CN102875173B - 锆刚玉砖磨砖粉的提纯方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对锆刚玉耐火砖切磨加工时产生的细粉进行提纯的方法，使磨砖粉中的ZrO₂、Al₂O₃等成分得到二次综合利用，用于生产熔铸锆刚玉砖、锆刚玉质保温材料、锆刚玉质磨料。

Description

锆刚玉砖磨砖粉的提纯方法

技术领域

本发明涉及资源综合利用工业固体废物的处理技术，所得到的产品是熔铸锆刚玉耐火砖、锆刚玉质保温材料、锆刚玉质耐磨材料。

背景技术

熔铸锆刚玉耐火砖在浇铸成型后，其毛坯尺寸及表面光洁度达不到技术要求，必须对其进行冷加工，通过切、磨、钻等机械加工手段，得到符合技术要求的产品。在加工过程中，砖材会被切磨下来细粉，这部分细粉被称为磨砖粉，初始形态为泥浆状，经过晾晒变成干粉。这种磨砖粉的主要成分同砖材的成分基本一致，但其中含有少量金属及碳等杂质成分。由于杂质成分降低了其耐火性能，其用途受到限制，目前在生产锆质捣打料时会填加少量这种磨砖粉，产品附加值不高。

本发明是将这种磨砖粉在电弧炉中还原冶炼，将SiO₂、K₂O、Na₂O等成分从炉内挥发出来，将Fe₂O₃、TiO₂等金属氧化物还原成单质，沉降到炉底，得到较纯净的电熔锆刚玉料，然后利用这种电熔锆刚玉料生产熔铸锆刚玉砖。

发明内容

本发明的目的在于对磨砖粉这种工业固体废物进行提纯净化处理，生产熔铸锆刚玉砖、保温耐火材料、研磨材料。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方法：

第一步：将晾晒后的磨砖粉与碳还原剂混合，还原剂一般选用石油焦、石墨碎。碳还原剂与锆刚玉砖磨砖粉中SiO₂的摩尔比在0.5以上。

第二步：电弧炉高温熔融还原冶炼提纯：

将第一步得到的混合料加入到电弧炉中，进行高温熔融冶炼。电弧炉二次电压120V-220V、二次电流1000A-30000A；冶炼周期50-120分钟；冶炼过程依据炉内还原反应的程度进行补碳。炉料中的SiO₂被还原成SiO，从炉中挥发出来；炉料中的Fe₂O₃、TiO₂等金属氧化物被还原成金属单质，并与其它金属一起沉降在炉底；炉料中的Na₂O、K₂O等碱金属氧化物在电弧的高温作用下，从炉中挥发出来。当一个熔化周期结束时，炉内上层熔液成分已符合提纯要求，Na₂O≤0.3%，K₂O≤0.1%，Fe₂O₃≤0.2%，TiO₂≤0.1%。

第三步：出炉：

a.压缩空气吹球：

在炉嘴的下方安装一个压缩空气吹嘴，倾动炉体，当熔液流出炉嘴时，在压缩空气的作用下，熔液被吹成空心球，压缩空气压力为：0.5-1.5MPa，此时得到电熔锆刚玉质空心球。

b.压缩空气与高压水混合吹球：

在炉嘴的下方安装两个吹嘴，上边喷吹高压水，水压0.5MPa，下边喷吹压缩空气，压缩空气压力为：0.5-1.0MPa，倾动炉体，当熔液流出炉嘴吹出来的球实心球占多数，还有少部分空心球。

c.铸块水冷:

在第二步提纯过程中，提纯的结果控制SiO₂≤3%。倾动炉体，将熔液浇铸在耐火材料容器中，然后去掉耐火材料，用水冷却这个铸块，使其炸裂。

第四步：提纯后产品的应用：

a.对上述过程得到的电熔锆刚玉质料，其中不成形球的部分、破碎筛分下来的料等进行化学成分分析，并根据熔铸锆刚玉产品的化学成分的标准，进行化学成分调配，添加数量不足的组分，使配合料的化学成分达到：ZrO₂：33%-41%；Al₂O₃：44%-50%；SiO₂：12%-16%；Na₂O≤1.5%，得到生产熔铸锆刚玉砖的配合料。

将配合料加入电弧炉中熔化，经浇铸成型、保温退火等过程得到熔铸锆刚玉耐火砖。

b.将得到的空心球进行分选，筛分，选出球形完整的不同粒度的球体，可用作锆刚玉质耐火保温材料。

c.将得到的实心球进行分选，筛分，选出球形完整的不同粒度的球体，可用作锆刚玉质研磨材料。

d.将铸块法得到的料块经破碎、筛分、分级、吹灰等过程，得到的一系列颗粒料，可用作锆刚玉质研磨材料。

具体实施方式：

实施例一：

1. 将晾晒后的磨砖粉进行化学分析，分析结果：

ZrO₂：30%；SiO₂：20%；Al₂O₃：44%；Na₂O：4%。

2. 将磨砖粉与碳还原剂混合，还原剂一般选用石墨碎，100kg锆刚玉砖磨砖粉加入8kg碳还原剂。

3. 将混合料加入电弧炉中进行熔化冶炼。

熔化冶炼电工参数：二次电压为150V-170V，二次电流为10000A-12000A，冶炼周期为60-80分钟。冶炼过程中用沾钎法检测炉内熔液还原反应的程度，视炉内情况向炉内补入碳还原剂。

