CN109336571A

CN109336571A - 以电熔白刚玉除尘灰为原料的电熔致密刚玉回炉颗粒料

Info

Publication number: CN109336571A
Application number: CN201811130305.9A
Authority: CN
Inventors: 锁永刚; 锁东; 潘海亭
Original assignee: SANMENXIA ELECTRO-MELTED CORUNDUM Co Ltd
Current assignee: SANMENXIA ELECTRO-MELTED CORUNDUM Co Ltd
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2019-02-15
Anticipated expiration: 2038-09-27
Also published as: CN109336571B

Abstract

本发明属于电熔刚玉技术领域，具体涉及一种以电熔白刚玉除尘灰为原料的电熔致密刚玉回炉颗粒料专利申请事宜。制备时需采用一种电熔白刚玉除尘灰粘接用粘结剂，粘接剂成分可分为粘结功能成分和强度提升成分两类；其中粘结功能成分至少含有瓜尔胶；强度提升功能成分至少包括氯化钠。初步应用及经济成本分析表明，本发明所提供的以除尘灰为原料的电熔致密刚玉回炉用颗粒料，完全符合电熔致密刚玉生产用料要求，可部分甚至完全代替现有电熔致密刚玉生产用氧化铝粉，同时也有效将除尘灰这种固体废料变废为宝，大大提高了其经济利益价值，因此具有较好的经济价值和社会效益，同时也为其他类型生产废料的回收利用提供了较好借鉴。

Description

以电熔白刚玉除尘灰为原料的电熔致密刚玉回炉颗粒料

技术领域

本发明属于电熔刚玉技术领域，具体涉及一种以电熔白刚玉除尘灰为原料的电熔致密刚玉回炉颗粒料专利申请事宜。

背景技术

电熔刚玉是一种以工业氧化铝或煅烧氧化铝为原料基础，通过在电弧炉内高温融化、除去杂质并冷却后所形成的一种熔块，它可作为骨料和基质生产不定形耐火材料，是制作高档耐火材料的重要原料，同时也广泛用于磨料行业，而所制备的熔铸刚玉砖则广泛应用于高温窑炉和高温冶金设备。总体上，电熔法制成的刚玉质材料具有刚玉晶粒完整粗大、化学稳定性高等优良性能，同时具有工艺简单、流程短、产品成本低等优点。而依据生产工艺要求的不同，又可细分为电熔棕刚玉、电熔亚白刚玉、电熔白刚玉、电熔致密刚玉、和电熔板状刚玉等不同品种的电熔刚玉。部分产品类型的生产过程及特点简要介绍如下。

电熔白刚玉是以工业氧化铝粉为原料，通过电弧炉中熔融后冷却再结晶制备而成的一种白色熔块。其主要化学成分为Al₂O₃，含量在99%以上，杂质含量很少。电熔白刚玉的冶炼制备过程，基本上是工业氧化铝粉熔化再结晶的过程，不存在还原过程。工业氧化铝原料中Al₂O₃含量在98.5%以上，同时还有少量的Na₂O、SiO₂和微量的Fe₂O₃等杂质。电熔处理过程中虽有一定净化提纯作用，但还不能将杂质完全排除。其中Na₂O与Al₂O₃在熔融状态中生成β-Al₂O₃(Na₂O·11Al₂O₃)，生成量随着Na₂O含量的增加而增大。由于β-Al₂O₃的熔点低、密度小，因此熔块冷却结晶时，偏析于熔块的上中部，虽然通过碎选可以剔除，但仍会有少量留在刚玉熔体中，进而影响白刚玉熔块的耐火性能。因此对工业氧化铝中Na₂O含量必须严格控制。

电熔致密刚玉也是一种高级耐火原料，主晶相大于96%，气孔率小于4%，具有良好的抗酸、碱性能，在高温下具有良好的耐磨、抗侵蚀及体积稳定性，广泛用于钢铁冶金、石油化工、建材陶瓷等行业，主要用作高炉出铁沟耐火捣打料、浇注料的骨料，也是制作炼钢长水口、滑板和各种刚玉砖的优良材料。致密刚玉是采用高纯氧化铝和还原剂按一定配比在电弧炉内经高温熔融后冷却而成的一种新型高纯耐火原料。致密刚玉主晶相为a-Al₂O₃，颜色为浅灰色，具有较高的熔点、相当高的体积密度及其非常低的气孔率，在高温下具有优良的耐磨性、抗渣性、体积稳定性和抗热震性能，是刚玉系列耐火原料中最优秀的耐火原料。

