一种环保节能矾土基免烧耐火原料的制备方法及其应用

一、技术领域：

本发明属于建材工业耐火材料行业，具体涉及一种环保节能矾土基免烧耐火原料的制备方法及其应用。

二、背景技术：

在“双碳”大背景下，高能耗产品和生产技术逐渐转型升级，节能降碳的低耗能产品成为了新时代发展的趋势，无论是国家、企业还是个人都在寻求新的发展道路。针对耐火材料的节能降耗，各先进企业纷纷布局，开展相关研究工作。传统矾土基熟料为耐火材料的大宗原料，是铝土矿经过1350℃以上煅烧完成物相转变和致密化烧结的产物，制备过程中燃气消耗在120立方米每吨以上且排放出大量废气和温室气体，与节能减排、循环经济、建设环境友好型社会的大趋势不太相符。此外，这些材基原料经高温煅烧或者电熔后，物料充分烧结，组分间反应基本完全，近乎达到了热力学的平衡态，而在实际使用环境中，物料中的某些原位效应和铝硅原料的莫来石化膨胀效应未能在制品中发生而被“浪费”掉。

目前，许多免烧骨料在建材行业已得到应用，如泵送免烧轻骨料混凝土、核壳结构免烧轻骨料、免烧陶粒等，但在高温工业及矾土基的免烧料鲜有报道。侯万果等研究了煤矸石生料对Al

三、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：根据现有高温耐火原料制备工艺中存在的技术问题，本发明提供一种环保节能矾土基免烧耐火原料的制备方法及其应用。通过本发明技术方案，实现了利用中低品位铝矾土生产环保节能矾土基免烧耐火原料，在矿产资源得到合理利用的同时，采用环保的免烧结和破碎的成型工艺，大大节约了能源，使得效益达到最大化。

为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：

本发明提供一种环保节能矾土基免烧耐火原料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

a、以中低品位铝矾土二级生料块、三级生料块和碎矿、尾矿中的至少一种物料作为原料，铝酸钙水泥、木质素磺酸钙粉和硅酸钠粉(俗称水玻璃)中的至少一种作为结合剂；

b、将上述中低品位铝矾土物料分别依次进行粗破、中破、细破三级破碎，将破碎后的物料进行在线自动混合配料，配料后进行球磨，球磨后得到细度为200～400目的铝矾土粉料，所得铝矾土粉料中氧化铝含量为45～55％(上下浮动不超过1％)；

c、向步骤b所得铝矾土粉料中加入结合剂进行混合，混合均匀后置于圆锅造粒机中进行造粒，造粒机倾角为30～90°、转速为0～50r/min，造粒后得到0～3mm的物料；

d、将步骤c所得0～3mm的物料进行烘干，烘干后进行筛分，得到0～1mm和1～3mm的环保节能矾土基免烧耐火原料。

根据上述的环保节能矾土基免烧耐火原料的制备方法，步骤a所述中低品位铝矾土二级生料块中氧化铝的含量为51～60％，所述中低品位铝矾土三级生料块中氧化铝的含量为41～50％，所述碎矿、尾矿中氧化铝的含量为35～50％。

根据上述的环保节能矾土基免烧耐火原料的制备方法，步骤a中所述铝酸钙水泥中Al

根据上述的环保节能矾土基免烧耐火原料的制备方法，步骤b中所述破碎后的中低品位铝矾土二级生料、三级生料和碎矿、尾矿物料中的至少一种进行混合配制时；选用铝矾土二级生料和铝矾土三级生料进行配制时，二者所占的质量百分含量分别为15～78％和22～85％；选用铝矾土二级生料和碎矿、尾矿物料进行混合配制时，二者所占的质量百分含量分别为40～50％和50～60％；选用铝矾土三级生料和碎矿、尾矿物料进行混合配制时，二者所占的质量百分含量分别为50～70％和30～50％；选用铝矾土二级生料、铝矾土三级生料和碎矿、尾矿物料进行混合配制时，三者所占的质量百分含量分别为20～30％、30～40％和30～50％。

根据上述的环保节能矾土基免烧耐火原料的制备方法，步骤c所述铝矾土粉料中加入结合剂时，铝矾土粉料和结合剂二者所占质量百分含量分别为80～95％和5～20％。

根据上述的环保节能矾土基免烧耐火原料的制备方法，步骤d中所述烘干时烘干温度为120～400℃，烘干时间为8～14h。

根据上述的环保节能矾土基免烧耐火原料的制备方法，步骤d所得环保节能矾土基免烧耐火原料的颗粒强度为3～12Mpa。

另外，提供一种上述制备所得环保节能矾土基免烧耐火原料在不定形耐火材料中作为骨料的应用。

本发明方法制备得到的环保节能矾土基免烧耐火原料可应用于冶金、建材、化工、航空航天等高温耐火材料领域。

本发明将混合物料加入圆锅造粒机内，物料在成球盘内随着成球盘旋转而上升，又在重力的作用下向下滚动，盘内的物料逐渐地形成基核(时间2～3分钟，成球直径1～3mm)；这时开始向成球盘内添加混合物料，同时向盘内喷水雾，基核开始逐渐长大，直到达到所要求的成品粒度0～3mm。

