CN114477991A - 利用固废铝灰制备蓄热体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铝灰环保处理方法，尤其涉及用于回收铝灰的利用固废铝灰制备蓄热体的方法，将铝灰经过均质、沸腾熟化、调质、制球、烧结、检测步骤，利用铝灰中惰性氧化铝含量高、质地均匀的特征，进而烧结得到蓄热体，蓄热体内外质地均匀，进而能够提高蓄热稳定性，经过长期使用损耗后，表面热性能不变，仅仅是蓄热体体积降低，通过补充蓄热体的方法就能够进行维护，操作方便，同时能够解决铝灰固废污染的问题。
Description
技术领域
本发明涉及铝灰环保处理方法，尤其涉及用于回收铝灰的利用固废铝灰制备蓄热体的方法。
背景技术
随着铝镁合金的大量普及应用，在铝合金的熔铸中产生含有40%左右原位镁铝尖晶石的固废铝灰（惰性氧化铝），处理不好这些固废铝灰（惰性氧化铝）会对环境造成污染，同时浪费了大量的原位镁铝尖晶石和氧化铝的自然资源，为解决铝灰固废污染的问题，本领域的技术人员通过生物或者化学的方式处理铝灰，进而进行提纯，如申请号为201811302602.7的中国发明专利公开的铝灰回收工艺，包括步骤S1：以碾碎的水葫芦粉末作为碳源，培养变形链球菌；S2：将铝灰倒入含有大量变形链球菌的培养池中，搅拌均匀后，利用变形链球菌对铝灰进行处理；S3：将处理后的铝灰捞出，沥干，并放入回转炉内进行炒灰作业；S4：倒出回转炉内的铝水，并向其中加入咪咪铝，搅拌均匀；S5：再次倒出铝水，铝水冷却得到渣锭；S6：回转炉内剩余的灰渣转入冷灰桶内冷却；S7：开启冷灰桶内的球磨机；S8：开启磁选机，将冷灰桶内的物料按照细灰、咪咪铝和大块铝渣分类收集，申请号为201710104633.0的发明专利申请公开的铝灰回收再利用方法，包括步骤：脱氨处理：将铝灰粉末与水或者碱溶液按一定质量比进行调浆，调浆过程中产生氨气，氨气通过吸收塔用强酸吸收制成铵盐，调浆后的矿浆经泵输送至加压反应釜；制备氧化铝：根据所述铝灰中金属铝含量不同对所述矿浆进行酸洗，随后加入碱溶液或者碱洗，随后加入酸溶液进行处理产生沉淀并过滤，对沉淀进行煅烧形成氧化铝粉末，对滤液加热浓缩得到工业用盐，通过生物或者化学的方式对铝灰进行除杂，能够回收利用，然而，铝灰中含有大量的惰性氧化铝，需要更为有效的利用。
镁铝尖晶石是无机非金属材料，属碱性耐火材料，具有较强的抗碱性金属氧化物侵蚀能力，耐火度高，耐磨性好，尤其是具有很好的热震稳定性，镁铝尖晶石蓄热球抗热震稳定性1100℃风冷超过30次以上，1100℃水冷超过20次以上，进而保证燃烧器的喷射嘴工作稳定，而现有的镁铝尖晶石制备通常通过镁砂与高铝矾土结合后烧结。
因此，需要得到一种通过利用固废铝灰制备蓄热体的方法，以能够解决铝灰污染问题，还能够得到优质的镁铝尖晶石蓄热体。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能够回收铝灰降低污染、同时能够得到高性能蓄热体的利用固废铝灰制备蓄热体的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种利用固废铝灰制备蓄热体的方法，包括以下步骤：
步骤一，均质，取铝灰，所述铝灰中原位镁铝尖晶石含量为35-45%，研磨至平均粒径为500-700目，得到原料粉，铝灰中原位镁铝尖晶石是低温下形成的，属活性尖晶石，在后面的制成球坯进行烧结时在1200℃-1300℃时有8%的体积膨胀，尖晶石含量超过45%容易导致球坯龟裂，尖晶石含量低于35%球坯烧结后的抗热震稳定性能减弱；
步骤二，沸腾熟化，将原料粉与软化水混合，加热沸腾12-24h，晾干，得到熟化粉，通过熟化，使铝灰的活性物质充分分解后成为稳定的物质其中活性物质包括AlN、Al、Al4C3，熟化后成为Al2O3，以利于制球，如果没有熟化工艺或熟化不彻底将导致制球坯时产热、发泡、烂球等，导致制球坯无法进行，这就是过去没有人用铝灰一次制球的原因，通过熟化后的铝灰可直接制球坯，迈过了铝灰加热1200℃才能制球的这道坎，大量节约能源和成本，效益是显而易见的；
