CN104193373B - 废旧三氧化二铝-碳化硅-碳质耐火材料的再生利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废旧三氧化二铝‑碳化硅‑碳质耐火材料的再生利用方法，包括清除废旧砖、粗破碎清除后的残砖、细破碎颗粒料、颗粒料的筛分与球磨、颗粒料的化学分析、制备改性料、制备颗粒混合料及成型坯料以及高压成型等工序。通过对废旧的Al2O3‑SiC‑C质耐火材料添加刚玉粉(Al2O3)和碳化硅粉(SiC)改性料，使得Al2O3‑SiC‑C质耐火材料主要化学成分未发生改变。本发明提供一种成本较低、生产处理工艺简单的Al2O3‑SiC‑C质耐火材料的再生利用方法。本发明可用于Al2O3‑SiC‑C质废旧耐火材料的回收再利用。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，更进一步涉及耐火材料制备技术领域中的一种废旧三氧化二铝-碳化硅-碳(Al2O3-SiC-C)质耐火材料的再生利用方法。本发明可用于Al2O3-SiC-C质废旧耐火材料的回收再利用。
背景技术
我国钢铁行业产量巨大，钢铁工业每年需要使用的耐火材料数目惊人，同时钢铁工业每年也会产生大量的废旧耐火材料。在我国目前只有很小一部分耐火材料被二次利用，绝大部分废旧耐火材料都作为固体废弃物被掩埋处理，国内大中型高炉及鱼雷罐车普遍采用的Al2O3-SiC-C质耐火材料都被丢弃或掩埋掉，这不仅污染环境，而且浪费了可利用的资源。耐火材料是资源型产品，行业发展依靠的是不可再生的天然型资源，Al2O3-SiC-C质耐火材料是高质量耐火材料，该材料使用后经过合理的再生处理工艺，可得到大量可供耐火材料制备时使用的原料，这样不但提高了耐火材料资源利用率，降低对天然资源的消耗，也可减少废旧耐火材料的存放，降低了对环境的污染。
山西新型炉业集团有限公司拥有的专利技术“利用废旧Al2O3-SiC-C质铁钩料制备塞隆陶瓷材料的方法”(专利号CN200610012953.5，授权公告号CN100357224B)公开了一种利用废旧Al2O3-SiC-C质耐火材料制备塞隆陶瓷的方法。该方法采用废旧Al2O3-SiC-C质铁沟料为主要原料(60％-80％)，添加适量的粘土进行成分补偿(20％-40％)，经过粉碎、混合、干燥、压力成型和加热烧结处理多个步骤，合成赛隆(Sialon)材料。该专利技术存在的不足是：加热烧结处理时需要在氮气条件下进行，加热时需要1450-1650℃的高温，使得制备过程较为复杂。而且，该专利技术得到的赛隆陶瓷合成材料其化学组成与原Al2O3-SiC-C质耐火材料有较大差别，作为赛隆陶瓷材料的合成原料用作耐火材料制品时还需重新加工和制备。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出一种废旧三氧化二铝-碳化硅-碳Al2O3-SiC-C质耐火材料的再生利用方法，用来提供一种成本较低、生产处理工艺简单的Al2O3-SiC-C质耐火材料的再生利用方法，提高废旧耐火材料的利用率，降低对天然资源的消耗，降低了对环境的污染。
本发明利用废旧三氧化二铝-碳化硅-碳Al2O3-SiC-C质耐火材料为主要原料，通过人工和机械的方法对废旧Al2O3-SiC-C质耐火材料去除其变质层、侵蚀层，得到化学组成与使用前材料相近的耐火材料。根据废旧的Al2O3-SiC-C质耐火材料材料的化学组成，添加适量的刚玉粉(Al2O3)和碳化硅粉(SiC)和树脂结合剂，经过高压成型，制备出Al2O3-SiC-C质不烧砖，实现了Al2O3-SiC-C质耐火材料的重复利用。
