CN109737751A - 一种原位提高重金属固废熔融炉耐火材料抗腐蚀性的方法 - Google Patents

一种原位提高重金属固废熔融炉耐火材料抗腐蚀性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种原位提高重金属固废熔融炉耐火材料抗腐蚀性的方法，本发明制备材料的方法利用污泥中重金属污染物去合成材料，而不利用高昂的试剂去合成，并且，原位提升炉壁上耐火材料的抗腐蚀性，材料中主要组分为镍离子、铁离子和铬离子，当铝离子的加入，形成离子之间电子的相互作用，提高改性层面与基体的结合强度，使得材料的抗腐蚀性得到提升，通过控制炉内的氢气流速，可以使得沉积材料的厚度得到控制，并且，原位增强耐火材料的方法简便，易操作，周期短，成本低，耐腐蚀性能优良，具有重要的工程意义，同时能实现工业危险废弃物资源化利用。

Description

一种原位提高重金属固废熔融炉耐火材料抗腐蚀性的方法
技术领域
本发明涉及固体废物处理资源化技术领域，特别涉及一种原位提高重金属固废熔融炉耐火材料抗腐蚀性的方法。
背景技术
现阶段我国固废熔融过程中带来了一个问题，由于固体废弃物中氯元素的存在，对焚烧锅炉的腐蚀和安全运行带来了更为严重的影响。例如，中国专利201510728758.1，名称为一种抗氯气腐蚀的粉末烧结金属多孔体的制备方法，其中是利用镍元素粉、铬元素粉与铁元素粉按质量百分比混合形成材料，具有优异的抗氯气腐蚀性能。现有的材料主要是以试剂反应形成，镍是中等程度的活泼金属，能耐氟、碱、盐和许多有机物质的腐蚀，在合金系中添加镍可以大大提高涂层的耐腐蚀性，特别是在还原性酸中(如HCl、H2SO4)。铬能显著增加合金钢的抗氧化和耐腐蚀性能，在合金表面形成具有保护性的Cr2O3 膜。铬元素在镍基合金中起到固溶强化作用，又起着抗高温腐蚀的作用，后者作用尤为重要。但是，这些金属涂层具有高成本，制造工艺过程复杂等问题。目前，我国工业生产过程中，会产生各种各样污泥废弃物，例如含镍污泥中有10％左右的镍含量，含铬污泥中有3-7％的铬含量。因此，可以利用污泥中的镍元素、铬元素、铁元素、铝元素等，在熔融炉内，将污泥中的金属组分结合在一起，原位形成一种废物基衍生耐火材料的污泥资源化利用新途径。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种原位提高重金属固废熔融炉耐火材料抗腐蚀性的方法，该制备方法简便，周期短，制备成本低，并能实现工业危险废弃物资源化利用。
为了解决上述问题，本发明提供了一种技术方案：一种原位提高重金属固废熔融炉耐火材料抗腐蚀性的方法，包括以下步骤：A、采用含有铁、铬、镍和铝的污泥做为原料，并对其进行烘干处理，然后按照不同重金属的含量比例进行混合，混合后，其中铬含量占比为20～45％，镍为18～24％，铁为10～40％，铝为2～5％；B、将步骤(A) 中混合后的污泥，加入水，按照固液比1:3～1:6，搅拌15～30分钟，再经过抽滤，保留固体污泥，放入80～100℃的烘箱烘干；C、将步骤(B)中得到的污泥，用球磨机在100～300rpm转速下与氯化物混合均匀，然后通过100的目筛网,得到污泥粉末；D、将步骤(C)中所得的污泥粉末，放入熔融炉中，以900～1100℃熔融1～2小时，得到气态的金属氯化物，采用900～1100℃低于氯化钙挥发温度 (1600℃)，气态的金属氯化物主要是由氯化铁(315℃)，氯化镍 (987℃)、氯化铬(950℃)和氯化铝(181℃)挥发成混合气体；E、将步骤(D)中所得气态金属氯化物，通入体积比为95:5氮气与氢气的混合气中，通入的流速为4～15m/s，将金属氯化物还原成金属合金，附着在耐火材料表面形成一层膜。
作为优选，所述步骤C中的氯化物为氯化钠或氯化钾。
作为优选，所述步骤E中通入氮气与氢气的混合气时，混入的空气的体积比氮气与氢气的混合气体积小1～1.25倍。
作为优选，所述步骤E中膜的厚度在0.06～0.15mm之间。
本发明的有益效果：本发明制备材料的方法利用污泥中重金属污染物去合成材料，而不利用高昂的试剂去合成，并且，原位提升炉壁上耐火材料的抗腐蚀性，材料中主要组分为镍离子、铁离子和铬离子，当铝离子的加入，形成离子之间电子的相互作用，提高改性层面与基体的结合强度，使得材料的抗腐蚀性得到提升，通过控制炉内的氢气流速，可以使得沉积材料的厚度得到控制，并且，原位增强耐火材料的方法简便，易操作，周期短，成本低，耐腐蚀性能优良，具有重要的工程意义，同时能实现工业危险废弃物资源化利用。
具体实施方式
实施例1
本具体实施方式采用以下技术方案：一种原位提高重金属固废熔融炉耐火材料抗腐蚀性的方法，包括以下步骤：
A、采用含有铁、铬、镍和铝的污泥做为原料，并对其进行烘干处理，然后按照不同重金属的含量比例进行混合，混合后，其中铬含量占比为24％，镍为24％，铁为40％，铝为5％；
B、将步骤(A)中混合后的污泥，加入水，按照固液比1:3，搅拌25分钟，再经过抽滤，保留固体污泥，放入100℃的烘箱烘干；
C、将步骤(B)中得到的污泥，用球磨机在100rpm转速下与氯化物混合均匀，然后通过100的目筛网,得到污泥粉末；
D、将步骤(C)中所得的污泥粉末，放入熔融炉中，以980℃熔融1.5小时，得到气态的金属氯化物，采用980℃低于氯化钙挥发温度(1600℃)，气态的金属氯化物主要是由氯化铁(315℃)，氯化镍(987℃)、氯化铬(950℃)和氯化铝(181℃)挥发成混合气体；
E、将步骤(D)中所得气态金属氯化物，通入体积比为95:5氮气与氢气的混合气中，通入的流速为12m/s，将金属氯化物还原成金属合金，附着在耐火材料表面形成一层膜。
F、将步骤(E)中所得材料，在材料的改性层上涂上ZnCl2-KCl 饱和的水溶液，再经烘干脱水处理，放入650℃的炉体里在空气中恒温加热，每隔10小时将试样取出，冷却到室温后测量并计算试样单位表面积的增重，总腐蚀时间100小时，样品的腐蚀增重下降10％左右。
其中，所述步骤C中的氯化物为氯化钠或氯化钾；所述步骤E中通入氮气与氢气的混合气时，混入的空气的体积比氮气与氢气的混合气体积小1～1.25倍；所述步骤E中膜的厚度为0.08mm。
实施例2
本具体实施方式采用以下技术方案：一种原位提高重金属固废熔融炉耐火材料抗腐蚀性的方法，包括以下步骤：
A、采用含有铁、铬、镍和铝的污泥做为原料，并对其进行烘干处理，然后按照不同重金属的含量比例进行混合，混合后，其中铬含量占比为35％，镍为16％，铁为40％，铝为5％；
B、将步骤(A)中混合后的污泥，加入水，按照固液比1:6，搅拌15分钟，再经过抽滤，保留固体污泥，放入85℃的烘箱烘干；
C、将步骤(B)中得到的污泥，用球磨机在200rpm转速下与氯化物混合均匀，然后通过100的目筛网,得到污泥粉末；
D、将步骤(C)中所得的污泥粉末，放入熔融炉中，以1100℃熔融1小时，得到气态的金属氯化物，采用1100℃低于氯化钙挥发温度(1600℃)，气态的金属氯化物主要是由氯化铁(315℃)，氯化镍(987℃)、氯化铬(950℃)和氯化铝(181℃)挥发成混合气体；
E、将步骤(D)中所得气态金属氯化物，通入体积比为95:5氮气与氢气的混合气中，通入的流速为5m/s，将金属氯化物还原成金属合金，附着在耐火材料表面形成一层膜。
F、将步骤(E)中所得材料，抗氯气腐蚀试验在400℃的纯氯气环境下进行，在腐蚀100小时后，重量的变化在0.1左右，重量的变化值很小。
其中，所述步骤C中的氯化物为氯化钠或氯化钾；所述步骤E中通入氮气与氢气的混合气时，混入的空气的体积比氮气与氢气的混合气体积小1～1.25倍；所述步骤E中膜的厚度为0.11mm。