基于电熔刚玉的生产原料、生产工艺特性，其生产过程中不可避免的会产生大量的烟气除尘灰。对电熔白刚玉生产过程中所产生除尘灰的分析表明，这些除尘灰的粒度在40~75微米左右，其成分含量（质量比例）主要为：Al₂O₃97.5%，Na₂O、SiO₂等其它成分2.5%。从其成分含量看，完全可以作为原料再次回炉用于生产制备刚玉材料，但是实际生产中，由于其粒度太细，入炉过程和电熔过程即会被除尘器二次吸入，而无法进入后续熔融过程，一定程度上造成了原料的浪费。因此，如果能对电熔刚玉生产过程中的除尘灰进行重新加工利用，无论从经济角度、还是从环保角度都具有十分重要的价值和意义。

发明内容

本申请目的在于提供一种针对电熔白刚玉除尘灰的回收利用方法，通过将其加工处理后重新作为电熔致密刚玉生产用的回炉颗粒料，从而为相关物料的回收和重新利用奠定基础。

本申请所采取的技术方案详述如下。

一种电熔白刚玉除尘灰粘接用粘结剂，依据各物料功能，可分为粘结功能成分和强度提升成分两类；

其中粘结功能成分至少含有瓜尔胶，还可包括黄糊精、白糊精、黄原胶、工业明胶中一种或几种任意比例混合物；

强度提升功能成分至少包括受热后可热分解的钠盐（如氯化钠、硫酸钠、硝酸钠等），还可含有受热后可热分解的铝盐（明矾、硝酸铝、硫酸铝等）；

以质量份数计，各具体成分为：

粘结功能成分中，瓜尔胶1~3份，白糊精（或黄原胶）2~5份，黄糊精（或工业明胶）2~4份；

强度提升功能成分中，氯化钠0.25~1份或者氯化钠0.25~1份和明矾0.25~0.5份；

制备时，分别将各物料磨细至不小于200目，然后在混合搅拌机中充分搅拌混合均匀即可。

具体电熔白刚玉除尘灰粘接用粘结剂的配方例如为：

瓜尔胶3份，白糊精3份，黄糊精3份，氯化钠1份；

瓜尔胶2份，白糊精2份，黄糊精2份，氯化钠0.5份；

瓜尔胶1份，白糊精4份，黄糊精4份，氯化钠0.5份；

瓜尔胶1份，白糊精4份，黄糊精3份，氯化钠0.5份，明矾0.5份；

瓜尔胶1份，白糊精5份，黄糊精2份，氯化钠0.25份，明矾0.25份。

所述电熔白刚玉除尘灰粘接用粘结剂在电熔白刚玉除尘灰粘接中的应用，粘接剂与电熔白刚玉除尘灰的每100质量份混合物中，粘接剂的质量份数不小于6.5份。

一种以电熔白刚玉除尘灰为原料的电熔致密刚玉回炉颗粒料，所述电熔致密刚玉回炉颗粒料，为利用粘接剂所粘接的电熔白刚玉除尘灰；

粘接剂与电熔白刚玉除尘灰的每100质量份混合物中，粘接剂的质量份数不小于6.5份；

所述电熔白刚玉除尘灰为电熔白刚玉生产过程中除尘器所吸收回收的（电熔白刚玉生产用原料）灰尘，其粒度在40~75微米左右，其成分含量（质量比例）中：Al₂O₃含量一般不小于97.5%，其他为Na₂O、SiO₂等杂质；

具体较优的电熔致密刚玉回炉颗粒料为：

粘接剂与电熔白刚玉除尘灰的每100质量份混合物中，粘接剂的质量份数为9份；所述粘接剂组份为：瓜尔胶1份，白糊精4份，黄糊精3份，氯化钠0.5份，明矾0.5份。

所述以电熔白刚玉除尘灰为原料的电熔致密刚玉回炉颗粒料在电熔致密刚玉制备中的应用，在电熔致密刚玉生产原料中的添加质量比例不超过10%。

所述以电熔白刚玉除尘灰为原料的电熔致密刚玉回炉颗粒料的制备方法，包括如下步骤：

（1）物料混合，

在电熔白刚玉除尘灰中，加入粘结剂，搅拌混合后均匀后，加水（优选加入pH=7的中性水150kg左右）充分搅拌以便后续成型，加水后湿度手感标准为“手抓成团”即可，然后将物料传送入成型机成型成颗粒料；成型后颗粒直径10mm~30mm；

