含碳廢舊耐火磚的資源化回收方法與流程
2023-04-25 21:24:46 1
本發明涉及耐火材料技術領域，尤其涉及一種再生利用率高的含碳廢舊耐火磚的資源化回收方法。
背景技術：
近年來，隨著我國鋼鐵產量的迅猛增長，國內耐火材料的消耗量也大大增加，其中廢舊的耐火材料所佔比例達到耐火材料總消耗量的45％，而當前廢舊耐火材料的處理方式仍舊是大多數被當作工業垃圾掩埋，僅有少量被粗糙利用。廢舊耐火材料被當作垃圾處理掉，這不僅增加了處理費用，對環境造成了一定的汙染，又浪費了寶貴的資源，十分可惜。目前，國內的廢棄耐火材料再利用率不高，其利用方式過於簡單、單一化，沒有與先進的技術相結合。
中國專利文獻上公開了「一種資源化利用廢棄鎂鈣質耐火材料的方法」，其公告號為cn105481351a，該發明通過切割、粉碎、篩分、配料、制粒、燒結等工藝環節對廢棄鎂鈣質耐火材料的掛渣層、變質層採取了回收利用，可以大量處理廢棄鎂鈣磚，實現鎂鈣質耐火材料的資源化利用。但是，該發明對廢棄鎂鈣質耐火材料的回收利用率並不高，此外，並未對再生產品的基本性能指標做檢測，其性能不能得到保證。因此，如何強化節約資源與環保意識，以技術創新為動力，提高廢舊耐火材料的再生利用率，開發高性能再生產品是本領域技術人員亟待解決的技術問題。
技術實現要素：
本發明為了克服目前國內廢棄耐火材料處理方式不合理，造成資源浪費，再生利用率不高的問題，提供了一種再生利用率高的含碳廢舊耐火磚的資源化回收方法。
為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案：
含碳廢舊耐火磚的資源化回收方法，包括以下步驟：
(1)將廢舊耐火磚分為鎂碳質、鋁鎂碳質、鋁碳質和鋁碳化矽碳質四種類別；
(2)揀選步驟(1)中已分類的廢舊耐火磚，以再生料總質量為基準，按照以下成分含量配比進行配料：85％～90％的al2o3，0.5％～3.5％的sio2，1.5％～4.5％的mgo，0.5％～1.5％的zro2，餘量為雜質，得到再生料；
(3)將再生料進行破碎，獲得再生顆粒料，並對再生顆粒料進行磁選除鐵；
(4)將磁選除鐵後的再生顆粒料進行顆粒分級；
(5)將分級後的再生顆粒料進行加熱乾燥；
(6)先根據以下重量份的配比進行稱料：再生顆粒料65份，熱固性樹脂15份、石墨8份、氧化鋁再生微粉12份、剛玉粉料10份、瀝青5份，再進行加料混練，加料順序為：先加入再生顆粒料，再加入佔熱固性樹脂總量2/3的熱固性樹脂，接著依次加入石墨、氧化鋁再生微粉、剩餘的熱固性樹脂，最後加入剛玉粉料和結合劑，於60～80℃條件下混料20～30min；
(7)將步驟(6)所得的混合物進行高壓成型，在1200℃～1500℃的高溫隧道窯內進行燒成，保溫6～8h，冷卻後得到再生高鋁磚。
步驟(1)中，在分類的同時去除廢舊耐火磚表面的粘渣層雜質。在再生料中加入適量的氧化鎂可以作為促燒劑，使得製品燒結過程中更加緻密化，同時還能夠通過填充製品中氣孔，提高再生高鋁磚的體積密度，使得再生高鋁磚的性能得到相應的提升。在再生高鋁磚的配方中加入了少量的氧化鋯，可以對再生高鋁磚產生明顯的增韌效果，其原理如下：該體系中的氧化鋁的熱膨脹係數大，彈性模量高，燒結冷卻後對氧化鋯顆粒的束縛作用強，臨界直徑dc較大，四方氧化鋯顆粒可以更多更有效地保留下來，因此，對再生高鋁磚的增韌效果也比較明顯，從而達到提高其耐熱震性的效果，得到的再生高鋁磚的強度大，不易破碎，使用周期長。
熱固性樹脂的碳化率高、粘結性好，成型的坯體強度高，可以增強再生高鋁磚的性能，在加料混練過程中分兩步加入熱固性樹脂，可以使得混料更為均勻，增加了再生高鋁磚的緻密度。石墨具有耐高溫、導熱、導電、潤滑、可塑和抗腐蝕等性能，加入石墨可使製得的再生高鋁磚的導熱性、抗熱震性顯著提高。使用高溫隧道窯燒制，利用逆流原理工作，其具有預熱帶、燒成帶、冷卻帶三部分的溫度，能夠保持一定的溫度範圍，容易掌握再生高鋁磚的燒成規律，因此製得的再生高鋁磚的質量較好，破損率低。
