CN105777159A - 一种利用冶炼铬渣生产大型铜冶炼窑炉衬砖的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用冶炼铬渣生产大型铜冶炼窑炉衬砖的方法，将冶炼铬渣和石油焦颗粒料混合均匀，烘干，加入到三相电弧炉中高温冶炼后，将炉缸上部的铬刚玉材料进行拣选后，破碎得到粒度为0‑1mm、1‑3mm、3‑5mm的铬刚玉颗粒料和细度为180～200目的铬刚玉粉；将铬刚玉颗粒料作为骨料加入磷酸混炼后，加入脱硅锆粉、活性氧化铝粉、氧化钛粉、铬矿粉和铬刚玉粉基质，混炼并困料，加入磷酸二氢铝进行二次混炼，然后经过压制成型、烘干并烧制成砖。优点是：以冶炼铬渣为原料生产铬刚玉，成本低廉，解决了铬渣排放问题，实现了资源再利用，工艺合理，以此为主要原料生产的铬刚玉砖，应用范围广，使用寿命长，产品档次高，适合工业化生产。

Description

一种利用冶炼铬渣生产大型铜冶炼窑炉衬砖的方法
技术领域
本发明涉及一种利用冶炼铬渣生产大型铜冶炼窑炉衬砖的方法。
背景技术
随着国家对环境的重视，人们对三废的排放要求更加严格。企业对所排放的固体废弃物经处理、回收再利用，不仅能够带来巨大的经济效益，更符合友好环境生产。
铬刚玉耐火材料产品适用于有色冶炼窑炉，特别是适合铜冶金大型窑炉内衬使用。目前，铬刚玉制品的生产方法只有两种，一是用棕刚玉、冶炼铬渣与铬矿直接烧成方法；第二种是用电熔镁铬砂再结合方法。
铝热法生产金属铬产生大量的固体废弃物冶炼铬渣，冶炼铬渣含有Al2O3和Cr2O3的固熔体，其中Al2O3+Cr2O3质量百分含量一般大于95％，其中，含有质量百分比8％～16％的氧化铬以及少量的Na2CrO4、CaO、Fe2O3、Na2O、K2O和SiO2杂质，Na2CrO4是可溶性铬盐，含有的Cr(VI)是国家禁排的一类危险废物。
发明内容
本发明提供了一种利用冶炼铬渣生产大型铜冶炼窑炉衬砖的方法，以冶炼铬渣为原料生产铬刚玉材料，成本低廉，解决了铬渣排放问题，实现了资源再利用，工艺合理；生产的铬刚玉砖，应用范围广，使用寿命长，产品档次高，适合工业化生产。
本发明的技术方案是：
一种利用冶炼铬渣生产大型铜冶炼窑炉衬砖的方法，其具体步骤如下：
a.原材料及加工
取冶炼铬渣块料，将冶炼铬渣块料进行破碎至粒度为10mm以下；取还原剂石油焦进行破碎至粒度为10mm以下；
b.混合均化
将破碎后的冶炼铬渣和破粹后的石油焦按照质量比100:1～100:3混合均匀，送到干燥窑中烘干至水分≤0.5％，得到混合干料；
c.高温冶炼
将混合干料加入到三相电弧炉中冶炼，温度控制在2000℃～2200℃，冶炼时间控制在8h～12h，高温冶炼后，冶炼铬渣中的金属铬、中间价态氧化铬被石油焦还原为碳化铬沉降至电弧炉炉缸底部，冶炼铬渣中的Al2O3、Cr2O3经高温熔炼成铬刚玉相在电弧炉炉缸上部，降温冷却固化；
d.铬刚玉材料加工
将炉缸上部的铬刚玉相进行拣选，去除渣皮和带有气孔的疏松料后，得到铬刚玉料，进行破碎、粉磨，得到粒度为0-1mm、1-3mm、3-5mm的铬刚玉颗粒料和细度为180～200目的铬刚玉粉；
e.配料
按重量百分比含量计，进行配料；