Claims (4)

1.一种原位提高重金属固废熔融炉耐火材料抗腐蚀性的方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、采用含有铁、铬、镍和铝的污泥做为原料，并对其进行烘干处理，然后按照不同重金属的含量比例进行混合，混合后，其中铬含量占比为20～45％，镍为18～24％，铁为10～40％，铝为2～5％；
B、将步骤(A)中混合后的污泥，加入水，按照固液比1:3～1:6，搅拌15～30分钟，再经过抽滤，保留固体污泥，放入80～100℃的烘箱烘干；
C、将步骤(B)中得到的污泥，用球磨机在100～300rpm转速下与氯化物混合均匀，然后通过100的目筛网,得到污泥粉末；
D、将步骤(C)中所得的污泥粉末，放入熔融炉中，以900～1100℃熔融1～2小时，得到气态的金属氯化物；
E、将步骤(D)中所得气态金属氯化物，通入体积比为95:5氮气与氢气的混合气中，通入的流速为4～15m/s，将金属氯化物还原成金属合金，附着在耐火材料表面形成一层膜。
2.根据权利要求1所述的一种原位提高重金属固废熔融炉耐火材料抗腐蚀性的方法，其特征在于：所述步骤C中的氯化物为氯化钠或氯化钾。
3.根据权利要求1所述的一种原位提高重金属固废熔融炉耐火材料抗腐蚀性的方法，其特征在于：所述步骤E中通入氮气与氢气的混合气时，混入的空气的体积比氮气与氢气的混合气体积小1～1.25倍。
4.根据权利要求1所述的一种原位提高重金属固废熔融炉耐火材料抗腐蚀性的方法，其特征在于：所述步骤E中膜的厚度在0.06～0.15mm之间。
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