实现本发明目的的具体步骤包括如下：
(1)清除废旧砖：
(1a)将Al2O3-SiC-C质耐火材料使用后的废旧砖上变质层与侵蚀层剥离，得到废旧砖的残砖；
(1b)清除剥离过程中留在残砖表面和渗透在残砖中的变质层及浸蚀层的粉尘。
(2)粗破碎清除后的残砖：
将清除干净的残砖投入到颚式破碎机和对辊破碎机中进行破碎，破碎后的物料通过皮带输送机输送到振动筛上筛分，选出颗粒粒径在10mm以下的颗粒料，将粒径在10mm以上的物料，由皮带输送机返回到对辊机继续破碎，直至颗粒粒径小于10mm，得到粗破碎后的残砖颗粒料。
(3)细破碎颗粒料：
将粗破碎后的残砖颗粒料送到冲击破碎机中进行细破碎，得到5mm以下的细颗粒，将粒径大于等于5mm以上的颗粒料返回冲击破碎机继续破碎，直至颗粒粒径小于5mm以下，得到细破碎的颗粒料。
(4)颗粒料的筛分与球磨：
(4a)将细破碎的颗粒料通过皮带输送机输送到振动筛上，同时在输送带末端加上磁辊，对颗粒料进行磁选除去铁杂质；
(4b)经过振动筛的筛分后，得到0.1-1mm、1-3mm、3-5mm三种不同粒径的颗粒料；
(4c)选出筛分后三种颗粒料份量中最多的颗粒料，取出该最多颗粒料中多于其余两种颗粒料份量部分的颗粒料D，将剩余的颗粒料S和未选取的两种颗粒料A和B通过输送带输送到配料仓预存；
(4d)将颗粒料D加工成粒径≤0.074mm的细粉。
(5)颗粒料的化学分析：
提取颗粒料A、B、S，测定三种颗粒料A、B、S以及颗粒料D的细粉中，所含的三氧化二铝Al2O3，碳化硅SiC，碳C的化学成分，其中Al2O3的含量用乙二胺四乙酸容量法测定，SiC，C的含量用吸收重量法测定。
(6)制备改性料细粉：
(6a)为了强化再利用Al2O3-SiC-C砖的基质，在颗粒料中加入刚玉细粉和碳化硅细粉，作为废旧Al2O3-SiC-C质耐火材料再生利用的改性料；
(6b)将三种颗粒料A、B、S化学分析后得到的化学成分与生产标准的三氧化二铝Al2O3，碳化硅SiC，碳C化学成分进行对比，由对应化学成分的差额及工艺过程中细粉的用量，推算得出化学纯度98％以上的刚玉粉改性料和纯度在96％以上碳化硅粉改性料的用量；
(6c)将刚玉粉和碳化硅粉两种改性料，通过球磨机球磨制成粒度小于0.074mm的改性料细粉。
(7)制备颗粒混合料及成型坯料：
(7a)将颗粒料D加工成的细粉与改性料细粉混合，得到混合细粉；
(7b)将三种3-5mm粗颗粒料、1-3mm中颗粒料、0.1-1mm细颗粒料A、B、S，按照粗颗粒料:中颗粒料:细颗粒料的比例为2.5:2.5:2进行颗粒级配；
(7c)将级配后的三种不同粒径颗粒料A、B、S与混合细粉按7:3的比例混合，得到颗粒混合料；
(7d)在颗粒混合料外加树脂结合剂，树脂结合剂的加入量为颗粒混合料量的3.5％，通过高速搅拌机搅拌混炼，得到成型坯料。
(8)高压成型：
将搅拌好的成型坯料放入模具中，用630吨及630吨以上的压砖机高压成型，得到用于脱硫铁水包及鱼雷罐的三氧化二铝-碳化硅-碳Al2O3-SiC-C质不烧砖。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
第一，本发明采用人工和机械的方法对废旧三氧化二铝-碳化硅-碳Al2O3-SiC-C质耐火材料进行处理，克服现有技术存在制备过程较为复杂的不足，使得本发明对废旧Al2O3-SiC-C质耐火材料进行处理工艺简单，生产成本低。
