CN113307640A - 一种利用二次铝灰为原料制备氧化铝-碳化硅-碳系耐火原料的方法 - Google Patents

一种利用二次铝灰为原料制备氧化铝-碳化硅-碳系耐火原料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种利用二次铝灰为原料制备氧化铝‑碳化硅‑碳系耐火原料的方法，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，制得混合液；将混合液经过滤得到滤渣；再将滤渣洗涤、干燥，得到二次铝灰预处理粉；然后将二次铝灰预处理粉、碳化稻壳和刚玉球加入到行星球磨机中进行球磨得到混合细粉；再将混合细粉、铝溶胶和水搅拌均匀，制得泥料；将泥料加入糖衣机中，制得预制粒；最后将预制粒先经过烘烤，然后在还原气氛条件下热处理，获得目标产品；本发明二次铝灰利用率高和生产成本低；耐火骨料体积密度大、气孔率低和重烧线变化小。

Description

一种利用二次铝灰为原料制备氧化铝-碳化硅-碳系耐火原料 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为原料制备氧化铝-碳化硅-碳系耐火原料的方法。
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。
目前我国关于二次铝灰的处理主要采用堆放和路基填埋等方式，不仅占用了大量的土地，浪费了宝贵的铝资源，不匹配我国铝矿资源匮乏的国情，同时二次铝灰长期放置在空气中或遇水还会产生大量的可燃性和有毒性气体，造成严重的空气污染和水污染，不符合国家绿色发展政策。也有相关研究提出，将二次铝灰进行提纯和化学反应制备聚合氯化铝絮凝剂、硫酸铝、碱式氯化铝等化工产品，但由于提纯要求高、制备工艺复杂，利用率和附加值难以满足企业发展需求，相关的产业未能有效推广。将二次铝灰无毒化后直接应用于水泥和墙体砖等建筑材料的制备是另一种较为简单的利用技术，但也存在铝资源利用率不足和产品附加值低、产生再次污染等问题。
申请号为CN201810472454.7、CN202010075954.4、CN201810062701.6的专利，公开了针对二次铝灰中富含的Al质资源进行耐火材料开发，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，但也存在二次铝灰资源利用率低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用二次铝灰为原料制备氧化铝-碳化硅-碳系耐火原料的方法，二次铝灰利用率高和生产成本低；所制备的Al2O3-SiC-C系耐火骨料体积密度大、气孔率低和重烧线变化小。
本发明提供了如下的技术方案
一种利用二次铝灰为原料制备氧化铝-碳化硅-碳系耐火原料的方法，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；然后将所述混合液经过滤得到滤渣；再将滤渣洗涤、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、10至30份质量的碳化稻壳和500至1000份质量的刚玉球加入到行星球磨机中进行球磨得到混合细粉；
S3、将100份质量的所述混合细粉、3至5份质量的铝溶胶和30至50份质量的水搅拌均匀，制得泥料；将所述泥料加入糖衣机中，制得预制粒
S4、将所述预制粒先经过烘烤，然后在还原气氛条件下，进行热处理获得目标产品Al2O3-SiC-C系耐火骨料。
优选的，S1步骤中，所述混合液在60至80℃条件下，搅拌3至5h，然后进行过滤得到滤渣
优选的，S2步骤中，行星球磨机转速为1500至2000r/min，球磨时间为5至10h。
优选的，S3步骤中，糖衣机转速为40至50r/min，并通过湿法造粒，制得预制粒。
优选的，S4步骤中，预制粒在100至120℃条件下烘烤12至24h，并依次在还原气氛和1600至1800℃条件下热处理2至3h，获得目标产品Al2O3-SiC-C系耐火骨料；
优选的，S1步骤中，所述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％。
优选的，S2步骤中，所述碳化稻壳的化学成分为：C为25至40wt％，SiO2为25至45wt％。
优选的，S3步骤中，所述铝溶胶的固含量为15至20wt％。
本发明的有益效果
(1)本发明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，固本发明二次铝灰利用率高。
(2)本发明采用的原料主要有二次铝灰、水和碳化稻壳，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；碳化稻壳为农业废弃物稻壳经轻烧而得，来源广泛、成本低廉，故本发明生产成本低。
(3)本发明二次铝灰利用率高和生产成本低；所制备的Al2O3-SiC-C系耐火骨料体积密度大、气孔率低和重烧线变化小。
具体实施方式
实施例1
一种利用二次铝灰为原料制备氧化铝-碳化硅-碳系耐火原料的方法，其步骤如下：
S1、先将100份质量的二次铝灰加入到380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9.5wt％，Al2O3为70.6wt％，SiO2为10.4wt％，其他组分为9.5wt％；
S2、将100份质量的所述二次铝灰预处理粉、20份质量的碳化稻壳和500份质量的刚玉球加入到行星球磨机中，在1600r/min的转速下球磨8h，得到混合细粉；其中，碳化稻壳的化学成分为：C为30.6wt％，SiO2为31.9wt％，其他组分为37.5wt％；
S3、将100份质量的所述混合细粉、3份质量的铝溶胶和45份质量的水搅拌均匀，制得泥料；将所述泥料加入糖衣机中，调节糖衣机转速为40r/min，湿法造粒，制得预制粒；其中，铝溶胶的固含量为16.2wt％
S4、将所述预制粒在110℃条件下烘烤16h，然后在还原气氛和1600℃条件下热处理2h，制得Al2O3-SiC-C系耐火骨料。
实施例2
一种利用二次铝灰为原料制备Al2O3-SiC-C系耐火骨料的方法，包括以下步骤：
S1、先将100份质量的二次铝灰加入到500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1.5wt％，Al2O3为82.6wt％，SiO2为5.2wt％，其他组分为10.7wt％；
S2、将100份质量的所述二次铝灰预处理粉、12份质量的碳化稻壳和1000份质量的刚玉球加入到行星球磨机中，在1900r/min的转速下球磨10h，得到混合细粉；其中，碳化稻壳的化学成分为：C为25.2wt％，SiO2为25.3wt％，其他组分为49.5wt％；
S3、将100份质量的所述混合细粉、5份质量的铝溶胶和40份质量的水搅拌均匀，制得泥料；将所述泥料加入糖衣机中，调节糖衣机转速为50r/min，湿法造粒，制得预制粒；其中，铝溶胶的固含量为19.6wt％；
S4、将所述预制粒在120℃条件下烘烤12h，然后在还原气氛和1800℃条件下热处理3h，制得Al2O3-SiC-C系耐火骨料。
实施例3
一种利用二次铝灰为原料制备Al2O3-SiC-C系耐火骨料的方法，包括以下步骤：
S1、先将100份质量的二次铝灰加入到430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4h，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5.2wt％，Al2O3为65.4wt％，SiO2为13.6wt％，其他组分为15.8wt％；
S2、将100份质量的所述二次铝灰预处理粉、30份质量的碳化稻壳和800份质量的刚玉球加入到行星球磨机中，在1500r/min的转速下球磨5h，得到混合细粉；其中，碳化稻壳的化学成分为：C为39.5wt％，SiO2为43.8wt％，其他组分为16.7wt％；
S3、将100份质量的所述混合细粉、4份质量的铝溶胶和30份质量的水搅拌均匀，制得泥料；将所述泥料加入糖衣机中，调节糖衣机转速为40r/min，湿法造粒，制得预制粒；其中，铝溶胶的固含量为15.1wt％；
S4、将所述预制粒在100℃条件下烘烤24h，然后在还原气氛和1700℃条件下热处理3h，制得Al2O3-SiC-C系耐火骨料。
实施例4
一种利用二次铝灰为原料制备Al2O3-SiC-C系耐火骨料的方法，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75℃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76.2wt％，SiO2为6.9wt％，其他组分为9.3wt％；
S2、将100份质量的所述二次铝灰预处理粉、25份质量的碳化稻壳和700份质量的刚玉球加入到行星球磨机中，在2000r/min的转速下球磨6h，得到混合细粉；其中，碳化稻壳的化学成分为：C为29.4wt％，SiO2为25.8wt％，其他组分为44.8wt％；
S3、将100份质量的所述混合细粉、3份质量的铝溶胶和40份质量的水搅拌均匀，制得泥料；将所述泥料加入糖衣机中，调节糖衣机转速为50r/min，湿法造粒，制得预制粒；其中，铝溶胶的固含量为17.3wt％；
S4、将所述预制粒在110℃条件下烘烤20h，然后在还原气氛和1800℃条件下热处理2h，制得Al2O3-SiC-C系耐火骨料。
