CN103274436B - 使用铝灰低温冶炼生产棕刚玉的方法 - Google Patents

Abstract

使用铝灰低温冶炼生产棕刚玉的方法，先将铝灰加入到热水中然后送入与外界相通的塑料容器内反应一段时间，再将塑料容器内的热水排出，并加入与排出水量等重的热水后静置一段时间，然后将铝灰分离出来后用水漂洗，再使用真空过滤机过滤并将得到的铝灰烘干即可，向烘干的铝灰中加入铁屑在温度为1700-1800℃的条件下冶炼即制得产品。本发明将铝灰先采用一定方法处理后，去除了杂质，提高了氧化铝的含量，不仅实现了低温冶炼，产品中氧化铝的含量高达96.5%，大大提高了产品的硬度和耐磨性，而且也未引入碳源，产品中碳含量也大大降低，提高了耐高温性能。

Description

使用铝灰低温冶炼生产棕刚玉的方法

技术领域

本发明涉及到刚玉材料的生产领域，具体的说是使用铝灰低温冶炼生产棕刚玉的方法。

背景技术

棕刚玉是以铝矾土、焦碳（无烟煤）为主要原料，在电弧炉内经高温冶炼而成，用它制成的磨具，适于磨削抗张较高的金属，如各种通用钢材、可锻铸铁、硬青铜等，也可制造高级耐火材料。

棕刚玉是由α-氧化铝晶粒构成的，被少量的玻璃状熔渣粘在一起，玻璃状熔渣绝大部分由二氧化硅、二氧化钛组成，α-氧化铝影响棕刚玉材料的硬度和熔点，玻璃状熔渣赋予棕刚玉韧性和抗破碎性。由于玻璃状熔渣在α-氧化铝中具有较低的溶解度，若二氧化硅过多，则会与氧化铝生成莫来石，降低棕刚玉的韧性；若二氧化钛过多，则会与氧化铝生成钛酸铝，造成α-氧化铝晶粒间出现裂纹，降低棕刚玉的强度。

铝灰是电解铝或铸造铝生产工艺中产生的熔渣经冷却加工后的产物，其主要成分为金属铝、三氧化二铝、二氧化硅、氧化钙、氧化镁和氧化铁等。

由于铝灰中含有氧化铝，因此可以替代铝矾土用来制备棕刚玉，现有技术也有相关的论文发表和专利公开，但是由于其中含杂质特别是二氧化硅和氧化铁，因此需要使用大量的铁屑和碳粒来去除这两种杂质，导致最终生产的棕刚玉中碳、硅和铁的含量较高，氧化铝的含量较低，进而导致产品的强度、硬度和耐磨性能均较差。同时，由于铝灰中本身含有游离碳，这部分游离碳在冶炼过程中不会产生还原作用，仍然以游离碳的形式存留在棕刚玉中。当棕刚玉用于耐火材料中时，高温环境下这部分的游离碳氧化成气体排出，使得耐火材料出现起泡现象，极大地降低了耐高温性能和使用寿命。

发明内容

为了解决现有技术使用铝灰生产的棕刚玉中杂质含量高、氧化铝含量低导致的性能较差问题，本发明提供了一种使用铝灰低温冶炼生产棕刚玉的方法。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：使用铝灰低温冶炼生产棕刚玉的方法，采用处理过的铝灰与铁屑混合后冶炼即制得棕刚玉，所述冶炼的温度为1700-1800℃，所述处理过的铝灰为电解铝产生的铝灰经过下述步骤处理后的产物：

1）按重量比，将1份细度为150目以下的铝灰放入2-5份90-100℃的热水中并迅速转移至与外界相通的容器内放置6-10h，备用；

2）将容器内的水排出，并加入与排出水量等重的90-100℃热水浸泡2-14h，浸泡期间保持水温为90-100℃，备用；

3）将步骤2）中的铝灰分离出来后用水漂洗，再使用真空过滤机过滤并将得到的铝灰烘干即可；

所述铁屑的加入量为处理过的铝灰重量的0.5-4%。

所述漂洗时水流的速度为3-6m/min。

所述真空过滤机过滤后的铝灰在80-110℃的条件下烘干至含水率低于20%。

本发明中，铝灰加入到水中，由于其中含有的氧化钙与水反应放出热量，使得温度保持在100℃左右，在此环境下，使铝灰中含有的微量金属铝氧化成氧化铝，使铝灰中含有的氨气溶于水中除去，氧化钙与水生成的氢氧化钙与氧化硅反应生成硅酸钙附着在氢氧化钙表面，结合后体积变大、密度变小，然后可以通过漂洗去除，这样就减少了氧化硅和氧化钙的含量，这样不仅降低了冶炼时的温度（1700-1800℃即可冶炼，远低于常规冶炼时的2000℃要求），冶炼时间也相应减少（大约6-8h即可），降低了能耗，而且，由于减少了杂质氧化硅的含量，使得最终生产的棕刚玉韧性增加；

同时，在上述温度条件下放置一段时间之后，才能使铝灰中含有的游离碳借助于氨气散发的通道从铝灰内部逸出并沾附在铝灰的表面，随铝灰被真空过滤机过滤出来后，成为冶炼过程的还原剂，不仅在冶炼过程中不用加入碳，而且也降低了杂质碳含量，防止游离碳在高温条件下氧化成气体导致的起泡现象；适当延长放置时间和在放置时加入搅拌操作可以使游离碳的逸出更加彻底；