骨料：粒度为0-1mm铬刚玉颗粒料11％～14％，粒度为1-3mm铬刚玉颗粒料24％～27％，粒度为3-5mm铬刚玉颗粒料28％～32％；
基质：180目～200目的铬刚玉粉8％～12％，200目的铬矿粉12％～20％，325目的脱硅锆粉3％～5％，2μm～5μm的活性氧化铝粉0.5％～3％，500目的氧化钛粉0.5％～2％；
f.混料及困料
将步骤e配制的骨料与磷酸混合，磷酸的加入量占骨料和基质总质量的3％～4.5％，混炼5分钟～8分钟，加入骤e配制的基质，再混炼10分钟～20分钟，得到混合料，困料50小时～70小时；
g.成型
将困料后的混合料加入磷酸二氢铝进行二次混炼，磷酸二氢铝的加入量占骨料和基质总质量的1％～2％，二次混炼时间为15分钟～20分钟，压制成型，在80℃～100℃烘干48小时～72小时；
h.高温烧成
烘干后的砖坯在1650℃～1750℃烧制10小时～20小时，得到冶炼窑炉衬砖。
所述冶炼铬渣中Al2O3的质量含量为70％～84％、Cr2O3的质量含量为8％～16％、Na2O的质量含量为1.5％～3％、CaO的质量含量为0.6％～1.1％。
所述石油焦中含C的质量含量为98％～99％，灰分质量含量≤0.5％。
所述铬刚玉相中Al2O3质量含量≥87.5％，Cr2O3质量含量≥7.5％。
所述脱硅锆粉中ZrO2质量含量≥98.0％。
所述活性氧化铝粉中，α-Al2O3相质量含量≥90％，Al2O3质量含量≥99.0％。
所述氧化钛粉质量含量≥99.5％。
所述磷酸质量浓度≥65.0％，磷酸二氢铝中氧化铝质量含量在6.5％～8.0％。
所述铬矿粉中的Cr2O3质量含量≥54.0％，Al2O3质量含量≥11.0％。
本发明的有益效果：
(1)、冶炼铬渣中含有Cr2O3，以铬渣为原料生产铬刚玉，成本低廉，解决了铬渣排放问题，实现了资源再利用；
(2)、采用电熔法生产铬刚玉，首先，用石油焦还原冶炼铬渣，可以使铬渣中的氧化铝经高温形成铬刚玉相，铬渣中的中间价态氧化铬被还原剂还原成碳化铬，与铬渣中的金属铬同时沉降，铬刚玉与之分离；工艺简单合理，制得的冶炼窑炉衬砖，具有良好的结合强度、耐磨性以及抗侵蚀能力，其化学成分和理化指标如表1所示：
具体实施方式
实施例1
a.原材料及加工
取Al2O3含量为70wt％、Cr2O3含量为16wt％、Na2O含量为1.5wt％、CaO含量为1.1wt％的冶炼铬渣块料，将铬渣块料进行破碎至粒度为10mm以下；
取C的含量为99wt％的石油焦，灰分≤0.5wt％，粉碎至粒度为10mm以下；
b.混合均化
取破碎至10mm以下的冶炼铬渣料18吨，与破碎至10mm以下的石油焦360kg混合均化，送到干燥窑中烘干至水分≤0.5wt％，得到混合干料；
c.高温冶炼
将4000KVA三相电弧炉开启冷却水，送电升温，将冶炼用混合干料加入电弧炉中，将三相石墨电极用混合干料埋弧冶炼至熔融状态，熔炼温度控制在2000℃～2200℃，冶炼时间控制在8h，高温冶炼后，铬渣中的氧化铝经高温形成铬刚玉相在电弧炉炉缸上部，铬渣中的金属铬与中间价态的氧化铬被石油焦还原为碳化铬沉降至电弧炉炉缸底部；经检验，铬刚玉料中Cr2O3质量百分比8.8wt％，Al2O3质量百分比87.9wt％；
d.铬刚玉材料加工