步骤三，调质，在熟化粉中混入调质剂，使熟化粉中Al2O3含量不低于85wt%，Al2O3与Al2MgO4的含量总和不低于95wt%，得到调质粉，通过调质能够在烧结成蓄热球时提高体积密度和导热性能，进而使蓄热球的耐热稳定性和抗热震稳定性得到保证；
步骤四，制球，将调质粉与结合剂混合后制球，调质粉与结合剂之间的重量比为20:1，得到平均粒径为26-27mm的球体，烘干，得到球坯；
步骤五，烧结，对球坯进行烧结，烧结过程中，球体内活性物质例如镁铝尖晶石和氧化铝、氢氧化铝等结合成为稳定富铝的镁铝尖晶石晶相，在以后的蓄热放热过程中不易再次膨胀造成粉体脱落、龟裂烂球之类的现象以保障蓄热球正常使用，得到蓄热球；
步骤六，检测，包装。
进一步地，步骤一中，原料粉中氧化铝含量为65-80wt%，氧化铁含量不高于1wt%、氧化硅含量不高于1wt%，目前，铝灰中氧化铝含量普遍在65-80wt%，以该数据为基础，进而进行回收处理，得到蓄热球，原材料中氧化铝含量过高，非αAl2O3晶相过多，在烧结过程中造成晶相变化球坯也变化过多，容易造成龟裂的现象，含量过低，调质时加入的αAl2O3过多将增大蓄热球的原材料成本，而氧化铁和氧化硅的含量过高，在烧结过程中他们与铝灰中活性物质反应形成非镁铝尖晶石晶相，容易造成龟裂现象。
进一步地，所述调质剂选用αAl2O3、白泥、长石粉、滑石粉其中的一种或者多种。
进一步地，步骤四中，所述结合剂选用亚硫酸纸浆废液或糊精。
进一步地，步骤五中，烧结温度为1400-1500℃，烧结时间为50-70h。
本发明的有益效果在于：利用固废铝灰制备蓄热体的方法，将铝灰经过均质、沸腾熟化、调质、制球、烧结、检测步骤，利用铝灰中惰性氧化铝含量高、质地均匀的特征，进而烧结得到蓄热体，蓄热体内外质地均匀，进而能够提高蓄热稳定性，经过长期使用损耗后，表面热性能不变，仅仅是蓄热体体积降低，通过补充蓄热体的方法就能够进行维护，操作方便，同时能够解决铝灰固废污染的问题。
附图说明
图1为喷嘴箱结构示意图
图2为喷嘴箱主视剖面示意图；
图3为图2中A处局部放大图；
图4为单板结构示意图；
图5为内托板结构示意图；
图6为另一种喷嘴箱主视剖面示意图；
图7为内通道主视剖面示意图；
图8为内托板结构示意图。
其中：1、外通道；2、外接口；3、外蓄热腔；4、压板；5、接管；6、内通道；7、内接口；8、排渣歧管；9、排渣主管；10、内蓄热腔；11、钢壳；12、耐火内衬；13、外托板；14、内托板；15、支撑架；16、托架；17、连接柱；18、过滤网；19、单板；20、支撑球；21、过风通道；22、沟槽；23、集灰槽；24、隔板；25、内支撑块；26、出风挡块；27、外支撑块；28、进风挡块；29、过滤板。
具体实施方式
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将结合发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下各实施例中，
αAl2O3纯度不低于99%，平均粒度为1000目；
白泥平均粒度为320目；
长石粉平均粒度为320目；
滑石粉平均粒度320目；
亚硫酸纸浆废液常温下为液态密度1.2-1.4g/cm3；
糊精为浓度1%的黄糊精溶液；
调质步骤在强制混料机内混合；
制球步骤在制粒机中进行，选用ɸ2600mm的制粒机，在制粒的过程中，先制成ɸ5mm的引子，在制粒机中加入20Kg引子，然后加入调质粉和结合剂，制球的过程中，以6h内直径达到ɸ26-ɸ27mm为合格，在制球的过程中，保证给料的连续性，进而保证成球稳定；
在烘干机内烘干，烘干时间为10-24h，烘干温度为105-135℃，烘干过程拟静态，即在烘干的过程中避免球坯的震动，进而保证烘干效果，避免球坯破裂；
烧结在隧道窑中进行，烧结温度为1400-1500℃，烧结时间为50-70h。