作為優選，以再生顆粒料總質量為基準，步驟(4)中顆粒分級後所得的再生顆粒料的粒級及質量百分含量分別為：5～3mm的顆粒佔25％～35％、3～1mm的顆粒佔45％～55％和0.5～0.1mm的顆粒佔10％～25％。
坯料的顆粒組成對坯體的緻密度有很大的影響，在大顆粒的組成中加入一定數目尺寸較小的顆粒，填充於大顆粒的間隙，可以使得坯體的氣孔率下降，體積密度增大，使胚體變成具有一定尺寸、形狀和結構強度的製品，使得材料的體積密度、耐壓強度以及高溫性能均得以提高，顯著提升再生高鋁磚的理化性能。
作為優選，步驟(5)中加熱乾燥的工藝條件為：升溫速率5～10℃/min，升溫至350℃後保溫5～8h，控制升溫速率使得再生高鋁磚的燒制過程中受熱均勻，不易開裂，增大使用強度。
作為優選，所述熱固性樹脂為t60含碳樹脂和酚醛樹脂，所述t60含碳樹脂和酚醛樹脂的質量比為1：(2～4)。
本發明使用了t60含碳樹脂和酚醛樹脂為結合劑，使用過程不產生有害煙氣，具有環保特性。具體的，t60含碳樹脂在200℃以下仍可以保持較好的流動性，而酚醛樹脂在200℃以下時就開始發生固化，固化速率較快，二者在適當比例下使用可獲得較好的擠壓深度。此外，t60含碳樹脂高溫固化後，會在形成「蘑菇狀」泥包，增大再生高鋁磚附著面積，提高了再生高鋁磚的耐衝刷性能，從而延長使用壽命。
作為優選，所述石墨的粒徑為50～150目。
作為優選，步驟(7)中高壓成型的壓力範圍為200～260mpa，此壓力範圍內製得的高鋁磚體積密度高，性能好。
本發明具有如下有益效果：
(1)利用廢舊耐火磚生成再生高鋁磚，工藝簡單，可以減少對廢舊耐火磚的浪費；
(2)廢舊耐火材料的資源化利用有利於廢料的再生利用和附加值的提高；
(3)以廢舊耐火磚作為原料生產出的再生高鋁磚具有良好的耐熱震性和耐壓性能，具有可觀的經濟效益。
具體實施方式
下面通過具體實施例，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
在本發明中，若非特指，所有設備和原料均可從市場購得或是本行業常用的，下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領域常規方法。
實施例1
(1)將廢舊耐火磚分為鎂碳質、鋁鎂碳質、鋁碳質和鋁碳化矽碳質四種類別；
(2)揀選步驟(1)中已分類的廢舊耐火磚，以再生料總質量為基準，按照以下成分含量配比進行配料：85％的al2o3，0.5％的sio2，1.5％的mgo，0.5％的zro2，餘量為雜質，得到再生料；
(3)將再生料進行破碎，獲得再生顆粒料，並對再生顆粒料進行磁選除鐵；
(4)將磁選除鐵後的再生顆粒料進行顆粒分級，以再生顆粒料總質量為基準，中顆粒分級後所得的再生顆粒料的粒級及質量百分含量分別為：5～3mm的顆粒佔35％、3～1mm的顆粒佔55％和0.5～0.1mm的顆粒佔10％。
(5)將分級後的再生顆粒料於10℃/min的升溫速率進行加熱乾燥，升溫至350℃後保溫8h；
(6)先根據以下重量份的配比進行稱料：再生顆粒料65份，熱固性樹脂15份(t60含碳樹脂5份，酚醛樹脂10份)，石墨8份，氧化鋁再生微粉12份，剛玉粉料10份，瀝青5份，再進行加料混練，加料順序為：先加入再生顆粒料，再加入佔熱固性樹脂總量2/3的熱固性樹脂，接著依次加入平均粒徑為50目的石墨、氧化鋁再生微粉、剩餘的熱固性樹脂，最後加入剛玉粉料和瀝青，於60℃條件下混料20min；
