利用廢棄物鋁灰製造耐火原材料的方法
2023-09-22 22:41:25 3
專利名稱：利用廢棄物鋁灰製造耐火原材料的方法
技術領域：
本發明涉及的是一種冶金技術領域的方法，具體的說，涉及的是一種利用廢棄物鋁灰製造耐火原材料的方法。
背景技術：
我國是產鋁大國，煉鋁時產生大量的鋁灰廢棄物，鋁灰是熔煉精緻鋁材過程中產生的熔渣和浮皮，鋁灰的處理和再利用是世界性難題，國內外通常利用鋁灰製作淨水劑(鹼式氯化鋁)，但無法消耗掉大量的鋁灰，且容易產生二次汙染。另一種處理方法是填埋，該方法成本高，同時浪費了資源，也容易產生二次汙染。
國內有人採用廢鋁灰生產路用材料和棕剛玉。目前使用的地磚多為不燒磚，成本低，用鋁灰生產地磚需要燒成，否則會對環境產生汙染，因此用鋁灰生產的路用材料比現有方法生產的成本高出很多，缺乏市場競爭力。
經對現有技術的文獻檢索發現，劉大強等在《哈爾濱理工大學學報》(1996年，第二期，第48-50頁)發表的「鋁灰生產棕剛玉的工藝」，該文中提出採用電爐熔煉工藝，用鋁灰生產棕剛玉，具體方法為以無煙煤作為雜質的還原劑，以鐵屑作為沉澱劑，用經預處理的化工廢料鋁灰，經電爐熔煉生產棕剛玉。其不足在於採用的鋁灰原料是經過提取鹼式氯化鋁的廢鋁灰作原料，該鋁灰中不含金屬鋁，而鋁加工產生的鋁灰中通常含有大量金屬鋁，所以該方法使用的鋁灰不具有普遍性。採用該方法製備得到的棕剛玉中Al2O3含量僅超過88％，最好的也達不到94％，目前耐火材料用棕剛玉的Al2O3含量通常在94.5％-97％，因此，現有的方法生產的棕剛玉還很難製備具有實用價值的棕剛玉產品。
一般來說，耐火材料生產使用的剛玉材料主要有白剛玉和棕剛玉，生產白剛玉的主要原料是工業氧化鋁，其主要化學成分Al2O3含量大於98.5％，生產棕剛玉的主要原料是鋁礬土，其主要化學成分Al2O3含量在94.5％-97％之間。棕剛玉成本低，價格相對便宜，應用比白剛玉應用廣泛，而且大量用於磨料行業。鋁礬土除生產棕剛玉外，主要是用來生產工業氧化鋁，工業氧化鋁是電解鋁的主要原料。隨著我國電解鋁產量的不斷增大，礬土資源日益緊張，近年來價格飛漲，剛玉生產成本隨之提高。
發明內容
本發明的目的是針對上述問題，提供一種利用廢棄物鋁灰製造耐火原材料的方法。本發明採用廢棄物鋁灰為原材料，替代鋁礬土生產棕剛玉，通過強化冶煉，尤其是添加精煉劑(金屬鋁的存在也起到精煉目的)，將廢鋁灰製備成Al2O3含量超過94.5％的棕剛玉。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明主要包括兩個方面(1)首先對鋁灰進行預處理，包括煅燒和酸洗，通過煅燒獲得穩定的氧化物混合體，通過酸洗部分去除鋁灰中的鹼性金屬氧化物。(2)採用傳統的電弧爐進行熔煉，熔煉過程中加鐵粉和還原劑焦炭粉，為提高精煉期效果加入添加劑氯化鋁，對熔煉完成的棕剛玉材料進行破粉碎、磁選。
本發明具體步驟如下第一步，對廢鋁灰進行煅燒處理，使其中的金屬Al部分轉變成為Al2O3，以便提高氧化鋁的含量，得到穩定的鋁灰混合物，同時，一些揮發物被燒損。部分未氧化的鋁灰在熔煉過程中起到精煉劑的作用。將鋁灰放入水槽中，加入鹽酸進行清洗，部分去除鹼金屬氧化物和鹼土金屬氧化物。
所述的煅燒處理，是指在1100℃高溫下進行3小時煅燒處理。
所述的鹽酸，其重量比濃度為10～15％。
所述的清洗，時間為30分鐘。
第二步，熔煉過程中，鋁灰、炭素材料、鐵屑按質量比100∶8-12∶12-18的配比，外加氯化鋁，混合均勻。加入到電弧爐中，控制電壓，還原矽、鐵、鈦等氧化物。
所述的氯化鋁，其加入量為鋁灰量的1.5-2.5％。
所述的電壓，控制在100-120V。
所述的還原，是指在2100-2200℃的高溫熔融狀態還原矽、鐵、鈦等氧化物。
所述的第二步，其反應式如下
上述雜質氧化物被還原成金屬後，被鐵粉吸收進入矽鐵為主成分的渣而沉入爐底。矽鐵渣具有較強的磁性，那些沒有沉入爐底而呈分散狀態懸浮在電熔棕剛玉熔體中的矽鐵渣，在隨後的破粉碎和磁選中分離出來。棕剛玉在耐火材料領域具有廣泛的應用價值。
本發明具有實質性特點，通過對廢鋁灰進行煅燒和酸洗，得到質量穩定的鋁灰，通過熔煉得到氧化鋁含量94.5％以上的棕剛玉。該方法將難以處理的廢鋁灰製造成具有市場價值的耐火原材料，既降低了生產棕剛玉的成本，又消耗了容易造成環境汙染的廢棄物鋁灰，帶來了廣泛的綜合社會和經濟價值具體實施方式
通過實施例對本發明的技術方案進行詳細描述。