实施例1
一种利用固废铝灰制备蓄热体的方法，包括以下步骤：
步骤一，均质，取铝灰，铝灰中原位镁铝尖晶石含量为44.04%，研磨至平均粒径为700目，得到原料粉，原料粉中氧化铝含量为69.94wt%，氧化铁含量为0.87wt%、氧化硅含量为0.91wt%，参数见附表1；
步骤二，沸腾熟化，将原料粉与软化水混合，混合比例为原料粉100Kg、软化水50Kg，加热沸腾12h，晾干至含水率为8%，得到熟化粉，参数见附表2，当含水率高于9%时易结块，成球稳定性差；
步骤三，调质，在熟化粉中混入调质剂，熟化粉与调质剂的混合比例为1000kg的熟化粉中加入αAl2O3 380Kg、白泥10Kg、长石粉10Kg、滑石粉10Kg，αAl2O3、白泥、长石粉、滑石粉组成调质剂，使调质粉中Al2O3含量为85.56wt%，Al2O3与Al2MgO4的含量总和为95wt%，得到调质粉；
步骤四，制球，将调质粉与结合剂混合后制球，调质粉与结合剂之间的重量比为20:1，得到平均粒径为26-27mm的球体，烘干，得到球坯，其中，结合剂选用亚硫酸纸浆废液；
步骤五，烧结，对球坯进行烧结，得到蓄热球；
步骤六，检测，参数见附表3，包装。
实施例2
一种利用固废铝灰制备蓄热体的方法，包括以下步骤：
步骤一，均质，取铝灰，铝灰中原位镁铝尖晶石含量为42.05%，研磨至平均粒径为600目，得到原料粉，原料粉中氧化铝含量为71.79wt%，氧化铁含量为0.92wt%、氧化硅含量为0.94wt%，参数见附表1；
步骤二，沸腾熟化，将原料粉与软化水混合，混合比例为原料粉100Kg、软化水50Kg，加热沸腾12h，晾干至含水率为8.5%，得到熟化粉，参数见附表2，当含水率高于9%时易结块，成球稳定性差；
步骤三，调质，在熟化粉中混入调质剂，熟化粉与调质剂的混合比例为1000kg的熟化粉中加入αAl2O3 275 Kg、白泥10 Kg、长石粉10 Kg、滑石粉10 Kg，αAl2O3、白泥、长石粉、滑石粉组成调质剂，使调制粉中Al2O3含量为85.96wt%，Al2O3与Al2MgO4的含量总和为95wt%，得到调制粉；
步骤四，制球，将调质粉与结合剂混合后制球，调质粉与结合剂之间的重量比为20:1，得到平均粒径为26-27mm的球体，烘干，得到球坯，其中，结合剂选用亚硫酸纸浆废液；
步骤五，烧结，对球坯进行烧结，得到蓄热球；
步骤六，检测，参数见附表3，包装。
附表1，铝灰原料检测结果
| Al2O3含量/wt% | 原位镁铝尖晶石含量/wt% | 氧化铁含量/wt% | 氧化硅含量/wt% | 氧化镁含量/wt% | 烧失量/% | |
| 实施例1 | 69.94 | 44.04 | 0.87 | 0.91 | 10.76 | 12.71 |
| 实施例2 | 71.79 | 42.05 | 0.92 | 0.94 | 10.12 | 14.66 |
表1中为铝灰原料粉，河南明泰铝业有限公司和河南明泰科技发展有限公司都有熔铸车间，熔铸车间的下脚料含有大量金属Al、AlN、Al4C3和各种盐类（熔铸工艺中带入）属危废，不能随便出厂，明泰科技发展有限公司于2020年新上一个铝灰处理分厂，就是将河南明泰铝业总公司旗下的几个公司产出的铝灰经过提铝，提盐，分解等多个工艺处理后铝灰变成了固废，但是铝灰中仍有金属Al和AlN以及Al4C3的存在，原料铝灰粉就是这个固废铝灰。
附表2，经过熟化晾干后的检测结果。
| Al2O3含量/wt% | 原位镁铝尖晶石含量/wt% | 氧化铁含量/wt% | 氧化硅含量/wt% | 氧化镁含量/wt% | 烧失量/% | |
| 实施例1 | 72.06 | 42.24 | 0.94 | 0.93 | 9.44 | 9 |
| 实施例2 | 73.32 | 39.9 | 0.96 | 0.96 | 9.04 | 9 |
经过熟化后熟料粉经过XRD测试铝灰原料中金属Al、AlN、Al4C3基本上没有了，氧化铝含量得到提升，在制球坯过程中不再出现产热、发泡、烂球等现象，化学方法测试的结果主要作为调质的依据。