（2）烘干处理

将步骤（1）中成型后颗粒料，在烘干炉中150℃条件下烘干至水分含量小于等于2%时即可出炉，此即为以电熔白刚玉除尘灰为原料所制备的电熔致密刚玉回炉颗粒料，冷却至常温后即可用于制备电熔致密刚玉产品。

需要说明的是，所制备的电熔致密刚玉回炉颗粒料，参考《MT/T 748-2007工业型煤冷压强度测定方法》，利用强度试验机对其进行冷压强度检验时，较优的，其冷压强度不小于350N时，可较好满足电熔致密刚玉产品制备应用。

现有技术中，由于电熔白刚玉除尘灰本身即属于生产废料，因此现有技术缺乏对其深入开发利用的研究，而由于其粒度较小的粉末特性，因此在合理利用前，需要适当粘合处理以便进一步加工应用。但是现有技术中缺乏针对性的粘结剂的设计，其主要原因在于：一方面除尘灰中中主成分为Al₂O₃，而这种物质不溶于水、无粘结性，因此具有一定粘结难度；另一方面，更为重要的是，由于制备刚玉材料时对于原材料成分纯度的特定要求，因此粘结剂中不宜引入新的杂质，而现有粘结剂中普遍含有的钠、钙、钾、铁等杂质元素会对进一步的刚玉产品造成不必要的性能损害，因此对于粘结剂成分的选择具有一定特殊性要求。

总体上，本申请针对电熔白刚玉除尘灰粘结剂做了特定设计优化，利用淀粉类物质作为粘结剂的主成分，其主要原因在于，淀粉类物质在烧结后转化成炭，这种成分类型变化显然不宜再作为电熔白刚玉，但由于电熔致密刚玉生产中还原剂炭的使用，因而这种粘结处理后物料是适合作为电熔致密刚玉生产原料的，同时相关粘结剂成分在高温煅烧过程中并不会产生新的污染，因此具有较好的应用前景。

初步应用及经济成本分析表明，本发明所提供的以除尘灰为原料的电熔致密刚玉回炉用颗粒料，完全符合电熔致密刚玉生产用料要求，可部分甚至完全代替现有电熔致密刚玉生产用氧化铝粉，每吨电熔致密刚玉生产用原材料成本可降低2000元，同时也有效将除尘灰这种固体废料变废为宝，大大提高了其经济利益价值，因此具有较好的经济价值和社会效益，同时也为其他类型生产废料的回收利用提供了较好借鉴。

具体实施方式

下面结合实施例对本申请做进一步的解释说明。在介绍具体实施例前，就下述实施例中部分实验背景情况简要介绍说明如下。

生产原料：

下述实施例中所采用的电熔白刚玉除尘灰，为申请人三门峡电熔刚玉有限责任公司实际生产中所产生的除尘灰废料，其化学成分含量检测结果如下：

其粒度比例情况如下：

白糊精和黄糊精：属于糊精中的两大类别，都是利用淀粉经过不同方法降解之后的产物；下述实施例中所用白糊精和黄糊精均为河南天助糊精厂产品；

瓜尔胶：也称古耳胶，一般为白色至浅黄褐色自由流动的粉末，接近无嗅，也无其他任何异味，一般含75%～85%的多糖，5%～6%的蛋白质，2%～3%的纤维及1%的灰分；下述实施例中所用瓜尔胶为山东广浦生物科技有限公司产品；