第二，本发明通过对废旧的三氧化二铝-碳化硅-碳Al2O3-SiC-C质耐火材料添加刚玉粉(Al2O3)和碳化硅粉(SiC)改性料，克服了现有技术中对废旧Al2O3-SiC-C质耐火材料利用时改变原耐火材料主要化学成分的问题，使得本发明可以得到与原来相同的Al2O3-SiC-C质耐火材料，便于Al2O3-SiC-C质耐火材料的循环利用。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述。
本发明的实施例1的具体步骤如下。
步骤1，清除废旧砖。
通过人工铁锤敲击铲除和金刚石刀具机械切割的方法，对回收60吨使用后的Al2O3-SiC-C质耐火砖去除变质层和侵蚀层，利用压缩空气吹扫清理以及水洗的方法去除原砖层的残砖块表面和渗透里面的有害杂质粉尘，得到54吨较干净的原砖层的残砖块。
步骤2，粗破碎清除后的废旧砖。
将清除干净的残砖投入到颚式破碎机和对辊破碎机中进行破碎，破碎后的物料通过皮带输送机输送到振动筛上筛分，选出颗粒粒径在10mm以下的颗粒料，粒径在10mm以上的物料，由皮带输送机返回到对辊机继续破碎，直至颗粒粒径小于10mm，得到粗破碎后的残砖颗粒料。
步骤3，细破碎颗粒料。
得到的10mm以下的筛下料通过皮带输送机运送到冲击破碎机中进行细破碎，达到除去“假颗粒”的效果，可得到5mm以下的颗粒料,粒径大于等于5mm以上的颗粒料返回冲击破碎机继续破碎，直至颗粒粒径小于5mm以下，得到细破碎的颗粒料。
步骤4，颗粒料的筛分与球磨。
将细破碎的颗粒料通过皮带输送机输送到振动筛上，同时在输送带末端加上磁辊，对颗粒料进行磁选除去铁杂质，筛分后得到三种粒径的颗粒料：0.1-1mm、1-3mm和3-5mm。选出筛分后三种颗粒料份量中最多的颗粒料，取出该最多颗粒料中多于其余两种颗粒料份量部分的颗粒料D，将剩余的颗粒料S和未选取的两种颗粒料A和B通过输送带输送到配料仓预存。筛分后的这三种颗粒分别运送到各自的配料仓中备用，将颗粒料D加工成粒径≤0.074mm的细粉。
步骤5，颗粒料的化学分析。
提取颗粒料A、B、S，测定三种颗粒料A、B、S以及颗粒料D的细粉中，所含的三氧化二铝Al2O3，碳化硅SiC，碳C的化学成分，其中Al2O3的含量用乙二胺四乙酸容量法测定，该测量方法按照冶金行业标准YB/T164-1999进行测定，SiC，C的含量用吸收重量法测定，该测量方法按照冶金行业标准GB/T16555.1进行测定，经过化学分析，颗粒料的主要化学成分Al2O365％，SiC10％，C 7％。
步骤6，计算改性料的加入量。
Al2O3-SiC-C耐火材料生产厂家的产品标准化学成分控制为：Al2O3为70％，SiC为14％，通过与测定的残砖颗粒料化学成分比较，根据对应化学成分相减得到差额，以及高速搅拌机搅拌混炼一次用颗粒混合料总量约为500千克计算，由此化学纯度98％以上Al2O3的刚玉粉和纯度在96％以上碳化硅粉改性料的添加量，刚玉粉用量为85.2千克，SiC粉30千克，二者通过球磨机球磨混合制成粒度小于0.074mm的改性料细粉。
步骤7，制备颗粒混合料及成型坯料。
将颗粒料D加工成的细粉与改性料细粉混合，得到混合细粉，再将三种3-5mm粗颗粒料、1-3mm中颗粒料、0.1-1mm细颗粒料A、B、S，按照粗颗粒料:中颗粒料:细颗粒料的比例为2.5:2.5:2进行颗粒级配，依照高速搅拌机搅拌混炼一次用颗粒混合料总量约为500千克计算其用量,分别为：3-5mm粗颗粒量为125千克，1-3mm中颗粒量为125千克，0.1-1mm细颗粒量为100千克,颗粒料D加工成的细粉占12％，用量为60千克，再向称量好的颗粒混合料外加的17.5千克树脂结合剂，将配料倒入高速搅拌机搅拌混炼，即可得到成型坯料。
