[发明专利]一种辉石基铸石及其制备方法

说明书

本发明公开了一种辉石基铸石及其制备方法，其是通过利用不锈钢渣、酸洗污泥、石英砂及一定菱镁矿制备而成，通过控制工艺参数将其中Cr元素封存于镁铬尖晶石矿相中，而镁铬尖晶石本身又是优异的晶核剂，同时鉴于辉石相在尖晶石表面的取向附生现象，最终形成以尖晶石相为内核、外包裹辉石相的矿相结构，这种矿相结构有效控制Cr浸出、安全性能高。

技术领域

本发明涉及铸石加工技术领域，特别是涉及一种辉石基铸石及其制备方法。

背景技术

我国不锈钢工业快速发展产生了大量含铬固废，其中酸洗污泥已于2018年被明确列为危险固废。除此之外，每年3000万吨以上的不锈钢产量，带来含铬冶炼渣近1000万吨。这类含铬渣中铬含量约在0.5％-3％范围内波动，分离回收价值不大。长期堆存一方面浪费土地资源，另一方面鉴于Cr的浸出对人体及环境的危害，具有巨大的安全隐患。目前，该类含铬固废的资源化处理已成为限制不锈钢工业可持续发展的关键因素。

铬的化学稳定化/固化是限制Cr元素浸出的有效途径。在实现Cr元素化学稳定化/固化的基础上，将不锈钢渣及酸洗污泥制备成绿色安全的建材、并实现工业应用，无疑是此类含铬固废资源化处理的理想途径。目前国内外已有利用含铬固废制备微晶玻璃的相关专利。例如：一种微晶玻璃及其制备方法(申请号：201810856304.6)，绿色微晶玻璃及其制备方法(申请号：201711260307.5)，一种利用不锈钢渣和萤石尾矿制备微晶玻璃的方法(申请号：201710631368.1)，一种全废料短流程制备微晶玻璃的方法(申请号：201610426057.7)。以上技术存在的共同问题是：(1)制备工艺为两步法，首先加热含铬固废(配加一定比例的改质剂)至熔融态、保温一段时间后冷却获得母玻璃，其次对冷却后的母玻璃再加热到一定温度进行热处理，最终获得微晶玻璃制品。需要加热熔融/保温/冷却、再加热/保温/冷却两步，工艺相对复杂，能耗高、成本高；(2)没有明确给出Cr元素在最终制品中的矿相结构，Cr的长期浸出行为很难科学评估。

铸石是一类性能优异的无机材料，部分极端恶劣环境条件下，鉴于其优异的耐磨、耐腐蚀特点，优质铸石的使用性能远优于不锈钢等金属材料。目前铸石制备以使用天然石材为主。以上提到的不锈钢含铬渣等固废中含有丰富的CaO、Al₂O₃、MgO、SiO₂等组元，从其化学组成来看完全可制备成人工铸石。但是不同晶相结构的铸石，其性质差异巨大，同时制备的人工铸石有可能在与环境的接触中，发生有毒有害的重金属元素的浸出现象。因此在制备时要综合考虑性能及危险元素的固化。

最关键的是，可通过控制工艺参数将其中Cr元素封存于镁铬尖晶石矿相中(现有技术研究表明，Cr在镁铬尖晶石相中最稳定、浸出安全性能最优)，而镁铬尖晶石本身又是优异的晶核剂，同时鉴于辉石相在尖晶石表面的取向附生现象，最终形成以尖晶石相为内核、外包裹辉石相的矿相结构，这种矿相结构无疑是有效控制Cr浸出、安全性能极优的最佳保障。另外，在制备工艺方面，只需加热熔融/保温/冷却一步，与前述技术相比，步骤简单、易操作，成本及能耗均降低，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供了一种辉石基铸石。本发明的另一目的是提供了该辉石基铸石的制备方法。本发明通过利用不锈钢渣、酸洗污泥、石英砂及菱镁矿制备而成，通过控制工艺参数将其中Cr元素封存于镁铬尖晶石矿相中，而镁铬尖晶石本身又是优异的晶核剂，同时鉴于辉石相在尖晶石表面的取向附生现象，最终形成以尖晶石相为内核、外包裹辉石相的矿相结构，这种矿相结构有效控制Cr浸出、安全性能高。

本发明的辉石基铸石，包括以下重量分数的原料：不锈钢渣3份，酸洗污泥1份，石英砂4份，菱镁矿2份，所述酸洗污泥包括5-12wt％Cr₂O₃,17-25wt％Fe₂O₃，34-48wt％CaF₂，其余为水。