明矾：别名：硫酸铝钾、钾明矾、钾铝矾、白矾、明矾，分子式：AlK(SO4)₂•12H₂O；下述实施例中所用明矾为山东淄博市淄川程鹏化工厂产品。

实施例1

本申请的主要发明目的是实现白刚玉除尘灰的重新回收利用，而基于白刚玉除尘灰的粉末特性，因此在重新回收利用前需要将粉末进行粘接成型以便利用。传统陶土钠、钙、钾、铁类等粘结剂虽然可以使这些粉末成型，但考虑作为电熔致密刚玉生产应用时，这类粘接剂中的钠、钙、钾、铁等元素对于电熔致密刚玉的生产是不利的。因此综合考虑选择淀粉类或蛋白质类粘接剂进行粘接，其主要原因在于淀粉类和蛋白质类粘结剂在后续燃烧加工过程中可以转化为炭，而电熔致密刚玉生产加工过程中需要添加适量炭元素，因此以淀粉类或蛋白质类物质作为粘接剂可以较好满足后续电熔致密刚玉生产需要。

基于成本及行业应用性综合考虑后，初步确定粘结剂品种为：面粉糊、黄糊精、白糊精、瓜尔胶、黄原胶、糯米胶、果冻胶、工业明胶，共计8种，分别利用这些粘接剂对白刚玉除尘灰进行粘接制备电熔致密刚玉回炉颗粒料，具体制备过程简介如下。

（1）物料混合，

在电熔白刚玉除尘灰中，加入粘结剂（电熔白刚玉除尘灰于粘接剂比例具体参见下表），搅拌混合后均匀后，加水（pH=7的中性水）充分搅拌（加水作用主要是便于成型，不宜过多，因此加水后湿度手感标准为“手抓成团”即可），然后将物料传送入成型机成型成颗粒料；颗粒为20mm左右。

（2）烘干处理

将步骤（1）中成型后颗粒料，在烘干炉中150℃条件下烘干至水分含量小于2%时即可出炉，自然降温后，如果可以成型，对其冷压强度进行检测（参考《MT/T 748-2007工业型煤冷压强度测定方法》，利用强度试验机进行检测）。

对不同粘接剂及不同用量情况下的粘接效果简要列表汇总如下表1所示。

表1，不同粘接剂及不同用量情况下的粘接效果汇总表

。

从上述实验结果可以看出，单独采用一种粘接剂情况下，黄糊精、白糊精、瓜尔胶、黄原胶、工业明胶这5种粘结剂可以满足一定成型需要，但由于烘干后冷压强度较低，因此并不能充分满足后续电熔致密刚玉生产需要。

为此，为进一步对烘干后颗粒的冷压强度进行提升，发明人同时以黄糊精、白糊精、瓜尔胶、黄原胶、工业明胶这5种粘结剂作为组份基础进行了一定组合优化实验，部分优化组合及实验结果如下表2、表3所示。

表2：

表3：

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从上表2、表3结果可以看出，单纯增加粘结剂的用量并不能提高最终成型后颗粒的冷压强度，而同时基于工业生产应用角度考量，也应适当减少粘接剂应用类型，为此，发明人基于成型角度考量，进一步对粘接剂应用类型及组合进行了适当优化。部分优化实验方案组合及结果如下表4~表7所示。

表4：

表5：

表6：

表7：

。

对上述数据进行分析，结合发明人其他实验数据，发明人认为：从粘接成型角度而言，白糊精、黄糊精、黄原胶和工业明胶粘结指数接近，主要其粘接成型作用的是瓜儿胶；但由于现有瓜儿胶价格较高，因此应在确保成型基础上降低瓜尔胶用量，以较好降低成本。同时由于黄原胶和工业明胶价格较高，因此最终确定白糊精、黄糊精和瓜尔胶作为粘接成型的主要成分。

实施例2

在实施例1基础上，为进一步对烘干后颗粒的冷压强度进行提升，结合发明人以往生产经验和认识，同时考虑后续电熔致密刚玉生产中对于物料成分需求及成本要求，发明人在实施例1确定粘接剂基础上，进一步通过添加氯化钠和明矾来提升冷压强度，为确定较佳配方，发明人进行了部分优化实验。

具体实验设计及实验结果如下表8~表13所示。

表8：

表9：

表10：

表11:

表12：

表13：

。

需要说明的是，表8~表13中，“产品Na₂O含量”是指将所制备成型颗粒，按10%比例应用于现有电熔致密刚玉生产中（也即，按照现有电熔致密刚玉生产技术，其原料中以质量比例计算，10%为所制备颗粒回炉料，90%现有常用氧化铝粉），然后基于最终电熔致密刚玉生产成品所检测数据。