步骤8，高压成型。
将搅拌好的成型坯料放入模具中在630吨及630吨以上的压砖机上高压成型，得到用于脱硫铁水包及鱼雷罐的Al2O3-SiC-C质不烧砖。
本发明的实施例2的具体步骤如下。
步骤1，清除废旧砖。
通过人工铁锤敲击铲除和金刚石刀具机械切割的方法，对回收60吨使用后的Al2O3-SiC-C质耐火砖去除变质层和侵蚀层，利用压缩空气吹扫清理以及水洗的方法去除原砖层的残砖块表面和渗透里面的有害杂质粉尘，得到54吨较干净的原砖层的残砖块。
步骤2，粗破碎清除后的废旧砖。
将得到的残砖块投入到颚式破碎机和对辊破碎机生产线，破碎后的物料通过皮带输送机输送到振动筛上筛分，得到10mm以下的筛下料，筛上料皮带输送机返回到对辊机继续破碎。
步骤3，细破碎颗粒料。
得到的10mm以下的筛下料通过皮带输送机运送到冲击破碎机中进行细破碎，达到除去“假颗粒”的效果，可得到5mm以下的颗粒料,粒径大于等于5mm以上的颗粒料返回冲击破碎机继续破碎，直至颗粒粒径小于5mm以下，得到细破碎的颗粒料。
步骤4，颗粒料的筛分与球磨。
将细破碎的颗粒料通过皮带输送机输送到振动筛上，同时在输送带末端加上磁辊，对颗粒料进行磁选除去铁杂质，筛分后得到三种粒径的颗粒料：0.1-1mm、1-3mm和3-5mm。选出筛分后三种颗粒料份量中最多的颗粒料，取出该最多颗粒料中多于其余两种颗粒料份量部分的颗粒料D，将剩余的颗粒料S和未选取的两种颗粒料A和B通过输送带输送到配料仓预存。筛分后的这三种颗粒分别运送到各自的配料仓中备用，将颗粒料D加工成粒径≤0.074mm的细粉。
步骤5，颗粒料的化学分析。
提取颗粒料A、B、S，测定三种颗粒料A、B、S以及颗粒料D的细粉中，所含的三氧化二铝Al2O3，碳化硅SiC，碳C的化学成分，其中Al2O3的含量用乙二胺四乙酸容量法测定，该测量方法按照冶金行业标准YB/T164-1999进行测定，SiC，C的含量用吸收重量法测定，该测量方法按照冶金行业标准GB/T16555.1进行测定，经过化学分析，颗粒料的主要化学成分Al2O366％，SiC11％，C7％。
步骤6，计算改性料的加入量。
Al2O3-SiC-C耐火材料生产厂家的产品标准化学成分控制为：Al2O3为70％，SiC为14％，通过与测定的残砖颗粒料化学成分比较，根据对应化学成分相减得到差额，以及高速搅拌机搅拌混炼一次用颗粒混合料总量约为500千克计算，由此化学纯度98％以上Al2O3的刚玉粉和纯度在96％以上碳化硅粉改性料的添加量，刚玉粉用量为81千克，SiC粉26千克，二者通过球磨机球磨混合制成粒度小于0.074mm的改性料细粉。
步骤7，制备颗粒混合料及成型坯料。
将颗粒料D加工成的细粉与改性料细粉混合，得到混合细粉，再将三种3-5mm粗颗粒料、1-3mm中颗粒料、0.1-1mm细颗粒料A、B、S，按照粗颗粒料:中颗粒料:细颗粒料的比例为2.5:2.5:2进行颗粒级配，依照高速搅拌机搅拌混炼一次用颗粒混合料总量约为500千克计算其用量,分别为：3-5mm粗颗粒量为125千克，1-3mm中颗粒量为125千克，0.1-1mm细颗粒量为100千克,颗粒料D加工成的细粉占12％，用量为60千克，再向称量好的颗粒混合料外加的17.5千克树脂结合剂，将配料倒入高速搅拌机搅拌混炼，即可得到成型坯料。
步骤8，高压成型。
将搅拌好的成型坯料放入模具中在630吨及630吨以上的压砖机上高压成型，得到用于脱硫铁水包及鱼雷罐的Al2O3-SiC-C质不烧砖。