4. 当冶炼周期结束时，开启压缩空气，倾动炉体，将从炉嘴流出的熔体吹成空心球，吹球压缩空气压力为0.5-0.8MPa。

5. 空心球的化学成份：

将得到的空心球进行化学分析，结果如下：

ZrO₂：40%；SiO₂：8%；Al₂O₃：51%；Na₂O：0.2%。

6. 对空心球进行分选，球形好的部分用于耐火保温材料。分选剩下来的部分进行化学成分调配，添加少量工业氧化铝、精石英砂、纯碱，比例：1000kg配合料中含：800kg空心球，80kg工业氧化铝，90kg精石英砂，30kg纯碱，使配合料的化学成分达到：ZrO₂：33%；SiO₂：16%；Na₂O：1.5%。

7. 将混合料加入到电弧炉中进行熔化，控制二次电压为370V；电流5000A，熔化时间为100分钟。

8. 将熔化好的熔液浇铸到预先组合好的模型中，模型采用石英砂板制成。

9. 浇铸之前，将模型埋入保温介质中，保温介质选用膨胀蛭石粉，保温层厚度≥250㎜。浇铸后的制品自然停留10天，使制品实现保温退火。

10. 待保温退火的制品降到60℃以下，可将制品取出，进行表面清理，经检验合格后，按用户要求切磨加工以及组装等。

11.对于分选出来球形好的空心球进行粒度分级，用于耐火保温材料。

实施例二：

本实施例与实施例一过程基本一致，其主要区别是提纯后的锆刚玉料化学成分有区别，生产出来的产品用途不同，工艺控制略作调整。

1. 将晾晒后的磨砖粉进行化学分析，分析结果：

ZrO₂：36%；SiO₂：18%；Al₂O₃：43%；Na₂O：3%。

2. 将磨砖粉与碳还原剂混合，还原剂一般选用石墨碎，100kg锆刚玉砖磨砖粉加入12kg碳还原剂。

3. 将混合料加入电弧炉中进行熔化冶炼。

熔化冶炼电工参数：二次电压为140V-160V，二次电流为9000A-12000A，冶炼周期为60-80分钟。冶炼过程中用沾钎法检测炉内熔液还原反应的程度，视炉内情况向炉内补入碳还原剂。

4.在炉嘴的下方安装两个吹嘴，上边的是喷吹高压水的吹嘴，下边的是喷吹压缩空气的吹嘴。当冶炼周期结束时，开启压缩空气及高压水的阀门，倾动炉体，将从炉嘴流出的熔体吹成实心球、空心球，压缩空气压力为0.5-1.0MPa，高压水的压力0.6MPa。

5.球体化学成分：

将得到的球进行化学分析，结果如下：

ZrO₂：48%；SiO₂：3%；Al₂O₃：51%；Na₂O：0.2%。

6. 将得到的球体进行分选，利用比重法可将空心球与实心球及不成球的部分分开。不成球的部分用于生产熔铸锆刚玉砖（见实施例一）；空心球部分经过粒度分级用于耐火保温材料；实心球部分经过粒度分级用于研磨材料。

实施例三：

实施例三与上述两个实施例的冶炼提纯工艺基本一致，提纯后的方式不是吹球而是铸块。

1.使用高铝质耐火材料板制成耐火容器，然后将熔液浇铸到其中。

2.熔液在耐火容器停留30分钟左右，然后将耐火板脱掉，得到铸块。

3.用水浇铸块，使其炸裂。

4.将炸裂的铸块经颚式破碎机、对辊破碎机等设备破碎成颗粒料。然后对这种颗粒料进行粒度分级，吹灰的处理，用于生产研磨材料。分级下来的用于生产熔铸锆刚玉砖。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种锆刚玉砖磨砖粉的提纯方法，其特征在于：

（1）将晾晒后的锆刚玉砖磨砖粉与碳还原剂混合，碳还原剂与锆刚玉砖磨砖粉中SiO₂的摩尔比在0.5以上；

（2）将第一步得到的混合料加入到电弧炉中，进行高温熔融冶炼，电弧炉二次电压为120V-220V、二次电流为1000A-30000A，冶炼周期为80-120分钟，冶炼过程依据炉内还原反应的程度进行补碳，当一个冶炼周期结束时，炉内上部熔液已符合提纯要求，Na₂O≤0.3%，K₂O≤0.1%，Fe₂O₃≤0.2%，TiO₂≤0.1%；

（3）出炉方式：当一个冶炼周期结束时，倾动炉体，采用二种方式出炉：a.压缩空气与高压水混合吹球：在炉嘴下方布置上下两个吹嘴，上边喷吹高压水，高压水的压力为0.6MPa，下边喷吹压缩空气，压缩空气力为0.5-1.0MPa，这样得到球体为空心球与实心球的混合；b.铸块后水冷却炸裂：在提纯过程中，提纯的结果控制SiO₂≤3%，将熔液浇铸在一个耐火材料容器中，然后去掉耐火材料，用水冷却这个铸块，使其炸裂；

（4）提纯后产品的应用：对上述过程得到的电熔锆刚玉质料，其中不成形球的部分、破碎筛分下来的料进行化学成分分析，并根据熔铸锆刚玉产品的化学成分的标准，进行化学成分调配，添加数量不足的组分，使配合料的化学成分达到：ZrO₂：33%-41%；Al₂O₃：44%-50%；SiO₂：12%-16%；Na₂O≤1.5%，得到生产熔铸锆刚玉砖的配合料。

2.如权利要求1所述的锆刚玉砖磨砖粉的提纯方法，其特征在于：当提纯所得到的配合料达到SiO₂≤3%时，得到的实心球或铸块的破碎料经分选、分级用于磨料。