[发明专利]一种利用萤石尾矿制备莫来石陶瓷及其工艺方法

说明书

本发明涉及一种利用萤石尾矿制备莫来石陶瓷及其工艺方法，涉及固体废物处理技术领域。本发明所述的莫来石陶瓷的工艺方法，包括以下步骤，先将萤石尾矿、氧化铝和二次铝灰混均，经研磨得到混合精料；所述萤石尾矿、氧化铝和二次铝灰的质量比为10‑13：5‑8：1‑3；再将所述混合精料装模施压后，进行烧结，得到所述莫来石陶瓷。本发明所述的工艺方法生产周期短，没有任何危险副产品的产生，制备成本低，且制备的莫来石陶瓷致密化程度高、强度大，这不但解决了固废、危废对环境产生难以修复的严重污染，而且实现了固废、危废高效资源化利用，为固体废弃物萤石尾矿的大规模工业化利用开辟了新路径。

技术领域

本发明涉及固体废物处理技术领域，尤其涉及一种利用萤石尾矿制备莫来石陶瓷及其工艺方法。

背景技术

萤石尾矿是萤石经过浮选处理过后的废弃物，也就是萤石含量很低的萤石矿，其主要成分是SiO₂，其质量百分含量一般占总质量百分含量的70-80wt％，此外还含有少量的CaF₂。2008年，萤石矿基础储量达到了峰值，此后萤石矿的开采一直保持着高位运行的状态，并且这一现状仍将继续持续下去。截止到目前，由于连续多年对萤石矿的高位开采，萤石尾矿的堆积问题愈来愈成为了一个让人们无法忽视的“老大难”问题。大量的堆积不仅占用着土地、阻碍交通、影响居民生活而且存在泥石流的危险，更为严重的是萤石尾矿中的有害元素如F等经过雨水冲刷会下渗污染土地、污染人类饮用水源，造成农作物减产，对人类赖以生存的自然生态环境造成严重的破坏。因此，对萤石尾矿的无害化、资源化再利用，显得刻不容缓。

铝灰又称铝渣，是铝工业生产中产生的一种固体废渣，主要有两种形式：一次铝灰和二次铝灰。二次铝灰是电解、铸造铝等行业在生产、使用等过程中产生的含有金属铝和其他成分的固体废弃物，它的成分相对复杂，通常含有15％-30％的氮化铝，还包含少量的盐熔剂、氧化物等，遇水会发生水解反应，释放大量氨气，极易污染环境。目前，二次铝灰的综合资源化利用率仍处于较低水平，大量二次铝灰直接填埋或堆积在生产厂区附近，引发一系列土壤、空气等环境问题，对环境形成了极大的压力。

莫来石(Mullite，3Al₂O₃·2SiO₂)是一系列由起始原料为铝硅酸盐在高温下生成的矿物的统称，是SiO₂-Al₂O₃二元系中稳定存在的化合物，具有硬度大、熔点高(1830℃)、热膨胀系数低(4.5×10^-6K^-1)、高温蠕变值小、荷重软化点高、抗化学腐蚀性好以及抗热震性好等优点，是理想的耐火材料,被广泛应用于冶金、化工、玻璃、陶瓷、水泥和国防等多项领域，然而天然形成的莫来石由于其形成条件的严苛性而在自然界中十分稀少，一般均为人工合成，通常采用原位反应烧结法或电熔法等。利用固体废弃物制备莫来石陶瓷是实现固体废弃物资源化、可持续发展化利用，降低莫来石陶瓷的生产成本，扩大莫来石陶瓷的原料生产来源。如中国专利CN107285774B中提到的一种以工业废渣制备莫来石的方法，所用原料为含铝矿物提铝后剩余的残渣——白泥，解决了铝行业对于铝矿物提铝残渣回收再利用的问题，但是该方法中莫来石的制备工艺流程较为繁琐，对工业化利用要求较高；如中国专利CN113754456A中提到的一种以氧化铝、二氧化硅、莫来石晶种为原料制备莫来石陶瓷的方法，生成的莫来石陶瓷材料的抗热震性好，使用寿命长，生产效率较高，但该方法所需起始合成原料多，工艺流程繁琐，不利用大规模工业化生产。又如中国专利CN109354032A中提到的一种用天然高岭土烧结制备的莫来石的方法，在低温下制备的莫来石颗粒大小均匀，分散性好，具有良好的热稳定性，有效地减少了能源损耗，但该方法中加入了大量有机酸如草酸或柠檬酸、含氟化合物如氯化钠或氟化钾等添加剂，对于工业化要求程度较高。

因此，实现固体废弃物的资源化、可持续化利用，对于我们解决当前固体废弃物乱堆乱放具有重要的现实意义。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中制备莫来石陶瓷工艺流程繁琐、起始合成原料多、工业化利用难度高的问题。