本发明的实施例3的具体步骤如下。
步骤1，清除废旧砖。
通过人工铁锤敲击铲除和金刚石刀具机械切割的方法，对回收60吨使用后的Al2O3-SiC-C质耐火砖去除变质层和侵蚀层，利用压缩空气吹扫清理以及水洗的方法去除原砖层的残砖块表面和渗透里面的有害杂质粉尘，得到54吨较干净的原砖层的残砖块。
步骤2，粗破碎清除后的废旧砖。
将得到的残砖块投入到颚式破碎机和对辊破碎机生产线，破碎后的物料通过皮带输送机输送到振动筛上筛分，得到10mm以下的筛下料，筛上料皮带输送机返回到对辊机继续破碎。
步骤3，细破碎颗粒料。
得到的10mm以下的筛下料通过皮带输送机运送到冲击破碎机中进行细破碎，达到除去“假颗粒”的效果，可得到5mm以下的颗粒料,粒径大于等于5mm以上的颗粒料返回冲击破碎机继续破碎，直至颗粒粒径小于5mm以下，得到细破碎的颗粒料。
步骤4，颗粒料的筛分与球磨。
将细破碎的颗粒料通过皮带输送机输送到振动筛上，同时在输送带末端加上磁辊，对颗粒料进行磁选除去铁杂质，筛分后得到三种粒径的颗粒料：0.1-1mm、1-3mm和3-5mm。选出筛分后三种颗粒料份量中最多的颗粒料，取出该最多颗粒料中多于其余两种颗粒料份量部分的颗粒料D，将剩余的颗粒料S和未选取的两种颗粒料A和B通过输送带输送到配料仓预存。筛分后的这三种颗粒分别运送到各自的配料仓中备用，将颗粒料D加工成粒径≤0.074mm的细粉。
步骤5，颗粒料的化学分析。
提取颗粒料A、B、S，测定三种颗粒料A、B、S以及颗粒料D的细粉中，所含的三氧化二铝Al2O3，碳化硅SiC，碳C的化学成分，其中Al2O3的含量用乙二胺四乙酸容量法测定，该测量方法按照冶金行业标准YB/T164-1999进行测定，SiC，C的含量用吸收重量法测定，该测量方法按照冶金行业标准GB/T16555.1进行测定，经过化学分析，颗粒料的主要化学成分Al2O368％，SiC12％，C 8％。
步骤6，计算改性料的加入量。
Al2O3-SiC-C耐火材料生产厂家的产品标准化学成分控制为：Al2O3为70％，SiC为14％，通过与测定的残砖颗粒料化学成分比较，根据对应化学成分相减得到差额，以及高速搅拌机搅拌混炼一次用颗粒混合料总量约为500千克计算，由此化学纯度98％以上Al2O3的刚玉粉和纯度在96％以上碳化硅粉改性料的添加量，刚玉粉用量为73千克，SiC粉22千克，二者通过球磨机球磨混合制成粒度小于0.074mm的改性料细粉。
步骤7，制备颗粒混合料及成型坯料。
将颗粒料D加工成的细粉与改性料细粉混合，得到混合细粉，再将三种3-5mm粗颗粒料、1-3mm中颗粒料、0.1-1mm细颗粒料A、B、S，按照粗颗粒料:中颗粒料:细颗粒料的比例为2.5:2.5:2进行颗粒级配，依照高速搅拌机搅拌混炼一次用颗粒混合料总量约为500千克计算其用量,分别为：3-5mm粗颗粒量为125千克，1-3mm中颗粒量为125千克，0.1-1mm细颗粒量为100千克,颗粒料D加工成的细粉占12％，用量为60千克，再向称量好的颗粒混合料外加的17.5千克树脂结合剂，将配料倒入高速搅拌机搅拌混炼，即可得到成型坯料。
步骤8，高压成型。
将搅拌好的成型坯料放入模具中在630吨及630吨以上的压砖机上高压成型，得到用于脱硫铁水包及鱼雷罐的Al2O3-SiC-C质不烧砖。
Claims (5)
1.一种废旧三氧化二铝-碳化硅-碳质耐火材料的再生利用方法，包括如下步骤：
(1)清除废旧砖：
(1a)剥离三氧化二铝-碳化硅-碳质耐火材料使用后的废旧砖上的变质层与侵蚀层，得到废旧砖的残砖；
