選的精礦經過濾、干燥后進行900~950C°,70min弱還原氣氛下輕燒--->(3)磁選:輕燒后的礦石加水調成濃度33%的泥漿,先進性弱磁選,再進行強磁選-->(4)化學選礦:磁選后的礦石放入電動攪拌器中用陽離子交換樹脂732進行化學除鈣,然后篩分分離礦漿和離子交換樹脂。離子交換樹脂可重復使用--->(5)輕燒及重燒:礦漿經過濾、干燥后進行850~900C°輕燒。然后壓球,再于1700C°重燒,制得的高純鎂砂化學成分如表3.。

表3物理化學聯合選礦的鎂砂化學成分(w)%

MgO

 SiO2

 CaO

 Fe2O3

 Al2O3

 99.21

 0.13

 0.31

 0.19

 0.06

(4)均化:雖然沒有看到關于菱鎂礦預均化方面的報道,但根據國家標準規定燒結鎂砂18個牌號的理化指標(見表4)要求,不經過配礦或輕燒鎂粉配料的均化處理,是難以達到要求的。

表4  燒結鎂砂的理化指標(GB/T2273---1998)

牌號

MgO/%

SiO2/%

CaO/%

灼減/%

CaO/SiO2/%(摩爾比)

顆粒體積密度/g/cm3

MS98A

≥97.7

≤0.3


≤0.30

≥3

≥3.40

MS98B

≥97.7

≤0.4


≤0.30

≥2

≥3.35

MS98C

≥97.5

≤0.4


≤0.30

≥2

≥3.30

MS97A

≥97.0

≤0.5


≤0.30

≥2

≥3.40

MS97B

≥97.0

≤0.6


≤0.30

≥2

≥3.35

MS97C

≥97.0

≤0.8


≤0.30


≥3.30

MS96A

≥96.0

≤1.0


≤0.30


≥3.30

MS96B

≥96.0

≤1.5


≤0.30


≥3.25

MS95A

≥95.0

≤2.0

≤1.6

≤0.30


≥3.25

MS95B

≥95.0

≤2.2

≤1.6

≤0.30


≥3.20

MS93A

≥93.0

≤3.0

≤1.6

≤0.30


≥3.20

MS93B

≥93.0

≤3.5

≤1.6

≤0.30


≥3.18

MS90A

≥90.0

≤4.0

≤1.6

≤0.30


≥3.20

MS90B

≥90.0

≤4.8

≤2.0

≤0.30


≥3.18

MS87

≥87.0

≤7.0

≤2.0

≤0.50


≥3.20

MS84

≥84.0

≤9.0

≤2.0

≤0.50


≥3.20

MS88

≥88.0

≤4.0

≤5.0

≤0.50



MS83

≥83.0

≤5.0

≤5.0

≤0.80



注:MS88、MS83牌號為冶金用燒結鎂砂

我國目前使用較多的92、94、96三個牌號的中擋鎂砂和97、98兩個牌號的高純鎂砂都是采用先輕燒、再濕磨至320目以下,然后壓球再重燒,即二步煅燒。這樣一方面增大MgO的活性,降低燒結溫度,另一方面使物料均化。

在我國菱鎂礦集中的遼南地區,2017年由國家出資企業參股組建遼寧菱鎂礦業有限公司,對菱鎂礦實施全局把握,采取一體化生產模式,實現科學勘探、礦山環保達標、統一規劃、有序開采,各方所需礦石,由公司統籌供給。而當地企業與東北大學合作,對低品位菱鎂礦用氨法選礦,前景可觀。

2.3、石墨的選礦與提純:(1)選礦:天然石墨礦石含石墨很低,如耐火材料用量較大的鱗片狀石墨,一般石墨含量在6%~20%,不能直接利用,必須進行選礦提純。目前多用浮選法。即先進行粗磨,粗選,得到以連生體為主的低品位精礦,然后將低品位精礦再磨,再選,這樣反復再磨再選3~4次,有的到7次,最終精礦品位一般在85%~89%。

