[发明专利]一种利用煤矸石和镍渣制备以堇青石为主晶相烧结体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学领域，确切地说是一种利用煤矸石和镍渣制备以堇青石为主晶相烧结体的方法。

背景技术

煤矸石是采煤过程中产生的二次产物，是在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。煤矸石的主要成分为硅铝氧化物，并含有少量的CaO、MgO、Fe₂O₃、FeO、SO₃、K₂O、Na₂O等。目前我国已将煤矸石用作发电、制造建筑材料等，但大量煤矸石仍未得到有效利用。

镍渣是冶炼镍铁合金产生的固体废渣，处理不当会对环境造成污染，目前我国将镍渣作为新型建材的原材料，添加剂等，基本实现了对其回收利用，但镍渣中富含高价值的镁质组分，可在制备堇青石时替代昂贵的镁质材料，更好的发挥其价值。

研究发现，堇青石具有较低的热膨胀系数，一般在（1.76～2.30）×10^-6/℃（120℃～1100℃）之间，且具有良好的抗热震性和耐火性。堇青石晶体结构属于六方晶系P6/mmc空间群，属于组群状结构，其紧密的空间分子结构使得堇青石在受到温度变化时能够保持较好的稳定性，从而具有较低的热膨胀系数。

相关文献中记载通过不同的实验方法和原材料制备出了堇青石。例如CN104402515A公开了一种以滑石、高岭土、氧化铝等为原料制备出多孔堇青石陶瓷，此种多孔陶瓷的发明可吸收气体中的PM2.5达到净化空气的作用。CN104310417A公开了一种利用废弃型砂、滑石、氧化铝为原料制备出含锆堇青石相材料，烧成温度在1340～1420℃，保温时间为3～7h，所制得的含锆堇青石具有较低的热膨胀系数。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种利用工业固体废弃物煤矸石和镍渣为主要原料制备以堇青石为主晶相烧结体的制备方法。该方法利用煤矸石中的硅铝质组分以及镍渣中的镁质组分，高温煅烧制备以堇青石为主晶相的烧结体。

上述目的通过以下方案实现：

一种利用煤矸石和镍渣制备以堇青石为主晶相烧结体的方法，其特征在于：将经球磨、过筛后的煤矸石和镍渣混合均匀，加水至其为宾汉姆浆体，成型干燥后置于高温炉中煅烧，制得以堇青石为主晶相的烧结体。

所述的一种利用煤矸石和镍渣制备以堇青石为主晶相烧结体的方法，其特征在于：所述的煤矸石和镍渣均须过200目的方孔筛。

所述的一种利用煤矸石和镍渣制备以堇青石为主晶相烧结体的方法，其特征在于：煤矸石和镍渣的混合比例为：90～70:10～30。

所述的一种利用煤矸石和镍渣制备以堇青石为主晶相烧结体的方法，其特征在于：煅烧过程中，升温速率控制在5～6℃/min，烧成温度为1200～1300℃，保温时间为0～30min。

当所施加的外力较小，它所产生的剪应力小于极限剪应力或屈服应力τ₀时，物体将保持原状不发生流动；而当剪应力超过τ₀时，物体就产生流动形变；这类物体称之为宾汉姆体。

本发明的有益效果为：

利用煤矸石中主要矿物成分高岭石在一定温度下发生分解反应生成SiO₂和Al₂O₃，以及镍渣中主要矿物成分镁橄榄石在一定温度下主要分解物MgO，在1200℃以上经过物理化学反应生成堇青石相；同时，利用煤矸石其他杂质矿物成分在烧结过程中可以起到助熔作用，降低烧成温度；采用煤矸石和镍渣为原料，是工业废弃物的有效利用，是变废为宝；使用镍渣中含有的镁质组分替代其他制备方法中所使用的昂贵镁质原材料，大幅降低制备堇青石相的成本。

附图说明

图1为煤矸石：镍渣=80%：20%，烧成温度为1250℃，升温速率5℃~6℃/min，保温时间15min的烧结体XRD图谱。

具体实施方式

将煤矸石经过鳄式破碎机、球磨机进行破碎、球磨，将镍渣经过球磨机球磨，过200目方孔筛，得煤矸石和镍渣粉料；将煤矸石进行850℃煅烧，取20g煤矸石和5g镍渣装入密封袋中混合，手动混合15min。

将混合均匀的干粉置入搅拌器皿中加入10ml水搅拌；待搅拌均匀后陈腐，装入25mm直径30mm高的圆柱形模具中成型，再放入45℃烘箱中干燥至恒重，脱模。