本发明技术方案，以矾土生料为基础，采用不同的结合剂，用特有的成型方式开发出免烧成的原料，形成可行的工艺及应用技术，既可以降低能源消耗、减少碳的排放，又可以降低成本，拓宽市场。

本发明的积极有益效果：

1、本发明充分利用了中低品位的铝矾土块、碎矿、尾矿等资源，大大提高了废弃资源的附加值。

2、本发明采用免烧结和免破碎的造粒成型工艺，缓解了高温烧结工艺给环境和能源带来的压力，达到了环保节能的目的。

3、本发明技术方案中所采用的原料价廉易得，制备原料的工艺简单、耗能少、不污染环境、成品率高，所制得的矾土免烧耐火原料的颗粒强度为3～12MPa，存放3～6个月无粉化现象出现，能够满足耐火材料的使用性能，价格低廉，稳定可靠。

4、本发明制备所得免烧矾土耐火原料作为替代耐火原料加入到不定形耐火材料中，生产的耐火材料的耐压强度、抗折强度、线变化等综合性能良好，保障了产品适用性的同时，解决了烧结耐火原料能耗高、产量低的问题。

四、具体实施方式：

以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明技术方案保护的范围。

以下实施例采用的铝酸钙水泥中Al

实施例1：

本发明环保节能矾土基免烧耐火原料的制备方法，其详细步骤如下：

a、以中低品位铝矾土二级生料块作为原料，采用铝酸钙水泥作为结合剂；所述中低品位铝矾土二级生料块中氧化铝含量为54～56％；

b、将中低品位铝矾土二级生料块依次进行粗破、中破、细破三级破碎，将破碎后的物料进行在线自动配料，配料时铝矾土二级生料所占的质量百分含量为100％；配料后进行球磨，得到氧化铝含量为55％(上下浮动不超过1％)、细度为200～400目的铝矾土粉料；

c、将步骤b所得铝矾土料粉和铝酸钙水泥结合剂进行混合，混合时二者所占的质量百分含量分别为90％和10％；混合均匀后置于圆锅造粒机中进行造粒(造粒过程中控制造粒机倾角为45°、转速为50r/min)，造粒后得到0～3mm的物料；

d、将步骤c所得0～3mm的物料进行烘干，烘干温度为120℃、烘干时间为12h，烘干后进行筛分，通过筛分得到0～1mm和1～3mm的环保节能矾土基免烧耐火原料。

本实施例制备所得矾土免烧耐火原料1～3mm的颗粒强度为6.22MPa，0～1mm的颗粒强度为10.92MPa，存放3～6个月无粉化现象出现。

实施例2：

本发明环保节能矾土基免烧耐火原料的制备方法，其详细步骤如下：

a、以中低品位铝矾土二级生料块和三级生料块作为原料，采用木质素磺酸钙粉作为结合剂；所述中低品位铝矾土二级生料块中氧化铝含量为54～56％，中低品位铝矾土三级生料块中氧化铝含量为46～48％；

b、将中低品位铝矾土二级生料块和三级生料块分别依次进行粗破、中破、细破三级破碎，将破碎后的两种物料进行在线自动混合配料，混合配料时铝矾土二级生料和铝矾土三级生料所占的质量百分含量分别为44％和56％；配料后进行球磨，得到氧化铝含量为51％(上下浮动不超过1％)、细度为200～400目的铝矾土粉料；

c、将步骤b所得铝矾土料粉和木质素磺酸钙粉结合剂进行混合，混合时二者所占的质量百分含量分别为85％和15％；混合均匀后置于圆锅造粒机中进行造粒(造粒过程中控制造粒机倾角为45°、转速为50r/min)，造粒后得到0～3mm的物料；

d、将步骤c所得0～3mm的物料进行烘干，烘干温度为300℃、烘干时间为12h，烘干后进行筛分，通过筛分得到0～1mm和1～3mm的环保节能矾土基免烧耐火原料。

本实施例制备所得矾土免烧耐火原料1～3mm的颗粒强度为6.03MPa，0～1mm的颗粒强度为4.60MPa，存放3～6个月无粉化现象出现。

实施例3：

本发明环保节能矾土基免烧耐火原料的制备方法，其详细步骤如下：

a、以中低品位的铝矾土三级生料块和碎矿、尾矿作为原料，采用木质素磺酸钙粉作为结合剂；所述中低品位铝矾土三级生料块中的氧化铝含量为48～50％，碎矿、尾矿的氧化铝含量为38～40％；