(2)推純:為了進一步提高浮選精礦品位,一般采用濕法化學提純工藝。即將石墨原料加堿混合、熔融、洗滌、加鹽酸、攪拌、洗滌、脫水、烘干、篩分,即可得到各種粒度的高純石墨,含碳量達到98~99.99%。

2.4、硅線石族礦物,即硅線石、藍晶石、紅柱石,俗稱三石的選礦:硅線石族礦物是典型的變質型礦床,一般有用礦物含量在5%~40%,不能直接用作耐火原料,必須進行選礦處理。(1)紅柱石:首先通過水洗,可把紅柱石含量提高50%,然后進行重介質選礦,使用硅鐵和水的混合物為介質,在旋轉分離機上進行離心分離,選出的精礦,用強磁選機除去黒云母、綠泥石、游離的鐵雜質,經干燥便得到紅柱石成品。南非百噸礦石選出8~10t紅柱石成品。法國英格瓷集團在法國、南非和我國新疆益隆開采并生產多種品位的紅柱石,其Al2O3含量從53%至61%,Fe2O3含量從1、2%到0、4%,粒度從微米級到8mm顆粒。北京西山紅柱石礦,采用破碎-->篩選-->磁選-->重選的工藝流程。先將大于0.074mm的礦石進行水洗脫泥,烘干后再進行磁選、重選。選出的精礦達到南非低品位精礦的要求。

(2)藍晶石:一般礦石含藍晶石在18-20%,選礦工藝受礦石類型制約,如對纖維狀和細粒浸染礦石全部用浮選。若藍晶石呈粗粒凝聚,采用浮選、磁選的聯合流程。

(3)硅線石:比較好的方法是預先脫泥,然后進行浮選,可從含硅線石20%的礦石中獲得含硅線石95%的精礦,再用磁選除去黒云母和石榴子石,最終能獲得含硅線石99%的精礦。黑龍江雞西硅線石礦采用脫泥--->極易浮物--->浮選--->磁選的工藝流程。

2.5、鋯英石選礦:鋯英石礦床分為脈礦和砂礦兩種類型,以海濱砂礦具有開采價值。由于海濱沖積砂礦中礦物已基本單體解離,故不需要破碎和磨礦,采出的砂礦先篩分,除去不含礦的礫石,如含泥多的砂礦要先脫泥,然后再進行重選,除去大量脈石礦物石英等,重選后的粗精礦還要進行磁選、浮選、電選等方法聯合使用,才能選出符合要求的鋯英石礦。

2.6、漂珠提?。菏菑娜紵勖哄仩t排放出來的煤灰提取的,一般用水漂洗,浮在水面上的空心微珠,即為漂珠。也有干式分選,即采用風力重選。

2.7、耐火粘土、白云石、石灰石、硅石、蠟石等也是重要的耐火原料。根據我國的資源及礦石質量,一般經過簡單手選,分級及用水沖洗就可以滿足要求。國外有些采用浮選,重選等方法。

3、利用工農業生產的廢棄物⑽⑾:

隨著人類可利用資源的減少和環境保護意識的增強,廢棄物質的再生利用越來越受到人們的重視,認識到“垃圾是放錯地方的資源”。我國對再生資源的利用逐漸被接受,在耐火材料方面,過去把生產的廢品及用后殘存的耐火材料統統丟掉,現在一些鋼鐵企業都有專門的回收公司,將回收的廢棄耐火材料重新加工利用,生產同類型的耐火材料,或者與其他材料合成新的耐火原料。

