论文部分内容阅读
磷尾矿是磷化工行业选矿提取磷精矿后产生的大宗矿业固体废弃物,我国每年排放的磷尾矿约几百万吨,但由于磷尾矿综合利用率较低,大量磷尾矿长期堆放于尾矿库,这不仅是资源的浪费,还对矿区周围的环境也造成严重的影响,根据磷尾矿高钙镁低磷的特点,CaO含量约30%,MgO含量约18%,可视为一种白云石资源,作为镁钙质耐火材料的生产原料加以利用。镁钙质耐火材料中的CaO具有良好的高温韧性、耐冲击性、耐剥落性和耐高碱性渣的腐蚀,对高温炼钢炉膛起到一定的保护作用,还能吸附钢水中的硫（S）、磷（P）、氧（O）以及二氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2O3）等非金属夹杂物,提高钢水的纯度。另外,镁钙质耐火材料属于一种碱性耐火材料,以较低的原料价格、独特的使用性能和在环保方面的优势被耐火行业和炼钢行业一致看好,在此背景下,论文提出利用白云石质磷尾矿制备镁钙质耐火材料,为磷尾矿的综合利用提供一定的理论支撑。主要研究结果如下:（1）通过数学矩阵论的方法计算出磷尾矿制备镁钙质耐火材料体系中发生的独立反应数为9个,独立反应可分为两类,第一类为主矿物白云石分解为CaO、MgO,第二类为CaO与磷尾矿中的其他杂质发生反应。利用HSC软件对白云石质磷尾矿制备镁钙质耐火材料体系进行热力学分析,结果表明:白云石质磷尾矿于700K900K分解出MgO,于1100K的温度下分解出CaO,当温度高于1213.15K时,白云石质磷尾矿基本分解完全;随着温度升高,CaO易与杂质发生反应,因此,在对白云石质磷尾矿进行提质降杂的实验中,预煅烧温度应控制在701.23K1213.15K,在保证CaO、MgO含量较多的情况下,减少CaO与杂质的反应。（2）采用X射线荧光光谱（XRF）以及X射线衍射（XRD）对白云石质磷尾矿的物相成分进行测定,结果表明:磷尾矿主要化学成分为CaO（32.04%）,MgO（18.68%）、含有少量的P2O5（4.34%）、Fe2O3（0.40%）、Al2O3（0.05%）、SiO2（1.74%）等杂质,主要物相为CaMg（CO3）2;采用差热分析（TG-DSC）对白云石质磷尾矿热分解过程进行检测,结果表明:磷尾矿的热分解分为两个阶段:第一个阶段CaMg（CO3）2先分解出CaCO3、MgO和CO2,第二阶段为CaCO3分解成CaO和CO2。（3）白云石质磷尾矿提质降杂研究结果表明:煅烧温度为950℃,煅烧时间为30min,升温速率为10℃/min,原料粒径为200目的工艺条件下,磷尾矿中CaO含量从32.04%增加到50.26%,提高18.22%,MgO含量从18.68%增加到28.53%,提高9.85%,CaO活性使用盐酸量为23.8ml,活性MgO的质量分数为59.04%,CaO和MgO的活性都得到改善。（4）为避免预煅烧磷尾矿中母盐假象的存在,通过消化工艺对预煅烧磷尾矿进行处理,以破坏预煅烧磷尾矿中物相的原有晶格,有助于耐火材料的烧制。结果表明:随着消化温度的升高、消化时间的延长及消化用水量的增大,预煅烧磷尾矿中MgO、CaCO3的晶格常数均呈先增大后减小的趋势,当消化温度为60℃、消化时间为10min、消化用水量为15%时,MgO的晶格常数从3.7429?增大到4.0947?,CaCO3的晶格常数从6.7186?增大到7.4442?。（5）考察消化工艺对镁钙质耐火材料性能的影响,结果表明:随着消化温度升高、消化时间延长、消化用水量增加,耐火材料各性能指标呈先上升后下降的趋势,当消化温度为60℃、消化时间为10min、消化用水量为15%时,耐火材料的体积密度从2.84 g/cm3增大到3.5 g/cm3,常温抗压强度从20.36 MPa增加到60.7MPa,抗热震性能的余压强度从10.09MPa增大到46.91 MPa,水化增重率从32.9%下降到14.5%。（6）研究制备工艺对镁钙质耐火材料性能的影响,结果表明:当以消化处理的预煅烧磷尾矿为原料,原料级配为60%:20%:20%（粗:中:细）,煅烧温度为1600℃时,耐火材料的体积密度从2.63 g/cm3增大到3.58 g/cm3,常温抗压强度从25.12 MPa增加到56.93MPa,抗热震性能的余压强度从19.29MPa增大到41.76 MPa,水化增重率从27.9%下降到13.7%。（7）研究纳米添加剂对镁钙质耐火材料抗水化性能的影响,结果表明:纳米ZrO2和纳米TiO2的复合改性能较好地改善耐火材料的抗水化性能,当混合加入量为4%,TiO2:ZrO2=1:3时,耐火材料的水化增重率为6.6%,比单一添加剂的水化增重率降低2%3%左右。