b、将中低品位的铝矾土三级生料块和碎矿、尾矿依次进行粗破、中破、细破三级破碎，将破碎后的两种物料进行在线自动混合配料，混合配料时铝矾土三级生料和碎矿、尾矿所占的质量百分含量分别为60％和40％；配料后进行球磨，得到氧化铝含量为45％(上下浮动不超过1％)、细度为200～400目的铝矾土粉料；

c、将步骤b所得铝矾土料粉和木质素磺酸钙粉结合剂进行混合，混合时二者所占的质量百分含量分别为80％和20％；混合均匀后置于圆锅造粒机中进行造粒(造粒过程中控制造粒机倾角为45°、转速为50r/min)，造粒后得到0～3mm的物料；

d、将步骤c所得0～3mm的物料进行烘干，烘干温度为300℃、烘干时间为12h，烘干后进行筛分，通过筛分得到0～1mm和1～3mm的环保节能矾土基免烧耐火原料。

本实施例制备所得矾土免烧耐火原料1～3mm的颗粒强度为5.78MPa，0～1mm的颗粒强度为7.23MPa，存放3～6个月无粉化现象出现。

实施例4：

本发明环保节能矾土基免烧耐火原料的制备方法，其详细步骤如下：

a、以中低品位的铝矾土二级生料块、三级生料块和碎矿、尾矿作为原料，采用硅酸钠粉作为结合剂；所述中低品位铝矾土二级生料块中的氧化铝含量为56～58％，所述中低品位铝矾土三级生料块中的氧化铝含量为47～49％，所述碎矿、尾矿中的氧化铝含量为38～40％；

b、将铝矾土二级生料块、三级生料块和碎矿、尾矿分别依次进行粗破、中破、细破三级破碎，将破碎后的物料进行在线自动混合配料，混合配料时铝矾土二级生料、三级生料和碎矿、尾矿三者所占的质量百分含量分别为20％、35％和45％；配料后进行球磨，得到氧化铝含量为46％(上下浮动不超过1％)、细度为200～400目的铝矾土粉料；

c、将步骤b所得铝矾土料粉和硅酸钠粉结合剂进行混合，混合时二者所占的质量百分含量分别为85％和15％；混合均匀后置于圆锅造粒机中进行造粒(造粒过程中控制造粒机倾角为45°、转速为50r/min)，造粒后得到0～3mm的物料；

d、将步骤c所得0～3mm的物料进行烘干，烘干温度为300℃、烘干时间为12h，烘干后进行筛分，通过筛分得到0～1mm和1～3mm的环保节能矾土基免烧耐火原料。

本实施例制备所得矾土免烧耐火原料1～3mm的颗粒强度为5.31MPa，0～1mm的颗粒强度为6.72MPa，存放3～6个月无粉化现象出现。

本发明制备所得环保节能矾土基免烧耐火原料在不定形耐火材料中作为骨料的应用实施例如下：

应用实施例1：

将本发明实施例1制备所得环保节能矾土基免烧耐火原料作为替代耐火原料加入到不定形耐火材料中进行应用，制备所得耐火材料的耐压强度、抗折强度、线变化等综合性能性能良好，符合生产要求(详见表1)。

一种浇注料，以质量百分含量表示，所述浇注料的原料组成为：

另外，加入占上述各种原料总重量0.21％的三聚磷酸钠。

应用实施例2：

将本发明实施例2制备所得矾土基免烧耐火原料(1～3mm的颗粒)作为替代耐火原料加入到不定形耐火材料中进行应用，制备所得耐火材料的耐压强度、抗折强度、线变化等综合性能良好，符合生产要求(详见表1)。

一种浇注料，以质量百分含量表示，所述浇注料的原料组成为：

另外，加入占上述各种原料总重量0.21％的三聚磷酸钠。

应用实施例3：

将本发明实施例3制备所得矾土基免烧耐火原料(0～1mm的颗粒)作为替代耐火原料加入到不定形耐火材料中进行应用，制备所得耐火材料的耐压强度、抗折强度、线变化等综合性能性能良好，符合生产要求(详见表1)。

一种浇注料，以质量百分含量表示，所述浇注料的原料组成为：

另外，加入占上述各种原料总重量0.21％的三聚磷酸钠。

应用实施例4：

将本发明实施例3制备所得矾土基免烧耐火原料(1～3mm的颗粒)作为替代耐火原料加入到不定形耐火材料中进行应用，制备所得耐火材料的耐压强度、抗折强度、线变化等综合性能良好，符合生产要求(详见表1)。

一种浇注料，以质量百分含量表示，所述浇注料的原料组成为：

另外，加入占上述各种原料总重量0.21％的三聚磷酸钠。

本发明应用实施例1～4浇注料经检测相关性能数据详见表1。

表1本发明应用实施例1～4浇注料经检测相关性能数据

由表1检测数据可知，利用本发明制备的环保节能矾土基免烧耐火原料作为替代耐火原料加入到不定形耐火材料中进行应用时，制备所得耐火材料的耐压强度、抗折强度、线变化等综合性能良好，可投入生产使用。