将炉缸上部的铬刚玉材料进行拣选，致密部分与含气孔料分开，去除渣皮，纯净的致密料进行破碎、筛分、粉磨，得到粒度为0-1mm、1-3mm、3-5mm的铬刚玉颗粒料和细度为180～200目的铬刚玉粉；
e.配料
按重量百分比含量计，进行配料；
骨料：将破碎后粒度为0-1mm铬刚玉颗粒料添加130kg，1-3mm铬刚玉颗粒料添加270kg，3-5mm铬刚玉颗粒料添加300kg；
基质：铬刚玉粉180～200目120kg，200目的铬矿粉(Cr2O3含量≥54.0wt％，Al2O3含量≥11.0wt％)100kg，325目的脱硅锆粉(ZrO2含量≥98.0wt％)30kg，2μm～5μm的活性氧化铝粉(α-Al2O3含量≥90wt％，Al2O3含量≥99.0wt％)30kg，500目的氧化钛粉(纯度≥99.5％)20kg；
采用磷酸(浓度为65.0wt％)及磷酸二氢铝(氧化铝含量7.0wt％)为结合剂；
f.混料及困料
将步骤e配制的骨料加入30kg磷酸混合，混炼5分钟，加入骤e配制的基质，再混炼20分钟，得到混合料，困料50小时；
g.成型
将困料后的混合料加入10kg磷酸二氢铝进行二次混炼，二次混炼时间为15分钟，压制成型，烘干；烘干温度80℃～100℃，烘干时间60小时；
h.高温烧成
烘干后的砖坯在1650℃～1670℃烧制，最高温度保温时间10小时。
实施例2
a.原材料及加工
取Al2O3含量为84wt％、Cr2O3含量为8wt％、Na2O含量为3wt％、CaO含量为0.6wt％的冶炼铬渣块料，将铬渣块料进行粉碎至粒度为10mm以下；
取C的含量为98wt％的石油焦，灰分≤0.5wt％，粉碎至粒度为10mm以下；
b.混合均化
取破碎至10mm以下的铝铬渣料18吨，与破碎至10mm以下的石油焦180kg混合均化，送到干燥窑中烘干至水分≤0.5wt％，得到混合干料；
c.高温冶炼
将混合干料加入到三相电弧炉中冶炼，温度控制为2000℃～2200℃，冶炼时间控制在8h，高温冶炼后，冶炼铬渣中的氧化铝、氧化铬经高温熔炼成铬刚玉相在电弧炉炉缸上部，冶炼铬渣中的金属铬、中间价态氧化铬被石油焦还原为碳化铬沉降至电弧炉炉缸底部；在降温冷却使上述两种物质固化并分离；经检验，铬刚玉中氧化铝含量88.4wt％，氧化铬含量8.3wt％；d.铬刚玉材料加工
将炉缸上部的铬刚玉材料进行拣选，致密部分与疏松部分分开，去除渣皮，纯净的致密料进行破碎、筛分、粉磨；得到粒度为0-1mm、1-3mm、3-5mm的铬刚玉颗粒料和细度为180～200目的铬刚玉粉；
e.配料
按重量百分比含量计，进行配料；
骨料：将破碎后粒度为0-1mm铬刚玉颗粒料添加110kg，1-3mm铬刚玉颗粒料添加260kg，3-5mm铬刚玉颗粒料添加290kg；
基质：铬刚玉粉180～200目80kg，200目的铬矿粉(Cr2O3含量≥54.0wt％，Al2O3含量≥11.0wt％)200kg，325目的脱硅锆粉(ZrO2含量≥98.0wt％)50kg，2μm～5μm的活性氧化铝粉(α-Al2O3含量≥90wt％，Al2O3含量≥99.0wt％)5kg，500目的氧化钛粉(纯度≥99.5％)5kg；
采用磷酸(浓度为65.0wt％)及磷酸二氢铝(氧化铝含在8.0wt％))为结合剂；
f.混料及困料