附表3，成品检测结果
| 比热容/ J/（kg·K） | 体积密度/ g/cm3 | 1100℃（风冷）热震稳定性/次 | |
| 实施例1 | 1070 | 3.0 | 42-43 |
| 实施例2 | 1070 | 3.2 | 44-45 |
| 对比例1 | 980 | 3.3 | 32-33 |
对比例1为现有产品的检测结果，为河南明泰铝业股份有限公司，氧化铝型蓄热球，比热容为980J/（kg·K），体积密度为3.3g/cm3，1100℃（风冷）热震稳定性为32-33次。
由附表3可以知道，本发明的到的蓄热球，比热容1070J/（kg·K），体积密度3.0-3.2g/cm3，抗热震稳定性42-45次，整体效果优于原蓄热球，且能够回收铝灰，降低环境污染，蓄热球材质更为均匀，使用稳定性高，使用寿命长，具有更好的经济效益，具有较高的社会价值。
实施例1或实施例2得到的蓄热体，用于蓄热式燃烧的喷嘴箱，如图1-5所示，包括钢壳11，钢壳内壁安装有耐火内衬12，耐火内衬选用氧化铝含量在48%以上的硅酸铝质耐火材料，耐火内衬围成蓄热腔，在蓄热腔内填充球形的蓄热体，具体的，喷嘴箱包括外通道1、内通道6，外通道连接有外蓄热腔3，内通道连接有内蓄热腔10，外蓄热腔和内蓄热腔连通，本实施例中，外蓄热腔和内蓄热腔均斜向上，高端相互连通，外蓄热腔、内蓄热腔的横截面积大于相应的外通道、内通道的横截面积，能够容纳更多的蓄热体，保证热交换效果，同时，气流在该处流速降低、压强增加，热交换量增加，由于风速降低，对蓄热体的扰动降低，蓄热体之间的相对移动减少，同时，方便进行补料，在高处补充蓄热体，蓄热体自由下滑，使蓄热体之间挤压支撑，避免在通风的过程中相互碰撞，进而降低磨损，外通道连接有外接口2，内通道连接有内接口7，外接口和内接口内均安装有由耐火材料制成的耐火栅板，进而阻挡蓄热体外溢，通过外接口连接至切换管路，实现双通道之间的切换，进而实现喷嘴箱的蓄热功能，提高热利用率，内接口用于风通过，同时形成喷嘴，提高风速。
本实施例中，外蓄热腔和内蓄热腔连接处上端加工有开口，开口处安装有多条由耐火材料制成的单板19，单板之间形成过风通道21，在单板上侧安装有过滤网18，过滤网为多层不锈钢丝网，在过滤网上端安装有压板4，压板与钢壳之间可拆卸密封连接，具体为在压板边缘安装橡胶垫，在压板上安装有向上的接管，进而能够连通至辅助气体，改变热风成分，例如增氧，为使过风通道稳定，过风通道横截面为梯形，在过风通道内放置支撑球20，本实施例中，支撑球选用蓄热体即可，不需要额外制作，过滤层由多层不锈钢丝网制成，本身具有弹性，能够压紧单板，同时防止支撑球向上逃逸，为方便放置支撑球，在单板边缘成型沟槽22，相邻两个单板相应的沟槽形成支撑球孔，能够防止支撑球横向移动，沟槽横截面面积自上而下逐渐减小，进而能够避免支撑球向下滑落出支撑球孔，单板横截面为弧形，具有较高的抗弯折强度，单板端部搭接在侧面耐火内衬上即可，方便安装，值得注意的是，本实施例中，拆除压板，取出过滤网，然后取出其中一个单板即可向蓄热腔内补充蓄热体，方便操作。
本实施例中，为避免蓄热体碎屑进入气流中，保证气流洁净，外通道底部的耐火内衬为外托板13，内通道底部的耐火内衬为内托板14，在外托板和内托板上均成型有集灰槽23，集灰槽的宽度值是蓄热体直径值的2/3，集灰槽延伸至外托板和内托板端部，外接口和内接口连通至相应外通道、内通道的上侧，蓄热体碎屑进过蓄热体阻挡后落入蓄热腔底部，进而滑落至集灰槽内，为方便清理，在钢壳上对应集灰槽位置处安装有排渣歧管8，排渣歧管有多个，与蓄热腔连通，排渣歧管连通至排渣主管9，常态下，排渣主管出口端封堵，当需要进行清理时，封堵外接口和内接口，打开排渣主管，通过接管充入高压气流，气流经过排渣歧管及排渣主管时，将蓄热体碎屑带出，方便清理。
在喷嘴箱下端还安装有支撑架15，支撑架上安装有支撑至内蓄热腔、外蓄热腔下表面的托架16，进而保证喷嘴箱的结构稳定性，在支撑架上还安装有向下的连接柱17，用于连接至移动或者固定的平台，进而实现喷嘴箱的整体预装。