由于降低了原料铝灰中氧化硅的含量，使得冶炼时加入的铁屑量也相对减少，从而使产品棕刚玉中存留的铁量降低，提高了棕刚玉的强度。

本发明中，经过真空过滤机过滤后的铝灰需要烘干，以便于铝灰在冶炼时充分分散而不团聚，使其表面的游离碳充分参与反应，同时也使产品棕刚玉中氧化铝的分布更均匀。

本发明中，漂洗时的水流不宜过快，以防止大量游离碳被冲走，实验证明，水流的速度以3-6m/min为宜。

有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、由于采用上述方法对铝灰进行处理后再使用，去除了铝灰中的氨，防止设备的腐蚀，并使铝灰内部的游离碳转移并附着到铝灰表面作为还原剂参与反应，避免了外来碳源的引入，同时也使得产品中氧化铝的含量提高到96.5%、含硅0.95%、含铁0.03%、含钛1.65%，而对比例采用未经本发明处理的铝灰制得的棕刚玉中氧化铝的含量为94.53%、含硅1.49%、含铁0.14%、含钛2.42%，两者相对比，杂质硅含量降低了36%，大大提高了棕刚玉的韧性，杂质铁含量降低了78.6%，杂质钛含量降低了31.8%，大大提高了棕刚玉的耐磨性、强度和硬度；

2、由于铝灰中杂质特别是氧化硅和氧化钙含量的减少，使得冶炼时的温度降低至1700-1800℃，冶炼时间也相应减少（大约6-8h即可），降低了能耗；

3、由于采用上述方法降低了铝灰中的杂质含量，降低了铁屑的消耗，而且不消耗额外的碳，不仅减少了原材料的消耗，而且降低了成品中铁和碳的含量，防止由于碳含量高造成的高温下起泡现象，提高了产品的耐高温性能，检测后发现，使用本发明方法处理过的铝灰合成的棕刚玉中C含量为0.13%，而对比例使用未经本发明方法处理过的铝灰合成的棕刚玉中C含量为0.53%，碳含量降低了75.5%。

附图说明

图1为使用本发明合成的棕刚玉的主要成分检测表；

图2为对比例合成的棕刚玉的主要成分检测表。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述。

下述实施例中采用的铝灰为电解铝厂的废弃物，并经过了分离金属铝的操作，所述的冶炼采用常规的电弧炉进行冶炼。

实施例1

使用铝灰低温冶炼生产棕刚玉的方法，包括以下步骤：

1）铝灰的预处理

按重量比，将1份细度为150目以下的铝灰放入2份90℃的热水中并迅速转移至与外界相通的容器内放置6h，备用；

将容器内的水排出，并加入与排出水量等重的90℃热水浸泡14h，浸泡期间保持水温为90℃并搅拌使水中的铝灰不沉积，备用；

将上步中的铝灰分离出来后用水漂洗，漂洗时水流速度为3m/min，再使用真空过滤机过滤并将得到的铝灰在80℃的条件下烘干至含水率低于20%即完成对铝灰的预处理；

2）冶炼

将预处理过的铝灰中加入铝灰重量0.5%的铁屑，然后在温度为1700℃的条件下冶炼即制得产品。

实施例2

使用铝灰低温冶炼生产棕刚玉的方法，包括以下步骤：

1）铝灰的预处理

按重量比，将1份细度为150目以下的铝灰放入5份100℃的热水中并迅速转移至与外界相通的容器内放置10h，备用；

将容器内的水排出，并加入与排出水量等重的100℃热水浸泡2h，浸泡期间保持水温为100℃，备用；

将上步中的铝灰分离出来后用水漂洗，漂洗时水流速度为6m/min，再使用真空过滤机过滤并将得到的铝灰在110℃的条件下烘干至含水率低于20%即完成对铝灰的预处理；

2）冶炼

将预处理过的铝灰中加入铝灰重量4%的铁屑，然后在温度为1800℃的条件下冶炼即制得产品。

实施例3

使用铝灰低温冶炼生产棕刚玉的方法，包括以下步骤：

1）铝灰的预处理

按重量比，将1份细度为150目以下的铝灰放入3.5份95℃的热水中并迅速转移至与外界相通的容器内放置8h，备用；

将容器内的水排出，并加入与排出水量等重的95℃热水浸泡8h，浸泡期间保持水温为95℃，备用；

将上步中的铝灰分离出来后用水漂洗，漂洗时水流速度为4.5m/min，再使用真空过滤机过滤并将得到的铝灰在95℃的条件下烘干至含水率低于20%即完成对铝灰的预处理；

2）冶炼

将预处理过的铝灰中加入铝灰重量2%的铁屑，然后在温度为1750℃的条件下冶炼即制得产品。

对比例

    将铝灰用水清洗后烘干，然后采用常规方法进行冶炼棕刚玉，即加入碳粉和铁屑在电弧炉中冶炼。

Claims (2)

1.使用铝灰低温冶炼生产棕刚玉的方法，采用处理过的铝灰与铁屑混合后冶炼即制得棕刚玉，其特征在于：所述冶炼的温度为1700-1800℃，所述处理过的铝灰为电解铝产生的铝灰经过下述步骤处理后的产物：

1）按重量比，将1份细度为150目以下的铝灰放入2-5份90-100℃的热水中并迅速转移至与外界相通的容器内放置6-10h，备用；

2）将容器内的水排出，并加入与排出水量等重的90-100℃热水浸泡2-14h，浸泡期间保持水温为90-100℃，备用；

其中，在热水浸泡期间保持搅拌以确保铝灰在热水中不沉积；

3）将步骤2）中的铝灰分离出来后用水漂洗，漂洗时水流的速度为3-6m/min，再使用真空过滤机过滤并将得到的铝灰烘干即可；

所述铁屑的加入量为处理过的铝灰重量的0.5-4%。

2.根据权利要求1所述的使用铝灰低温冶炼生产棕刚玉的方法，其特征在于：所述真空过滤机过滤后的铝灰在80-110℃的条件下烘干至含水率低于20%。