将步骤e配制的骨料加入45kg磷酸混合，混炼8分钟，加入骤e配制的基质，再混炼10分钟，得到混合料，困料70小时；
g.成型
将困料后的混合料加入20kg磷酸二氢铝进行二次混炼，二次混炼时间为20分钟，压制成型，烘干；烘干温度80℃～100℃，烘干时间72小时；
h.高温烧成
烘干后的砖坯在1680℃～1700℃区间烧制，保温时间20小时。
实施例3
a.原材料及加工
取Al2O3含量为75wt％、Cr2O3含量为12wt％、Na2O含量为2wt％、CaO含量为0.8wt％的冶炼铬渣块料，将铬渣块料进行破碎至粒度为10mm以下；
取C含量为98wt％的石油焦，灰分≤0.5wt％，破碎至粒度为10mm以下；
b.混合均化
取破碎至10mm以下的铝铬渣料18吨，与破碎至10mm以下的石油焦540kg混合均化，送到干燥窑中烘干至水分≤0.5wt％，得到混合干料；
c.高温冶炼
将混合干料加入到三相电弧炉中冶炼，温度控制为2000℃～2200℃，冶炼时间控制在10h，高温冶炼后，冶炼铬渣中的氧化铝、氧化铬经高温熔炼成铬刚玉相在电弧炉炉缸上部，冶炼铬渣中的金属铬、中间价态氧化铬被石油焦还原为碳化铬沉降至电弧炉炉缸底部；在降温冷却使上述两种物质固化并分离；经检验，铬刚玉中氧化铝含量89.4wt％，氧化铬含量7.8wt％；
d.铬刚玉材料加工
将炉缸上部的铬刚玉材料进行拣选，致密部分与疏松部分分开，去除渣皮，纯净的致密料进行破碎、筛分、粉磨；得到粒度为0-1mm、1-3mm、3-5mm的铬刚玉颗粒料和细度为180～200目的铬刚玉粉；
e.配料
按重量百分比含量计，进行配料；
骨料：将破碎后粒度为0-1mm铬刚玉颗粒料添加140kg，1-3mm铬刚玉颗粒料添加240kg，3-5mm铬刚玉颗粒料添加320kg；
基质：铬刚玉180～200目90kg，添加200目的铬矿粉(Cr2O3含量≥54.0wt％，Al2O3含量≥11.0wt％)135kg，325目的脱硅锆粉(ZrO2含量≥98.0wt％)40kg，2μm～5μm的活性氧化铝粉(α-Al2O3质量含量≥90％，Al2O3质量含量≥99.0％)20kg，500目的氧化钛粉(纯度≥99.5％)15kg；
采用磷酸(浓度为65.0wt％)及磷酸二氢铝(氧化铝含量6.5wt％)为结合剂；
f.混料及困料
将步骤e配制的骨料加入40kg磷酸混合，混炼6分钟，加入骤e配制的基质，再混炼15分钟，得到混合料，困料60小时；
g.成型
将困料后的混合料加入15kg磷酸二氢铝进行二次混炼，二次混炼时间为18分钟，压制成型，烘干；烘干温度80℃～100℃，烘干时间48小时；
h.高温烧成
烘干后的砖坯在1680℃～1700℃区间烧制，保温时间12小时。
表1本发明实施例1～实施例2理化检测结果(单位：wt％)
以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用冶炼铬渣生产大型铜冶炼窑炉衬砖的方法，其特征是：
具体步骤如下：
a.原材料及加工
取冶炼铬渣块料，将冶炼铬渣块料进行破碎至粒度为10mm以下；取还原剂石油焦进行破碎至粒度为10mm以下；
b.混合均化
将破碎后的冶炼铬渣和破粹后的石油焦按照质量比100:1～100:3混合均匀，送到干燥窑中烘干至水分≤0.5％，得到混合干料；