另一种喷嘴箱，如图6-8所示，与实施例3不同的是，在内通道内安装有进出风分流控制装置，包括横向的隔板24，隔板将内通道分割为上通道、下通道，隔板与耐火内衬之间通过内支撑块25、外支撑块27支撑，进而保证隔板稳定，在隔板上方的内支撑块、外支撑块之间有出风挡块26，出风挡块延伸至与耐火内衬滑动配合，出风挡块横截面为楔形，相应位置处的耐火内衬上壁倾斜，具体是，耐火内衬自内而外高度逐渐降低，当出风时，风压推动出风挡块向内，进而与耐火内衬、隔板之间间距降低，上通道出风量降低，在隔板下方的内支撑块、外支撑块之间有进风挡块28，进风挡块延伸至与耐火内衬滑动配合，进风挡块横截面为楔形，相应位置处的隔板下壁倾斜，具体是，隔板下壁自内而外高度逐渐增加，当进风时，风压推动进风挡块向外，进而与耐火内衬、隔板之间间距降低，下通道进风量降低。
向燃烧室进风时，进风挡块向内移动，进风挡块与耐火内衬、隔板之间间距增加，上通道风量增加，同时，出风挡块向内移动，出风挡块与耐火内衬、隔板之间间距减小，下通道风量降低，进而能够阻止蓄热体碎屑进入燃烧室中。
燃烧室出风时，进风挡块向外移动，进风挡块与耐火内衬、隔板之间间距降低，上通道风量降低，同时，出风挡块向外移动，出风挡块与耐火内衬、隔板之间间距增加，下通道风量增加，将集灰槽内的蓄热体碎屑带出，为进一步的保证效果，内托板的集灰槽向内延伸至内支撑块处，距内支撑块20mm，出风挡块向内滑动时，能够内托板上表面配合，防止自集灰槽处向燃烧室内进风，进而保证进风纯净，通过集灰槽，还能够减小内托板与出风挡块之间的摩擦面积，进而提高使用寿命。
外接口下端与集灰槽齐平，出风能够将集灰槽内的蓄热体碎屑带出，进而能够通过除尘器收集，降低环境污染。
在内通道的外端安装有过滤板29，进而避免蓄热体进入内通道中，保证进风挡块、出风挡块正常滑动。
与实施例3相比，本实施例提供的喷嘴箱，不需要定期的清理蓄热体碎屑，能够自动清理蓄热体碎屑，保证进入燃烧室的气流清洁，缺点在于，进出风分流控制装置为易损件，需要定期维护。
最后应说明的是：以上所述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之内。
Claims (5)
1.一种利用固废铝灰制备蓄热体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，均质，取铝灰，所述铝灰中原位镁铝尖晶石含量为35-45%，研磨至平均粒径为500-700目，得到原料粉；
步骤二，沸腾熟化，将原料粉与软化水混合，加热沸腾12-24h，晾干，得到熟化粉；
步骤三，调质，在熟化粉中混入调质剂，使熟化粉中Al2O3含量不低于85wt%，Al2O3与Al2MgO4的含量总和不低于95wt%，得到调质粉；
步骤四，制球，将调质粉与结合剂混合后制球，得到平均粒径为26-27mm的球体，烘干，得到球坯；
步骤五，烧结，对球坯进行烧结，得到蓄热球；
步骤六，检测，包装。
2.根据权利要求1所述的利用固废铝灰制备蓄热体的方法，其特征在于，步骤一中，原料粉中氧化铝含量为65-80wt%，氧化铁含量不高于1wt%、氧化硅含量不高于1wt%。
3.根据权利要求1所述的利用固废铝灰制备蓄热体的方法，其特征在于，所述调质剂选用αAl2O3、白泥、长石粉、滑石粉其中的一种或者多种。
4.根据权利要求1所述的利用固废铝灰制备蓄热体的方法，其特征在于，步骤四中，所述结合剂选用亚硫酸纸浆废液或糊精。
5.根据权利要求1所述的利用固废铝灰制备蓄热体的方法，其特征在于，步骤五中，烧结温度为1400-1500℃，烧结时间为50-70h。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220513 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |