CN113173802A - 一种利用二次铝灰制备多孔莫来石砖的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用二次铝灰制备多孔莫来石砖的方法，具体涉及二次铝灰处理技术领域，先将二次铝灰加入到水中，混合均匀，制得混合液；将所述混合液经过滤得到滤渣，并将滤渣洗涤、干燥，得到二次铝灰预处理粉；再将所述二次铝灰预处理粉、粘土熟料、α‑Al2O3和碳化稻壳混合均匀，再加入水、聚丙烯酸钠，搅拌制得泥料；然后向所述泥料中加入发泡剂所制成的泡沫和结合剂，搅拌得到泡沫料浆；将所述泡沫料浆浇注成型，并干燥、脱模后，再进行干燥处理；最后在空气气氛下，经热处理，制备得到多孔莫来石砖；本发明二次铝灰利用率高、生产成本低、生产工艺简单和对环境无害，所制备的多孔莫来石具有较高的耐压强度、较低的体积密度和小的导热系数。

Description

一种利用二次铝灰制备多孔莫来石砖的方法
技术领域
本发明属于二次铝灰处理技术领域，具体涉及一种利用二次铝灰制备多孔莫来石砖的方法。
背景技术
二次铝灰是来源于一次铝灰炒铝所产生的废渣和铝加工过程中产生的固体废弃物，由于其含铝量低、化学成分复杂，目前主要以堆放和填埋方式进行处理，不仅占用了大量的土地，还造成了严重的环境污染，不符合国家绿色发展政策，二次铝灰再回收利用势在必行。
事实上，通过分析二次铝灰的化学成分可知，其大量含有的成分为Al2O3、Al和SiO2，部分二次铝灰的Al含量甚至高达80％以上，其成分完全匹配特级矾土熟料、矾土均化料以及部分高铝质耐火制品的成分要求，是极有潜力的耐火材料原料。申请号为CN201810472454.7、CN202010075954.4、CN201810062701.6的专利，针对二次铝灰富含的Al质资源进行开发，通过提纯后煅烧和引入MgO煅烧等方式制备刚玉质耐火材料或镁铝尖晶石质耐火材料。然而，由于二次铝灰中含有一定量的Na、K等低熔点熔盐，不宜应用于与铁水、钢水直接接触的耐火材料层，因而需要拓宽二次铝灰在耐火材料行业的应用领域。
多孔莫来石隔热材料是钢铁冶炼业应用量极为广泛的一类保温层耐火材料，由于不与铁水、钢水直接接触，其对Na、K低熔点熔盐含量要求相对较低，这为二次铝灰的应用提供了新的方向。基于此，本发明旨在提供一种利用二次铝灰为原料制备多孔莫来石砖的技术，以拓宽二次铝灰在耐火材料行业的应用领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用二次铝灰制备多孔莫来石砖的方法，二次铝灰利用率高、生产成本低、生产工艺简单和对环境无害，所制备的多孔莫来石具有较高的耐压强度、较低的体积密度和小的导热系数。
本发明提供了如下的技术方案
一种利用二次铝灰制备多孔莫来石砖的方法，其步骤如下，
S1、先将100份质量的二次铝灰加入到300至500份质量的水中，混合均匀，制得混合液；将所述混合液经过滤得到滤渣，并将滤渣洗涤、干燥，得到二次铝灰预处理粉；
S2、将100份质量的所述二次铝灰预处理粉、5至10份质量的粘土熟料、1至5份质量的α-Al2O3和15至50份质量的碳化稻壳混合均匀，再加入20至30份质量的水、0.5至1份质量的聚丙烯酸钠，搅拌制得泥料；然后向所述泥料中加入0.05至0.1份质量的发泡剂所制成的泡沫和2至4份质量的结合剂，搅拌得到泡沫料浆；
S3、将所述泡沫料浆浇注成型，并干燥、脱模后，再进行干燥处理；最后在空气气氛下，经热处理，制备得到多孔莫来石砖。
优选的，S1步骤中，所述混合液在60至80℃条件下，搅拌2至3h，然后进行过滤得到滤渣。
优选的，S2步骤中，加入水和聚丙烯酸钠后，搅拌10至15min，制得泥料；加入发泡剂制成的泡沫和结合剂后，搅拌5至10min，得到泡沫料浆。
优选的，S3步骤中，将所述泡沫料浆浇注成型，在30至40℃条件下干燥8至12h，脱模，再在80至100℃条件下干燥10至12h；然后在空气气氛和1350至1500℃条件下热处理3至5h，制备得到多孔莫来石砖；
优选的，S1步骤中，二次铝灰的化学成分为：Al为1至10wt％、Al2O3为65至83wt％、SiO2为5至15wt％、Na2O为5至10wt％、K2O为1至5wt％；粒度≤0.150mm。
优选的，S2步骤中，碳化稻壳的化学成分为：C为25至45wt％、SiO2为25至45wt％、IL为20至40wt％；粒度≤0.150mm。
优选的，所述结合剂为二醋酸甘油酯、硅溶胶、聚乙二醇中的一种或几种。
本发明的有益效果
(1)本发明可同时利用二次铝灰中含量丰富的Al2O3和SiO2资源，能有效增大二次铝灰资源利用率，二次铝灰利用率高；
(2)本发明生产成本低，且本发明的制备工艺主要涉及低温常压搅拌、低温常压干燥和常压热处理，对生产设备和制备技术要求较低，生产工艺简单；
(3)本发明对固体废弃物二次铝灰进行再处理，由于处理过程外加的原料都是对环境无害的，在生产过程和使用过程中均对环境无害；
(4)本发明所制备的多孔莫来石具有较高的耐压强度、较低的体积密度和小的导热系数。
具体实施方式
实施例1
一种利用二次铝灰为原料制备多孔莫来石砖的方法。包括以下步骤：
S1、先将100份质量的二次铝灰加入到400份质量的水中，混合均匀，制得混合液；将所述混合液在80℃条件下搅拌2h，经过滤得到滤渣；将滤渣洗涤、干燥，得到二次铝灰预处理粉；其中，二次铝灰的化学成分为：Al为9.5wt％、Al2O3为70.6wt％、SiO2为10.4wt％、Na2O为6.2wt％、K2O为1.3wt％，其他组分2wt％；粒度为0.147mm；
S2、将100份质量的所述二次铝灰预处理粉、7份质量的粘土熟料、2份质量的α-Al2O3和15份质量的碳化稻壳混合均匀，再加入20份质量的水、0.5份质量的聚丙烯酸钠，搅拌10min，制得泥料；然后向所述泥料中加入0.06份质量的发泡剂所制成的泡沫和2份质量的二醋酸甘油酯，搅拌8min，得到泡沫料浆；其中，碳化稻壳的化学成分为：C为25.6wt％、SiO2为29.3wt％％、IL为39.6wt％，其他组分5.5wt％；粒度为0.147mm；
S3、将所述泡沫料浆浇注成型，在30℃条件下干燥8h，脱模，再在100℃条件下干燥12h；然后在空气气氛和1450℃条件下热处理3h，制备得到多孔莫来石砖。
实施例2
一种利用二次铝灰为原料制备多孔莫来石砖的方法。包括以下步骤：
S1、先将100份质量的二次铝灰加入到300份质量的水中，混合均匀，制得混合液；将所述混合液在70℃条件下搅拌2.5h，经过滤得到滤渣；将滤渣洗涤、干燥，得到二次铝灰预处理粉；其中，二次铝灰的化学成分为：Al为1.3wt％、Al2O3为82.6wt％、SiO2为5.2wt％、Na2O为5.2wt％、K2O为3.6wt％，其他组分2.1wt％；粒度为0.088mm；
S2、将100份质量的所述二次铝灰预处理粉、5份质量的粘土熟料、5份质量的α-Al2O3和50份质量的碳化稻壳混合均匀，再加入30份质量的水、1份质量的聚丙烯酸钠，搅拌15min，制得泥料；然后向所述泥料中加入0.1份质量的发泡剂所制成的泡沫和4份质量的结合剂，结合剂为硅溶胶和乙二醇，质量比为1:1，搅拌10min，得到泡沫料浆；其中，碳化稻壳的化学成分为：C为44.8wt％、SiO2为32.4wt％％、IL为20.2wt％，其他组分2.6wt％；粒度为0.088mm；
S3、将所述泡沫料浆浇注成型，在40℃条件下干燥12h，脱模，再在100℃条件下干燥10h；然后在空气气氛和1400℃条件下热处理4h，制备得到多孔莫来石砖。
实施例3
一种利用二次铝灰为原料制备多孔莫来石砖的方法。包括以下步骤：
S1、先将100份质量的二次铝灰加入到490份质量的水中，混合均匀，制得混合液；将所述混合液在60℃条件下搅拌3h，经过滤得到滤渣；将滤渣洗涤、干燥，得到二次铝灰预处理粉；其中，二次铝灰的化学成分为：Al为2.6wt％、Al2O3为65.4wt％、SiO2为14.6wt％、Na2O为9.8wt％、K2O为4.7wt％，其他组分2.9wt％；粒度为0.088mm；
S2、将100份质量的所述二次铝灰预处理粉、10份质量的粘土熟料、3份质量的α-Al2O3和35份质量的碳化稻壳混合均匀，再加入25份质量的水、0.8份质量的聚丙烯酸钠，搅拌12min，制得泥料；然后向所述泥料中加入0.08份质量的发泡剂所制成的泡沫和3份质量的结合剂，结合剂为二醋酸甘油酯和乙二醇，质量比为1:1，搅拌5min，得到泡沫料浆；其中，碳化稻壳的化学成分为：C为30.2wt％、SiO2为25.4wt％％、IL为38.7wt％，其他组分5.7wt％；粒度为0.147mm；
S3、将所述泡沫料浆浇注成型，在36℃条件下干燥10h，脱模，再在90℃条件下干燥12h；然后在空气气氛和1350℃条件下热处理4h，制备得到多孔莫来石砖。
实施例4
一种利用二次铝灰为原料制备多孔莫来石砖的方法。包括以下步骤：
S1、先将100份质量的二次铝灰加入到350份质量的水中，混合均匀，制得混合液；将所述混合液在80℃条件下搅拌3h，经过滤得到滤渣；将滤渣洗涤、干燥，得到二次铝灰预处理粉；其中，二次铝灰的化学成分为：Al为7.6wt％、Al2O3为74.2wt％、SiO2为6.9wt％、Na2O为7.3wt％、K2O为1.8wt％，其他组分2.2wt％；粒度为0.147mm；
S2、将100份质量的所述二次铝灰预处理粉、8份质量的粘土熟料、4份质量的α-Al2O3和20份质量的碳化稻壳混合均匀，再加入20份质量的水、0.6份质量的聚丙烯酸钠，搅拌14min，制得泥料；然后向所述泥料中加入0.05份质量的发泡剂所制成的泡沫和2份质量的硅溶胶，搅拌6min，得到泡沫料浆；其中，碳化稻壳的化学成分为：C为26.5wt％、SiO2为44.6wt％％、IL为24.2wt％，其他组分4.7wt％；粒度为0.088mm；
S3、将所述泡沫料浆浇注成型，在30℃条件下干燥12h，脱模，再在80℃条件下干燥12h；然后在空气气氛和1500℃条件下热处理5h，制备得到多孔莫来石砖。
实施例5
一种利用二次铝灰为原料制备多孔莫来石砖的方法。包括以下步骤：
S1、先将100份质量的二次铝灰加入到420份质量的水中，混合均匀，制得混合液；将所述混合液在75℃条件下搅拌2h，经过滤得到滤渣；将滤渣洗涤、干燥，得到二次铝灰预处理粉；其中，二次铝灰的化学成分为：Al为5.4wt％、Al2O3为69.1wt％、SiO2为11.5wt％、Na2O为8.5wt％、K2O为2.9wt％，其他组分2.6wt％；粒度为0.147mm；
S2、将100份质量的所述二次铝灰预处理粉、6份质量的粘土熟料、1份质量的α-Al2O3和40份质量的碳化稻壳混合均匀，再加入30份质量的水、0.9份质量的聚丙烯酸钠，搅拌12min，制得泥料；然后向所述泥料中加入0.07份质量的发泡剂所制成的泡沫和3份质量的结合剂，结合剂为二醋酸甘油酯和硅溶胶，质量比为1:1，搅拌8min，得到泡沫料浆；其中，碳化稻壳的化学成分为：C为35.4wt％、SiO2为27.6wt％％、IL为31.5wt％，其他组分5.5wt％；粒度为0.088mm；
S3、将所述泡沫料浆浇注成型，在35℃条件下干燥10h，脱模，再在95℃条件下干燥10h；然后在空气气氛和1400℃条件下热处理4h，制备得到多孔莫来石砖。
实验分析：
实施例1至5制得的多孔莫来石砖，性能参数如下：
Figure BDA0003116395630000061
本具体实施方式与现有技术相比具有如下优点和积极效果：
(1)由于本具体实施方式采用的技术方案可同时利用二次铝灰中含量丰富的Al2O3和SiO2资源，能有效增大二次铝灰资源利用率，固本具体实施方式二次铝灰利用率高。
(2)本具体实施方式采用的原料主要有二次铝灰、水、粘土熟料和碳化稻壳，二次铝灰为亟待处理的铝工业废弃物，原料和运输成本小于100元/吨；粘土熟料为低品位耐火材料矿，成本在500至1000元/吨；而碳化稻壳则为农业废弃物稻壳经轻烧而得，来源广泛、成本低廉，在300至500元/吨，故本具体实施方式生产成本低。同时，由于本具体实施方式的制备工艺主要涉及低温常压搅拌、低温常压干燥和常压热处理，对生产设备和制备技术要求较低，故本具体实施方式生产工艺简单。
(3)本具体实施方式的目的是对固体废弃物二次铝灰进行再处理，由于处理过程外加的原料都是对环境无害的，故制品在生产过程和使用过程中均对环境无害。
(4)本具体实施方式所制备的多孔莫来石砖的体积密度为0.6至1.2g/cm3，导热系数为0.2至0.5W/(m·K)，耐压强度为2.8至14.6MPa。
因此，本发明二次铝灰利用率高、生产成本低、生产工艺简单和对环境无害，所制备的多孔莫来石具有较高的耐压强度、较低的体积密度和小的导热系数。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用二次铝灰制备多孔莫来石砖的方法，其特征在于，其步骤如下：
S1、先将100份质量的二次铝灰加入到300至500份质量的水中，混合均匀，制得混合液；将所述混合液经过滤得到滤渣，并将滤渣洗涤、干燥，得到二次铝灰预处理粉；
S2、将100份质量的所述二次铝灰预处理粉、5至10份质量的粘土熟料、1至5份质量的α-Al2O3和15至50份质量的碳化稻壳混合均匀，再加入20至30份质量的水、0.5至1份质量的聚丙烯酸钠，搅拌制得泥料；然后向所述泥料中加入0.05至0.1份质量的发泡剂所制成的泡沫和2至4份质量的结合剂，搅拌得到泡沫料浆；
S3、将所述泡沫料浆浇注成型，并干燥、脱模后，再进行干燥处理；最后在空气气氛下，经热处理，制备得到多孔莫来石砖。
2.根据权利要求1所述的一种利用二次铝灰制备多孔莫来石砖的方法，其特征在于，S1步骤中，所述混合液在60至80℃条件下，搅拌2至3h，然后进行过滤得到滤渣。
3.根据权利要求1所述的一种利用二次铝灰制备多孔莫来石砖的方法，其特征在于，S2步骤中，加入水和聚丙烯酸钠后，搅拌10至15min，制得泥料；加入发泡剂制成的泡沫和结合剂后，搅拌5至10min，得到泡沫料浆。
4.根据权利要求1所述的一种利用二次铝灰制备多孔莫来石砖的方法，其特征在于，S3步骤中，将所述泡沫料浆浇注成型，在30至40℃条件下干燥8至12h，脱模，再在80至100℃条件下干燥10至12h；然后在空气气氛和1350至1500℃条件下热处理3至5h，制备得到多孔莫来石砖。
5.根据权利要求1所述的一种利用二次铝灰制备多孔莫来石砖的方法，其特征在于，S1步骤中，二次铝灰的化学成分为：Al为1至10wt％、Al2O3为65至83wt％、SiO2为5至15wt％、Na2O为5至10wt％、K2O为1至5wt％；粒度≤0.150mm。
6.根据权利要求1所述的一种利用二次铝灰制备多孔莫来石砖的方法，其特征在于，S2步骤中，碳化稻壳的化学成分为：C为25至45wt％、SiO2为25至45wt％、IL为20至40wt％；粒度≤0.150mm。
7.根据权利要求1所述的一种利用二次铝灰制备多孔莫来石砖的方法，其特征在于，所述结合剂为二醋酸甘油酯、硅溶胶、聚乙二醇中的一种或几种。
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