其實,能作為耐火原料的廢棄物并不局限于廢棄的耐火材料,其他行業也不少。因為耐火材料種類繁多,含有多種化學成分,制造方法多樣。有容納各類廢棄物的空間。如造紙工業產生的紙漿廢液,耐火材料大量用做結合劑;不定形耐火材料大量使用的硅微粉,原來是硅鐵合金和工業硅生產時產生的氣體SiO被空氣氧化并冷凝的產物;連鑄澆鋼用的熔融石英長水口,其原料是石英玻璃廠廢棄的半透明石英玻璃切頭、碎塊及各種廢品;利用鐵合金生產排出的鋁鉻渣生產鋁鉻磚,在煉銅的澳斯麥特熔煉爐上使用壽命是鎂鉻磚的6倍,是優良的耐火原料。還有鉻鐵渣、釩鐵渣、鈦鐵渣、鋁渣等都有作為耐火原料的實例;煤矸石是煤礦建設及煤炭開采、洗選過程中排出廢棄物的總稱。其礦物成分基本是以高嶺石為主,化學成分是以Al2O3、SiO2為主,不同地區的煤矸石化學礦物成分有差別,可分為高鋁質、粘土質、砂巖質??捎糜诓煌贩N的耐火材料,如山西朔州、大同及內蒙古一帶的煤矸石,含w(Al2O3)43~45%、w(SiO2)52~53%,雜質含量總合小于2%,是合成莫來石、生產硅酸鋁纖維和優質粘土磚的原料;粉煤灰是發電鍋爐排出的廢棄物,可以用來生產輕質隔熱保溫耐火材料,還能用來制取炮泥、陶粒、提取氧化鋁等;另外,還有廢棄的陶瓷,氧化鋁生產產生的赤泥、鋁材生產產生的污泥、各種除塵粉、一些選礦尾礦、鋸木屑、廢紙、廢麻及農業生產的秸稈、稻殼等。利用廢棄物不但降低成本,減少占地面積,還能節能減排,減少對環境的污染。從這些廢棄物的數量來看:用后殘存耐火材料每年約552萬t、煤矸石累計堆存50億t以上、粉煤灰每年排放約5億t,歷年存量30億t以上、每年產生鋁鉻渣10萬t、鉻鐵渣20萬t、釩鐵渣5萬t、鋁灰渣112~118萬t等。如果認真開發利用這些廢棄物,Al2O3—SiO2系統的耐火原料,這些廢棄物足夠滿足我國耐火材料的需要,而堿性耐火原料可能有些不足,可以考慮多用些白云石原料。

3、 合成耐火原料⑿⒀

所謂合成耐火原料,就是將兩種或兩種以上的天然礦物原料或化工原料或廢棄物,經過配料、粉碎,磨細,混合,成型,煅燒或電熔等工藝過程,制取一定化學礦物組成和物理性能的耐火原料。合成耐火原料的種類繁多,合成方法多種多樣,大體簡單介紹:

(1)可用天然礦物原料本身之間的品位差別配料合成,如莫來石,也可不同天然礦物原料配料合成,如用高鋁礬土與鋯英石精礦合成鋯莫來石;高鋁礬土與菱鎂礦合成鋁鎂尖晶石;菱鎂礦與白云石合成鎂鈣砂;用高鈣菱鎂礦與鐵精礦配料合成鎂鐵鈣砂;菱鎂礦與鋯英石合成鎂鋯砂;葉蠟石與滑石合成堇青石;用菱鎂礦與二級高鋁礬土熟料配料,焦炭作為還原劑,通過碳熱還原氮化合成Sialon—尖晶石復相材料;藍晶石與石墨配料,原位合成AlN—SiC復相材料等。

(2)天然礦物原料與純化工原料合成,如石英砂與硅粉配料,在氮氣爐中煅燒,合成氧氮化硅;葉蠟石與與氮氣合成Sialon(賽隆);用鎂砂與氧化鋁微粉、金屬鋁粉合成MgAION(鎂阿隆);用天然石英加焦炭或炭黑還原劑,在高純氮氣爐中碳熱還原氮化合成Si3N4(氮化硅);特級高鋁礬土加鐵鱗,在還原氣氛中煅燒合成鐵鋁尖晶石;用脫硅鋯與輕燒鎂石粉和白云石配料合成鎂鈣鋯砂;用白云石與工業氧化鋁配料,合成六鋁酸鈣—尖晶石復相材料;鋯英石與氧化鋁原位反應,制取ZrO2---莫來石復相材料;用白云石與工業氧化鋁配料,合成六鋁酸鈣—尖晶石復相材料等。