实施例5
一种利用二次铝灰为原料制备Al2O3-SiC-C系耐火骨料的方法，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60℃条件下搅拌4h，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8.6wt％，Al2O3为69.1wt％，SiO2为11.5wt％，其他组分为10.8wt％；
S2、将100份质量的所述二次铝灰预处理粉、18份质量的碳化稻壳和900份质量的刚玉球加入到行星球磨机中，在1800r/min的转速下球磨7h，得到混合细粉；其中，碳化稻壳的化学成分为：C为35.6wt％，SiO2为40.2wt％，其他组分为24.2wt％；
S3、将100份质量的所述混合细粉、5份质量的铝溶胶和50份质量的水搅拌均匀，制得泥料；将所述泥料加入糖衣机中，调节糖衣机转速为45r/min，湿法造粒，制得预制粒；其中，铝溶胶的固含量为18.8wt％；
S4、将所述预制粒在120℃条件下烘烤15h，然后在还原气氛和1800℃条件下热处理3h，制得Al2O3-SiC-C系耐火骨料。
实验分析：
实施例1至5所制得产品，性能参数如下：
Figure BDA0003116397310000061
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；碳化稻壳为农业废弃物稻壳经轻烧而得，来源广泛、成本低廉，故本具体实施方式生产成本低。
(3)本具体实施方式所制备的Al2O3-SiC-C系耐火骨料：主要物相为60～88wt％的刚玉、5～30wt％的莫来石和5～10wt％的SiC，体积密度为3.07～3.22g/cm3，气孔率为3.5～5.8％，1450℃重烧线变化为-0.5～-0.2％。因此，本具体实施方式二次铝灰利用率高和生产成本低；所制备的Al2O3-SiC-C系耐火骨料体积密度大、气孔率低和重烧线变化小
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 (8)

1.一种利用二次铝灰为原料制备氧化铝-碳化硅-碳系耐火原料的方法，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；然后将所述混合液经过滤得到滤渣；再将滤渣洗涤、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、10至30份质量的碳化稻壳和500至1000份质量的刚玉球加入到行星球磨机中进行球磨得到混合细粉；
S3、将100份质量的所述混合细粉、3至5份质量的铝溶胶和30至50份质量的水搅拌均匀，制得泥料；将所述泥料加入糖衣机中，制得预制粒；
S4、将所述预制粒先经过烘烤，然后在还原气氛条件下，进行热处理获得目标产品Al2O3-SiC-C系耐火骨料。
2.根据权利要求1所述的一种利用二次铝灰为原料制备氧化铝-碳化硅-碳系耐火原料的方法，其特征在于，S1步骤中，所述混合液在60至80℃条件下，搅拌3至5h，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为原料制备氧化铝-碳化硅-碳系耐火原料的方法，其特征在于，S2步骤中，行星球磨机转速为1500至2000r/min，球磨时间为5至10h。
4.根据权利要求1所述的一种利用二次铝灰为原料制备氧化铝-碳化硅-碳系耐火原料的方法，其特征在于，S3步骤中，糖衣机转速为40至50r/min，并通过湿法造粒，制得预制粒。
5.根据权利要求1所述的一种利用二次铝灰为原料制备氧化铝-碳化硅-碳系耐火原料的方法，其特征在于，S4步骤中，预制粒在100至120℃条件下烘烤12至24h，并依次在还原气氛和1600至1800℃条件下热处理2至3h，获得目标产品Al2O3-SiC-C系耐火骨料。
6.根据权利要求1所述的一种利用二次铝灰为原料制备氧化铝-碳化硅-碳系耐火原料的方法，其特征在于，S1步骤中，所述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％。
7.根据权利要求1所述的一种利用二次铝灰为原料制备氧化铝-碳化硅-碳系耐火原料的方法，其特征在于，S2步骤中，所述碳化稻壳的化学成分为：C为25至40wt％，SiO2为25至45wt％。
8.根据权利要求1所述的一种利用二次铝灰为原料制备氧化铝-碳化硅-碳系耐火原料的方法，其特征在于，S3步骤中，所述铝溶胶的固含量为15至20wt％。
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