c.高温冶炼
将混合干料加入到三相电弧炉中冶炼，温度控制在2000℃～2200℃，冶炼时间控制在8h～12h，高温冶炼后，冶炼铬渣中的金属铬、中间价态氧化铬被石油焦还原为碳化铬沉降至电弧炉炉缸底部，冶炼铬渣中的Al2O3、Cr2O3经高温熔炼成铬刚玉相在电弧炉炉缸上部，降温冷却固化；
d.铬刚玉材料加工
将炉缸上部的铬刚玉相进行拣选，去除渣皮和带有气孔的疏松料后，得到铬刚玉料，进行破碎、粉磨，得到粒度为0-1mm、1-3mm、3-5mm的铬刚玉颗粒料和细度为180～200目的铬刚玉粉；
e.配料
按重量百分比含量计，进行配料；
骨料：粒度为0-1mm铬刚玉颗粒料11％～14％，粒度为1-3mm铬刚玉颗粒料24％～27％，粒度为3-5mm铬刚玉颗粒料28％～32％；
基质：180目～200目的铬刚玉粉8％～12％，200目的铬矿粉12％～20％，325目的脱硅锆粉3％～5％，2μm～5μm的活性氧化铝粉0.5％～3％，500目的氧化钛粉0.5％～2％；
f.混料及困料
将步骤e配制的骨料与磷酸混合，磷酸的加入量占骨料和基质总质量的3％～4.5％，混炼5分钟～8分钟，加入步骤e配制的基质，再混炼10分钟～20分钟，得到混合料，困料50小时～70小时；
g.成型
将困料后的混合料加入磷酸二氢铝进行二次混炼，磷酸二氢铝的加入量占骨料和基质总质量的1％～2％，二次混炼时间为15分钟～20分钟，压制成型，在80℃～100℃烘干48小时～72小时；
h.高温烧成
烘干后的砖坯在1650℃～1750℃烧制10小时～20小时，得到冶炼窑炉衬砖。
2.根据权利要求1所述的利用冶炼铬渣生产大型铜冶炼窑炉衬砖的方法，其特征是：所述冶炼铬渣中Al2O3的质量含量为70％～84％、Cr2O3的质量含量为8％～16％、Na2O的质量含量为1.5％～3％、CaO的质量含量为0.6％～1.1％。
3.根据权利要求1所述的利用冶炼铬渣生产大型铜冶炼窑炉衬砖的方法，其特征是：所述石油焦中含C的质量含量为98％～99％，灰分质量含量≤0.5％。
4.根据权利要求1所述的利用冶炼铬渣生产大型铜冶炼窑炉衬砖的方法，其特征是：所述铬刚玉相中Al2O3质量含量≥87.5％，Cr2O3质量含量≥7.5％。
5.根据权利要求1所述的利用冶炼铬渣生产大型铜冶炼窑炉衬砖的方法，其特征是：所述脱硅锆粉中ZrO2质量含量≥98.0％。
6.根据权利要求1所述的利用冶炼铬渣生产大型铜冶炼窑炉衬砖的方法，其特征是：所述活性氧化铝粉中，α-Al2O3相质量含量≥90％，Al2O3质量含量≥99.0％。
7.根据权利要求1所述的利用冶炼铬渣生产大型铜冶炼窑炉衬砖的方法，其特征是：所述氧化钛粉质量含量≥99.5％。
8.根据权利要求1所述的利用冶炼铬渣生产大型铜冶炼窑炉衬砖的方法，其特征是：所述磷酸质量浓度≥65.0％，磷酸二氢铝中氧化铝质量含量在6.5％～8.0％。
9.根据权利要求1所述的利用冶炼铬渣生产大型铜冶炼窑炉衬砖的方法，其特征是：所述铬矿粉中的Cr2O3质量含量≥54.0％，Al2O3质量含量≥11.0％。
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