高钙配方还原低品位磷矿及窑炉内衬隔热材料制备的研究

摘要

近年来，我国的磷肥生产已不能满足农业需求，寻求一种直接高效地利用中低品位磷矿生产磷酸的方法是目前急需解决的难题。窑法磷酸是一种直接还原磷矿生产磷酸的方法，但应用于工业生产还存在很多问题，如对窑炉设备要求高、生产工艺尚不成熟、残渣排放量大等。我国科研设计单位正在研究窑法磷酸的生产工艺特点及相应设备结构，以期将窑法磷酸尽快应用于工业生产。
　　本课题采用了窑法磷酸生产中的高钙配方来还原中低品位磷矿，添加磷石膏为矿化剂，通过对配料进行热重差热分析确定最佳还原温度。研究了钙硅比、氮气通入速率、炭过剩系数、保温时间、料球直径、还原温度等因素对磷矿还原率的影响，从而确定了磷矿还原的最佳工艺条件，并在此基础上对残渣做了活性测试，结果表明残渣可代替粉煤灰做矿物掺和料使用。
　　研究结果如下：磷矿的还原率随钙硅比的增加而增大，随氮气过剩系数的增加呈先减小后增加的趋势，当氮气通入速率为700ml/min，还原率最大。炭过剩系数从1.1到1.4还原率增大很明显，炭过剩系数在1.4以后还原率增加不明显；磷矿的还原率均是随着球直径减小和保温时间的延长而增大，但影响很小，有利于工业生产。本实验探索的最佳还原工艺为：Ca/Si=2，氮气通量为700ml/min，炭过剩系数为1.4，还原温度1250℃，保温时间210min，得到的磷矿还原率均在94.0％以上。在最佳工艺参数下，残渣出现水化性能好的胶凝产物C2S，且残渣以粉煤灰标准测试的7、28天活性指数达68.1%、83.0%，可以代替粉煤灰做水泥生产的矿物掺合料使用。
　　窑法磷酸生产中需保证还原气氛，且残渣需急冷保证活性，还会逸出氟化钠、氟化钾等碱性物质，要求炉衬材料具有在还原气氛、碱性气氛中稳定性好，抗热震稳定性好等性能。本实验利用二步法工艺低温制备出了一种能用于窑法磷酸生产的窑炉内衬隔热材料六铝酸钙-镁铝尖晶石复相陶瓷。结果如下：配料经200℃水热处理、1450℃保温3h可制备出六铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料。复相材料气孔率高达72.2%，孔径分布范围窄为700nm-1.2μm，陶瓷片抗压强度高达142.7MPa，是一种新型的优质窑炉用隔热耐火材料。六铝酸钙-镁铝尖晶石复相陶瓷的气孔率、抗压强度随着水热温度的升高而增加，随着水热温度的升高，孔径尺寸向大孔方向移动，六铝酸钙的形貌也由堆叠片状变为交叉均匀分布的薄片状。六铝酸钙形貌受氢氧化铝形貌控制，当氢氧化铝为板状三水铝石时，六铝酸钙为堆叠片状形貌，当氢氧化铝为三维插片薄水铝石时，六铝酸钙交叉分布的薄片状。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状及进展

1.3 工作内容、方法和目标

2 实验原料及试验方法

2.1 实验原料

2.2 实验仪器及设备

2.3 实验方法

3 高钙配方还原磷矿的工艺及残渣活性提高的探索

3.1 前言

3.2 高钙配方还原磷矿工艺探索

3.3 小结

4 低温制备六铝酸钙-镁铝尖晶石轻质窑炉内衬材料的研究

4.1 前言

4.2. 六铝酸钙-镁铝尖晶石窑炉隔热内衬材料制备的配比确定

4.3 水热处理温度的选取

4.4 烧结温度的选取

4.5 六铝酸钙-镁铝尖晶石的低温制备机理研究

4.6 本章小结

结论

展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及研究成果