(3)純化工原料之間合成耐火原料,如用工業氧化鋁與鈦白粉合成鈦酸鋁;鋁粉與氮氣化合合成AIN(氮化鋁);工業氧化鋁與高純超細的氮化鋁粉合成Alon(阿?。?;用輕質碳酸鈣與工業氧化鋁,按CA6的CaO與Al2O3的化學計量比例配料,合成六鋁酸鈣;用鈦白粉和金屬鋁粉在流動氨氣作用下,原位生成Al2O3—TiN復相材料等。

(4)特別是廢棄物與天然礦物原料或者化工原料合成耐火原料,如用處理鋁型材表面的污泥與葉蠟石、高嶺土配料合成莫來石、與滑石、葉蠟石配料合成堇青石;高鋁礬土尾礦高,低品位礦石配料合成莫來石;鐵尾礦與輕燒鎂粉配料合成鎂橄欖石;粉煤灰與炭黑合成(O+β)—sialon-莫來石復相材料;粉煤灰與工業氧化鋁或高鋁礬土配料合成莫來石;粉煤灰與鋁灰、炭黑配料,用碳熱鋁熱復合還原氮化工藝制備Sialon粉體;攀鋼高爐渣含w(TiO2)22~25%,與炭黑混合,利用碳熱還原氮化法制取Ti(C,N)高級耐火原料;磨細至35μm以下鈦鐵渣加入0、9%硅微粉,混合后壓塊燒結,制取鈦鋁酸鈣復相耐火原料;鋁鉻渣與鎂砂合成鎂鋁鉻尖晶石耐火原料;鋁灰與高鋁礬土、鎂砂配料,鐵屑為沉淀劑,焦炭為還原劑,電熔法合成鋁鎂尖晶石;以鋁灰和金紅石為原料,鋁灰中的金屬鋁為還原劑,采用鋁熱還原氮化法合成TiN—Al2O3復相耐火原料;利用砂巖質煤矸石含有的SiO2及C(碳質物)合成碳化硅,也有用煤矸石與煤合成B—SiC;煤矸石與陶瓷拋光廢渣合成B—Sialon復相耐火原料;用煤矸石與廢鎂碳磚,廢滑板等合成堇青石—莫來石復相耐火原料等

合成耐火原料還有許多,由于篇幅問題就不更多敘述了。采用選礦后的精礦或尾礦不用磨細礦石,可以直接合成,簡化生產工藝。

4、  結束語:

我國耐火原料資源雖然豐富,但經過70多年,特別是改革開放40多年的快速無序開采,這些天然不能再生的耐火原料資源,所剩不多了,尤其是優質礦石已經很少了,大量的低品位礦石、所謂“不合格礦石”、碎礦、粉礦堆積如山。而我國是耐火材料生產大國,耐火材料產量占世界總產量的65%~69%,每年需要大量的各種耐火原料,要想耐火材料工業持續發展,必須對目前的原料資源狀況進行整合處理,采用科學方法進行地質勘探、機械化采礦、選礦提純、均化處理等。同時考慮利用工農業生產的廢棄物,在現在已經利用的廢棄物基礎上進行發展擴大,并深入細致調查研究各領域廢棄物的化學礦物成分,可能利用的價值,處理辦法等,以及用廢棄物的直接利用及與其他物質合成耐火原料,廢棄物利用的研究成果,在大規模工業生產的利用問題等。利用廢棄物不但降低成本,而且保護環境,意義重大。

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