實施例1鋁灰主要成份Al2O3含量30.56％，Al含量29.58％，SiO2含量10.21％，MgO含量5.34％，TiO2含量2.42％，Fe2O3含量2.23％，Na2O含量4.74％。
200公斤鋁灰在1100℃下煅燒3小時，在加入15％濃度的鹽酸的水槽中室溫下攪拌30分鐘，烘乾後外加焦炭16公斤和鐵屑24公斤進行熔煉，配料時加精煉劑氯化鋁3公斤，生產出Al2O3平均含量94.8wt％的棕剛玉。
保持電壓100V，2100-2200℃高溫熔煉40分鐘，倒出冷卻，將棕剛玉塊進行破粉碎，磁選去掉磁性物。
實施例2鋁灰主要成份Al2O3含量34.87％，Al含量26.52％，SiO2含量9.23％，MgO含量5.62％，TiO2含量1.67％，Fe2O3含量2.62％，Na2O含量4.53％。
200公斤鋁灰在1100℃下煅燒3小時，在加入15％濃度的鹽酸的水槽中室溫下攪拌30分鐘，烘乾後外加焦炭24公斤和鐵屑36公斤進行熔煉，配料時加精煉劑氯化鋁4公斤，生產出Al2O3含量95.3wt％的棕剛玉。
保持電壓120V，2100-2200℃高溫熔煉40分鐘，倒出冷卻，將棕剛玉塊進行破粉碎，磁選去掉磁性物。
實施例3
鋁灰主要成份Al2O3含量35.05％，Al含量27.12％，SiO2含量8.76％，MgO含量6.24％，TiO2含量2.11％，Fe2O3含量3.35％，Na2O含量1.15％。
200公斤鋁灰在1100℃下煅燒3小時，在加入10％濃度的鹽酸的水槽中室溫下攪拌30分鐘，烘乾後外加焦炭20公斤和鐵屑30公斤進行熔煉，配料時加精煉劑氯化鋁5公斤，生產出Al2O3含量95.9wt％的棕剛玉。
保持電壓110V，2100-2200℃高溫熔煉40分鐘，倒出冷卻，將棕剛玉塊進行破粉碎，磁選去掉磁性物。
權利要求
1.一種利用廢棄物鋁灰製造耐火原材料的方法，其特徵在於具體步驟如下第一步，對廢鋁灰進行煅燒處理，使其中的金屬Al部分轉變成為Al2O3，得到穩定的鋁灰混合物，同時，部分未氧化的鋁灰在熔煉過程中起到精煉劑的作用，將鋁灰放入水槽中，加入鹽酸進行清洗，部分去除鹼金屬氧化物和鹼土金屬氧化物；第二步，熔煉過程中，鋁灰、炭素材料、鐵屑按質量比100∶8-12∶12-18的配比，外加氯化鋁，混合均勻，加入到電弧爐中，控制電壓，進行還原；第三步，保持電壓，熔煉，倒出冷卻，將棕剛玉塊進行破粉碎，磁選去掉磁性物。
2.根據權利要求1所述的利用廢棄物鋁灰製造耐火原材料的方法，其特徵是，第一步中，所述的煅燒處理，是指在1100℃高溫下進行3小時煅燒處理。
3.根據權利要求1所述的利用廢棄物鋁灰製造耐火原材料的方法，其特徵是，第一步中，所述的鹽酸，其重量比濃度為10～15％。
4.根據權利要求1所述的利用廢棄物鋁灰製造耐火原材料的方法，其特徵是，第一步中，所述的清洗，時間為30分鐘。
5.根據權利要求1所述的利用廢棄物鋁灰製造耐火原材料的方法，其特徵是，第二步中，所述的氯化鋁，其加入量為鋁灰量的1.5-2.5％。
6.根據權利要求1所述的利用廢棄物鋁灰製造耐火原材料的方法，其特徵是，第二步中，所述的電壓，控制在100-120V。
7.根據權利要求1所述的利用廢棄物鋁灰製造耐火原材料的方法，其特徵是，第二步中，所述的還原，是指在2100-2200℃的高溫熔融狀態還原矽、鐵、鈦等氧化物。
8.根據權利要求1所述的利用廢棄物鋁灰製造耐火原材料的方法，其特徵是，第三步中，所述的熔煉，是指保持電壓100V，2100-2200℃高溫熔煉40分鐘，倒出冷卻，將棕剛玉塊進行破粉碎，磁選去掉磁性物。
全文摘要
一種利用廢棄物鋁灰製造耐火原材料的方法，屬於冶金技術領域。步驟第一步，對廢鋁灰進行煅燒處理，得到穩定的鋁灰混合物，同時，部分未氧化的鋁灰在熔煉過程中起到精煉劑的作用，將鋁灰放入水槽中，加入鹽酸進行清洗，部分去除鹼金屬氧化物和鹼土金屬氧化物；第二步，熔煉過程中，鋁灰、炭素材料、鐵屑按質量比100∶8－12∶12－18的配比，外加氯化鋁，混合均勻，加入到電弧爐中，控制電壓，進行還原；第三步，保持電壓，熔煉，倒出冷卻，將棕剛玉塊進行破粉碎，磁選去掉磁性物。本發明將廢鋁灰製備成Al
文檔編號C04B35/622GK1927770SQ20061011628
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月21日 優先權日2006年9月21日
發明者陳海, 王俊, 孫寶德 申請人:上海交通大學