(7)將步驟(6)所得的混合物在200mpa進行高壓成型，在1200℃～1500℃的高溫隧道窯內進行燒成，保溫6h，冷卻後得到再生高鋁磚。
實施例2
(1)將廢舊耐火磚分為鎂碳質、鋁鎂碳質、鋁碳質和鋁碳化矽碳質四種類別；
(2)揀選步驟(1)中已分類的廢舊耐火磚，以再生料總質量為基準，按照以下成分含量配比進行配料：90％的al2o3，3.5％的sio2，4.5％的mgo，1.5％的zro2，餘量為雜質，得到再生料；
(3)將磁選除鐵後的再生料進行破碎，獲得再生顆粒料，並對再生顆粒料進行磁選除鐵；
(4)將再生顆粒料進行顆粒分級，以再生顆粒料總質量為基準，中顆粒分級後所得的再生顆粒料的粒級及質量百分含量分別為：5～3mm的顆粒佔30％、3～1mm的顆粒佔45％和0.5～0.1mm的顆粒佔25％。
(5)將分級後的再生顆粒料於5℃/min的升溫速率進行加熱乾燥，升溫至350℃後保溫5h；
(6)先根據以下重量份的配比進行稱料：再生顆粒料65份，熱固性樹脂15份(t60含碳樹脂3份，酚醛樹脂12份)，石墨8份，氧化鋁再生微粉12份，剛玉粉料10份，瀝青5份，再進行加料混練，加料順序為：先加入再生顆粒料，再加入佔熱固性樹脂總量2/3的熱固性樹脂，接著依次加入平均粒徑為100目的石墨、氧化鋁再生微粉、剩餘的有機矽樹脂，最後加入剛玉粉料和瀝青，於80℃條件下混料30min；
(7)將步驟(6)所得的混合物在260mpa進行高壓成型，在1200℃～1500℃的高溫隧道窯內進行燒成，保溫8h，冷卻後得到再生高鋁磚。
實施例3
(1)將廢舊耐火磚分為鎂碳質、鋁鎂碳質、鋁碳質和鋁碳化矽碳質四種類別；
(2)揀選步驟(1)中已分類的廢舊耐火磚，以再生料總質量為基準，按照以下成分含量配比進行配料：8,7％的al2o3，2％的sio2，3％的mgo，1％的zro2，餘量為雜質，得到再生料；
(3)將磁選除鐵後的再生料進行破碎，獲得再生顆粒料，並對再生顆粒料進行磁選除鐵；
(4)將再生顆粒料進行顆粒分級，以再生顆粒料總質量為基準，中顆粒分級後所得的再生顆粒料的粒級及質量百分含量分別為：5～3mm的顆粒佔25％、3～1mm的顆粒佔52％和0.5～0.1mm的顆粒佔23％。
(5)對分級後的再生顆粒料於5℃/min的升溫速率進行加熱乾燥，升溫至350℃後保溫5h；
(6)先根據以下重量份的配比進行稱料：再生顆粒料65份，熱固性樹脂15份(t60含碳樹脂3.75份，酚醛樹脂11.25份)，石墨8份，氧化鋁再生微粉12份，剛玉粉料10份，瀝青5份，再進行加料混練，加料順序為：先加入再生顆粒料，再加入佔熱固性樹脂2/3的熱固性樹脂，接著依次加入平均粒徑為150目的石墨、氧化鋁再生微粉、剩餘的熱固性樹脂，最後加入剛玉粉料和瀝青，於70℃條件下混料25min；
(7)將步驟(6)所得的混合物在230mpa進行高壓成型，在1200℃～1500℃的高溫隧道窯內進行燒成，保溫8h，冷卻後得到再生高鋁磚。
對比例
採用市場上的高鋁磚作為對比例。
對本實施例1-3和對比例的再生高鋁磚進行性能檢測：每個實施例分別制樣3塊，在110℃烘乾至恆重後抽真空，檢測體積密度與氣孔率；每個實施例分別制樣3塊，在110℃烘乾至恆重，檢測常溫耐壓強度。理化指標檢測結果如表1所示。
表1.理化指標結果
根據對本實施例1-3和對比例的再生高鋁磚檢測的指標對比分析，本發明利用廢舊耐火磚製得的再生高鋁磚的理化指標非常優異，達到了正常高鋁磚的指標水平，能夠應用於加熱爐、熱風管道和高爐渣溝的工作層，實現變廢為寶的目的。
本發明利用廢舊耐火磚生成再生高鋁磚，工藝簡單，可以減少對廢舊耐火磚的浪費；廢舊耐火材料的資源化利用有利於廢料的再生利用和附加值的提高；以廢舊耐火磚作為原料生產出的再生高鋁磚不僅具有性價比高的優點，而且可實現廢棄資源的再利用，有利於環境保護，具有良好的經濟效益和社會效益。