[发明专利]一种煤矸石电热法制备高品质莫来石的方法

说明书

一种煤矸石电热法制备高品质莫来石的方法，按以下步骤进行：(1)将煅烧后煤矸石、碳质还原剂及添加剂分别粉碎，(2)将含铁物质、煅烧后煤矸石粉、碳质还原剂粉和添加剂粉混合加水压制成团块；(3)烘干去除水分，置于矿热炉中进行电热冶炼，温度1000～2000℃，电热冶炼完成后的物料静置分层并随炉冷却；(4)将莫来石渣相与金属相物理分离；然后对莫来石渣相酸洗提纯，制成高品质莫来石。本发明的方法提升了煤矸石的经济附加值，减少固体废弃物堆积，原料来源广泛、价格低廉，工艺流程短、生产成本低、能耗小。

技术领域

本发明属于固废回收领域，特别涉及一种煤矸石电热法制备高品质莫来石的方法。

背景技术

煤矸石是煤炭生产、加工过程中产生的固体废弃物，是煤的共生资源，成煤过程中与煤伴生，灰分通常大于50％，发热量一般在3.5～3.8MJ/kg；据统计其排放量约为煤矿原煤产量的15～20％，我国煤矸石的堆放已形成1500余座矸石山，全国煤矿贮存的矸石约有40亿吨以上，占地面积近30万亩；随着煤炭产业的不断发展，矿山的矸石排出量与日俱增，堆积量在逐年增加，矸石山越来越多，越堆越高，占地面积越来越大，这些简单堆放的煤矸石多数已自燃或正在自燃。

目前我国处理煤矸石的方法主要是大量的简单堆放或者任意的排放状态，少部分用作合成有机复合肥，制备高岭土、沸石分子筛或橡塑填料等工业领域，回收利用率极低；煤矸石造成的污染主要包括大气污染、淋溶污染、放射性元素污染、地质灾害和煤矸石爆炸等，对我国的环境和人类的健康造成了巨大的影响和破坏。

莫来石(mullite)是铝的铝硅酸盐矿物，组成处在2Al₂O₃·SiO₂至3Al₂O₃·SiO₂之间，其Al₂O₃含量范围为62～100％，属高铝材料；3Al₂O₃·SiO₂莫来石的弹性模量低，为200GPa，约为Al₂O₃、SiC的一半；热膨胀系数小，约为Al₂O₃、ZrO₂的一半，与SiC相近；因此，莫来石具有耐火度高，荷重软化温度高，抗热震性、抗化学腐蚀性、抗蠕变性好、体积稳定性、电绝缘性强等优良性能，是理想的高级耐火材料，被广泛用于冶金、玻璃、陶瓷、化工、电力、国防等领域；目前工业制备高品质莫来石主要采用湿化学法或通过加入LiF、AlF₃等添加剂来实现莫来石的低温合成，但是工艺参数不易控制，生产周期长，难以达到规模化生产的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矸石电热法制备高品质莫来石的方法，利用煅烧后煤矸石中丰富的石英相提供充足的硅源，在合成过程中利用混晶引入外来阳离子，使废料煤矸石能够制备高品质莫来石，简化工艺降低成本的同时，提高废料的经济附加值。

本发明的方法按以下步骤进行：

(1)将煅烧后煤矸石、碳质还原剂及添加剂分别粉碎，再筛分出粒径≤1000μm的部分，分别获得煅烧后煤矸石粉、碳质还原剂粉和添加剂粉；所述的碳质还原剂中木炭的质量百分比为0～30％，石油焦的质量比百分比为0～20％，其余为烟煤；所述的添加剂为MgF₂、CaF₂、Na₂CO₃和NaCl中的一种或几种；

(2)将含铁物质、煅烧后煤矸石粉、碳质还原剂粉和添加剂粉混合均匀，然后加水压制成团块；所述的含铁物质为铁精矿、废铁屑、工业铁精粉、Fe₂O₃粉体和FeO粉体中的一种或几种；

(3)将团块烘干去除水分，然后置于矿热炉中进行电热冶炼，电热冶炼的温度1000～2000℃，时间1～5h；电热冶炼完成后的物料静置分层并随炉冷却至常温，其中上层为莫来石渣相，下层为金属相；