[发明专利]利用工业废渣资源合成高长径比硅灰石的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅灰石的制备方法，属于固体废弃物资源综合利用及无机非金属新型材料技术领域。

背景技术

中国镁工业从20世纪80年代起步，90年代得到了快速发展。目前中国已成为世界产镁大国，2006年全国镁产量52.5万t，约占全球产量的70%。皮江法是生产金属镁的主要方法。每生产1.01 t金属镁，大约产出6.5~7.0t金属镁冶炼还原渣(以下称为镁渣)，每年产生的镁渣为300～350万t。镁渣在金属镁的生产企业中属于废料，目前采用倾倒在荒地和填埋山洼的办法进行处理。金属镁渣为粉状物，其中细粉含量很高，直径小于100um 的颗粒超过60%，易于悬浮在空气中，形成粉尘污染。另外，金属镁渣还具有很强的吸潮性，使土壤盐碱化、板结，引发土壤污染。废渣的无害化处理已成为困扰金属镁企业的难题之一。

粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。到2010年已经达到3亿吨，给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。大量的粉煤灰如不加处理，会成为扬尘污染大气，排入水系会使河流淤塞，而其中某些化学物质还会对人体和生物造成危害。粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所面临解决的任务之一。2013年1月5日，国家颁布了《粉煤灰综合利用管理办法》，遵循“谁生产、谁治理、谁利用、谁受益”的原则，减少粉煤灰堆存，不断扩大粉煤灰综合利用规模，提高技术水平和产品附加值。对应用粉煤灰的高附加值技术给予支持。　　

硅灰石是一种钙硅酸盐的三斜晶体，化学式为CaSiO₃，理论组成：48.3％ CaO 和51.7％SiO₂，有低温相(β一CaSiO₃)和高温相(α—CaSiO₃即假硅灰石)之分。硅灰石因其拥有独特的晶体结构和诸多优良的物理化学性能， 已被广泛用于各个工业部门。硅灰石产品主要为高长径比硅灰石和磨细硅灰石两大类。前者属于高档产品，主要是利用其物理机械性能，广泛用于塑料、橡胶、石棉代用品、油漆、涂料等行业，经表面改性的高长径比硅灰石粉与有机材料的相容性大大增强，添加到橡胶、塑料和其他聚合物中能明显改善制品性能，增加制品硬度、抗弯强度、抗冲击性，改善材料的电学特性，提高热稳定性和尺寸的稳定性，使制品表面光滑，增强阻污力，且允许充填较多的填充剂，减少颜料的用量，增强耐磨性，从而可降低制品的成本，并赋予塑料、橡胶和其他聚合物自身所没有的特殊功能，是硅灰石最有前途的应用领域；而后者属于低档产品，主要用于陶瓷和冶金工业。未来塑料、橡胶、涂料和造纸行业对各种填料的需求将突破2000万t，而对硅灰石针状粉等优质填料的需求更为迫切。资源是有限、不可再生的，有必要寻找新的工艺模式作为资源的后续补充，有利于经济的可持续发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用工业废渣资源合成高长径比硅灰石的方法，是以金属镁工业废渣和粉煤灰为原料，采用熔融晶化工艺制备硅灰石晶体，以余热回收方式进行原料预热达到节约能源的目的，然后气流粉碎成高长径比晶体纤维。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：利用工业废渣资源合成高长径比硅灰石的方法，包括以下五步：

（1）原料制备：对原料粉煤灰采用磁选除铁，使用干式铁粉回收机，特点是多磁极，高梯度配合螺旋结构，多次翻转，磁选出的铁粉铁元素质量含量达50-55%，磁选后粉煤灰的Fe₂O₃含量显著降低，达到2%以下；

（2）配料：根据硅灰石的成分要求，按照CaO /SiO₂摩尔比等于1进行原料用量计算，取原料金属镁还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电熔法生产工艺，依靠电极的埋弧电热和物料的电阻电热来熔炼物料，炉温控制在1550~1650℃，含Al₂O₃较高的刚玉相、莫来石相因熔点较高，未能熔融，并且密度高于硅灰石熔体，而沉淀到熔池底部，进而与硅灰石晶体分离出来；

（4）稳步析晶：控制温度以5-15℃/min的速度降低，在1050℃ 下保温晶化2h，在降温、保温过程中进行余热回收，用于原料的预热；

（5）晶体气流粉碎：将结晶后的晶体周边进行切削，杂质较高的晶体被选出，剩余较纯净的硅灰石晶体，然后经鄂式破碎机破碎后进入圆盘式气流机粉碎，粒度可达1250目。