从上表数据可以看出，基于最终电熔致密刚玉产品“Na₂O含量”要求而言，表8~表12的实验组合设计均能基本满足要求，但基于冷压强度指标而言，显然表11中的组合设计是较优的实验设计。

实施例3

基于实施例2优化设计，采用实施例2的表11中的优化组合，发明人分别将所制备颗粒回炉料按不同质量比例用于电熔致密刚玉生产。具体实验设计及结果如下表14所示。

表14：

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需要解释和说明的是，电熔致密刚玉生产中，对于炭量、Na2O、K2O含量是有一定指标要求的，因此完全以颗粒回炉料来制备电熔致密刚玉显然是不够妥当的。而从上表数据也可以看出，随着颗粒回炉料使用量的增加，Na2O、K2O含量增加较为明显，综合考虑最终致密刚玉产品质量基础上，显然以超过10%的添加比例是较为合适的。

Claims

1.一种电熔白刚玉除尘灰粘接用粘结剂，其特征在于，其成分可分为粘结功能成分和强度提升成分两类；

其中粘结功能成分至少含有瓜尔胶；

强度提升功能成分至少包括氯化钠。

2.如权利要求1所述电熔白刚玉除尘灰粘接用粘结剂，其特征在于，粘结功能成分中还包括黄糊精、白糊精、黄原胶、工业明胶中一种或几种任意比例混合物；强度提升功能成分还包括明矾。

3.如权利要求2所述电熔白刚玉除尘灰粘接用粘结剂，其特征在于，以质量份数计，粘结剂具体由如下成分构成：

粘结功能成分中，瓜尔胶1~3份，白糊精或黄原胶）2~5份，黄糊精或工业明胶2~4份；

强度提升功能成分中，氯化钠0.25~1份或者氯化钠0.25~1份和明矾0.25~0.5份。

4.如权利要求3所述电熔白刚玉除尘灰粘接用粘结剂，其特征在于，具体配方组成为：

瓜尔胶3份，白糊精3份，黄糊精3份，氯化钠1份；

或者：瓜尔胶2份，白糊精2份，黄糊精2份，氯化钠0.5份；

或者：瓜尔胶1份，白糊精4份，黄糊精4份，氯化钠0.5份；

或者：瓜尔胶1份，白糊精4份，黄糊精3份，氯化钠0.5份，明矾0.5份；

或者：瓜尔胶1份，白糊精5份，黄糊精2份，氯化钠0.25份，明矾0.25份。

5.权利要求1~4任一项所述电熔白刚玉除尘灰粘接用粘结剂在电熔白刚玉除尘灰粘接中的应用，其特征在于，粘接剂与电熔白刚玉除尘灰的每100质量份混合物中，粘接剂的质量份数不小于6.5份。

6.利用权利要求1~4任一项所述电熔白刚玉除尘灰粘接用粘结剂以电熔白刚玉除尘灰为原料所制备的电熔致密刚玉回炉颗粒料，其特征在于，所述电熔致密刚玉回炉颗粒料，为利用粘接剂所粘接的电熔白刚玉除尘灰；

所述电熔白刚玉除尘灰为电熔白刚玉生产过程中除尘器所吸收回收的灰尘。

7.如权利要求6所述电熔致密刚玉回炉颗粒料，其特征在于，粘接剂与电熔白刚玉除尘灰的每100质量份混合物中，粘接剂的质量份数为9份；所述粘接剂组份为：瓜尔胶1份，白糊精4份，黄糊精3份，氯化钠0.5份，明矾0.5份。

8.如权利要求6或7所述电熔致密刚玉回炉颗粒料在电熔致密刚玉制备中的应用，其特征在于，在电熔致密刚玉生产原料中的添加质量比例不超过10%。

9.权利要求6或7所述电熔致密刚玉回炉颗粒料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）物料混合，

在电熔白刚玉除尘灰中，加入粘结剂，搅拌混合后均匀后，加水充分搅拌，然后将物料传送入成型机成型成颗粒料；

（2）烘干处理

将步骤（1）中成型后颗粒料，在烘干炉中烘干至水分含量不超过2%时即可出炉，此即为以电熔白刚玉除尘灰为原料所制备的电熔致密刚玉回炉颗粒料。