利用晋城煤矸石合成堇青石的实验研究.pdf

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1、第36卷第4期煤炭转化VoI．36No．42013年1O月C0ALC0NVERS10N0ct．2O13利用晋城煤矸石合成堇青石的实验研究朱金萌蔡会武李赛。党楠楠D费腾D郭辉D摘要以煤矸石、滑石粉和氧化铝为原料，按堇青石理论比配料，在1150℃～1220℃下烧结2h～4h，合成了堇青石；正交实验分析表明，对于样品体积收缩率，影响最大的因素是烧结温度；SEM表征显示，产品颗粒形貌不规则；XRD分析发现，杂质存在能显著降低烧结温度，但同时会导致出现较多杂质晶相，因此要特另0注意控制原料中杂质的含量．合成堇青石的最佳条件为烧结温度1220℃，保温时间4h，磨料粒度45gm．关键词煤矸石，堇青石，

2、烧结中图分类号TD849．5电子天平，慈溪市天东衡器厂；DC—B15／16智能箱0引言式高温炉，北京独创科技有限公司；Dmax2500X射线衍射仪，日本理学电机公司；S一520扫描电镜仪，堇青石是一种硅酸盐矿物，化学式为2MgO·日本日立公司．2A1O。·5SiO。，具有较低的热膨胀系数，优良的抗1．3实验步骤热震性，较高的机械强度，低的介电常数和高的电阻率，已成为制造各种抗热震稳定性陶瓷、远红外陶瓷将煤矸石破碎、球磨后，用振动筛筛分得到及耐火材料的重要材料．_】煤矸石中含有大量0．125mm，0．074mm，0．045mm的煤矸石粉末．筛SiO和Al0。等有价资源，因此，用煤矸石合成高

3、分后的煤矸石在马弗炉中进行脱碳并用酸浸法除附加值的堇青石，不但能使煤矸石资源化，又能减少杂．将配好的原料在烧杯中充分混合，搅拌20min煤矸石堆积对环境造成的不利影响，同时又能较大以上后将原料放入准备好的模具中，加压时，先缓慢降低堇青石产品的原料成本，是实现煤矸石资源利加压，后迅速加压至要求压力并保压1min左右，再用和环境保护并举的有效途径．13“降压取样．[5]成型压力选取8MPa，9MPa，10MPa．将成型后的试样在1l0℃下的电热鼓风干燥箱中干1实验部分燥2h以上；分别在1000℃～1350℃间选取多个烧成温度点．161．1实验原料1．4分析与测试原料：煤矸石，山西晋城；滑石粉

4、，分析纯，城天慈滑石有限公司；氧化铝，分析纯，天津市天力化学1．4．1收缩率的测定试剂有限公司；盐酸，分析纯，北京化工厂．烧成收缩率等于烧成过程中体积的变化与干燥试样体积之比．[7用游标卡尺测干燥后和烧成后的1．2主要仪器和设备试样的直径和高度，依照如下公式计算体积变化率：XPC一100N50颚式破碎机，贵阳探矿机械厂；Dg=(o-d1)／d0×100．E8,9]QJM-1球磨试验机，科达煤化研制服务中心；XZ一1．4．2XRD实验300振动筛，呼和浩特科达煤化服务中心；标准检验XRD测试条件为CuKa辐射，电压40．0kV，筛，浙江上虞市大亨桥化验仪器厂；SX2—4—10马弗电流30．

5、0Ma，20=10。～8O。．通过分析XRD图谱，炉，上海跃进医疗器械厂；101A一1电热鼓风干燥箱，确定烧成试样中含有的矿物种类、各晶相的相对含JJ一1电动搅拌器，常州国华电器有限公司；HX502T量以及非晶质玻璃体的数量．Do]1)硕士生；2)教授、硕士生导师；3)讲师，西安科技大学化学化工学院，710054西安收稿日期：2013—03—25；修回日期：2013-05—1078煤炭转化1．4．3SEM实验果列于表4中．通过对比分析SEM图像，可以看出试样颗粒表3正交表的四因素三水平排布Table3Orthogonaltablearrangementoffour的微观形貌特征，包括发育

6、状况、晶体间距及晶体排factorsthreelevels列等．El1]2结果与讨论2．1原料分析根据GB／T27974—20l1分析晋城煤矸石的化表4四因素三水平正交实验表Table4Orthogonalexperimenttableoffour学组成，结果如表1所示．factorsthreelevels表1煤矸石化学组成(1．，／％)Table1Chemicalcompositionofcoalgangue(w／)由表1可以看出：煤矸石中主要含有SiO和A1O。，其中SiO的含量超过一半，而AlO。相对较少，因此，煤矸石作为合成堇青石的原料需要加入一定量的AlO。．2．2配方计算根据

7、以上煤矸石的化学组成分析，结合堇青石由表4可知，在同一实验条件下，堇青石试样的的化学组成，计算出合成堇青石的原料配方如表2横向收缩率总是略小于纵向收缩率，说明横向收缩所示．幅度比纵向收缩幅度小．采用极差分析法进一步处表2合成堇青石配方设计(w／％)理表4的实验数据，结果如表5所示．Table2Synthesisofcordieriteformula(w／)由表5可知，在所有影响因素中，影响堇青石试样纵向收缩率和体积收缩率的最大因素是