(1b)清除剥离过程中留在残砖表面和渗透在残砖中的变质层及浸蚀层的粉尘；
(2)粗破碎清除后的残砖：
将清除后的残砖投入到颚式破碎机和对辊破碎机中进行破碎，破碎后的物料通过皮带输送机输送到振动筛上筛分，选出颗粒粒径在10mm以下的颗粒料，将粒径大于10mm的颗粒料，由皮带输送机返回到对辊机继续破碎，直至颗粒粒径小于10mm，得到粗破碎后的残砖颗粒料；
(3)细破碎颗粒料：
将粗破碎后的残砖颗粒料送到冲击破碎机中进行细破碎，得到5mm以下的细颗粒，将粒径大于5mm的颗粒料返回冲击破碎机继续破碎，直至颗粒粒径小于5mm，得到细破碎的颗粒料；
(4)颗粒料的筛分与球磨：
(4a)将细破碎的颗粒料通过皮带输送机输送到振动筛上，同时在输送带末端加上磁辊，对颗粒料进行磁选除去铁杂质；
(4b)经过振动筛的筛分后，得到0.1-1mm、1-3mm、3-5mm三种不同粒径的颗粒料；
(4c)选出筛分后三种颗粒料份量中最多的颗粒料，取出该最多颗粒料中多于其余两种颗粒料份量部分的颗粒料D，将剩余的颗粒料S和未选取的两种颗粒料A和B通过输送带输送到配料仓预存；
(4d)将颗粒料D加工成粒径≤0.074mm的细粉；
(5)颗粒料的化学分析：
提取颗粒料A、B、S，测定三种颗粒料A、B、S以及颗粒料D的细粉中，所含的三氧化二铝，碳化硅，碳的化学成分；
(6)制备改性料细粉：
(6a)将三种颗粒料A、B、S化学分析后得到的化学成分与生产标准的三氧化二铝，碳化硅，碳化学成分进行对比，由对应化学成分的差额及工艺过程中细粉的用量，推算得出化学纯度98％以上的刚玉粉改性料和纯度在96％以上碳化硅粉改性料的用量；
(6b)将刚玉粉和碳化硅粉两种改性料，通过球磨机球磨制成粒度小于0.074mm的改性料细粉；
(7)制备颗粒混合料及成型坯料：
(7a)将颗粒料D加工成的细粉与改性料细粉混合，得到混合细粉；
(7b)将三种3-5mm粗颗粒料、1-3mm中颗粒料、0.1-1mm细颗粒料A、B、S，按照粗颗粒料:中颗粒料:细颗粒料的比例为2.5:2.5:2进行颗粒级配；
(7c)将级配后的三种不同粒径颗粒料A、B、S与混合细粉按7:3的比例混合，得到颗粒混合料；
(7d)在颗粒混合料外加树脂结合剂，树脂结合剂的加入量为颗粒混合料量的3.5％，通过高速搅拌机搅拌混炼，得到成型坯料；
(8)高压成型：
将搅拌好的成型坯料放入模具中，用630吨以上的压砖机高压成型，得到用于脱硫铁水包及鱼雷罐的三氧化二铝-碳化硅-碳质不烧砖。
2.根据权利要求1所述的废旧三氧化二铝-碳化硅-碳质耐火材料的再生利用方法，其特征在于：步骤(1a)中所述的废旧砖上变质层与侵蚀层剥离的方法是指，采用人工铁锤敲击铲除和利用金刚石刀具机械切割配合的方法，将废旧Al2O3-SiC-C质耐火材料的变质层、侵蚀层与原砖层剥离得到残砖。
3.根据权利要求1所述的废旧三氧化二铝-碳化硅-碳质耐火材料的再生利用方法，其特征在于：步骤(1b)中所述的清除残砖的方法是指，利用压缩空气吹扫清理以及水洗的方法，去除原砖层的残砖块表面和渗透里面的有害杂质粉尘。
4.根据权利要求1所述的废旧三氧化二铝-碳化硅-碳质耐火材料的再生利用方法，其特征在于：步骤(5)中三氧化二铝的含量用乙二胺四乙酸容量法测定。
5.根据权利要求1所述的废旧三氧化二铝-碳化硅-碳质耐火材料的再生利用方法，其特征在于：步骤(5)中碳化硅和碳的含量用吸收重量法测定。
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