CN115124357B - 一种利用铝灰熟料制备干式防渗料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用铝灰熟料制备干式防渗料的方法。首先将铝灰依次进行焙烧、水浸，水浸后得到铝灰熟料A；将焦宝石熟料B破碎至小于5mm颗粒料，得到焦宝石颗粒料B；所得铝灰熟料A中掺配富含二氧化硅物料C，混合均匀后得到混合料D；将所得焦宝石颗粒料B和混合料D进行配料、混合，混合均匀后进行机械活化，活化后得到干式防渗料。本发明有效利用了工业危废铝灰，消除了铝灰的危害，变废为宝，实现了铝灰的闭环利用和增值利用，节约了焦宝石资源；制备所得干式防渗料具有优异的抗电解质渗透能力，能够有效阻止熔盐对内衬材料的渗透和腐蚀；其导热系数低，从而有效降低电解槽底部散热，延长电解槽寿命。

Description

一种利用铝灰熟料制备干式防渗料的方法
一、技术领域：
本发明属于工业固废和电解铝内衬材料技术领域，具体涉及一种利用铝灰熟料制备干式防渗料的方法。
二、背景技术：
铝电解槽是铝电解生产的主体设备，槽内衬所用耐火材料在高温下会被从阴极炭块渗透下来的熔融电解质渗透侵蚀，导致耐火材料层结构被破坏，或者更进一步渗透保温层最终导致电解槽漏炉，被迫停槽大修。停槽不仅减少铝产量，而且增加大修成本。干式防渗料具有优异的阻止电解质渗透能力，其原理是当有电解质渗透而接触到防渗料时，电解质会与防渗料发生化学反应，生成一层致密的玻璃体状霞石层，从而阻止电解质液体的继续渗透，确保保温层不被破坏，防止漏槽事故的发生。防渗料是常用的电解槽内衬材料，每年的用量约200万吨。
铝灰是铝、铝合金、废铝熔炼过程中产生的废渣，主要成分是氧化铝、氮化铝、氯化物、二氧化硅、少量氟化物，每年的产生量约500万吨。铝灰遇水释放有害气体氨气，可溶氟化物和氯化物在淋雨时污染土壤和水体，铝灰属于危险废物，急需进行无害化处理。铝灰先经过焙烧处理，将氮化铝转化为氧化铝；而后水浸去除氯化物，得到的铝灰熟料是优质的含氧化铝资源，可以用于制备干式防渗料。
干式防渗料常用的原料是焦宝石，主要成分是二氧化硅和氧化铝，其Al2O3含量约40％，SiO2含量约50％。由于电解铝产能的增大，干式防渗料的用量越来越多，导致焦宝石供应紧张、价格上涨。而且焦宝石资源主要集中在山东、河南等地，对于云南、贵州、广西、新疆的电解铝企业来说，大大增加了运输成本。
专利CN102659391A公开了一种环保节能型干式防渗料及其制造方法，该发明专利申请公开的技术方案是：将粘土熟料、天然硅石、粉煤灰按照一定比例配料，添加少量的生粘土、固体水玻璃制备成干式防渗料。粘土熟料可以是焦宝石、叶腊石中的一种或其任意组合。粘土熟料颗粒加入量为40～70％，粘土熟料细粉2～20％，天然硅石的加入量为1～50％，粉煤灰的加入量为1～50％。其优点在于实现了粉煤灰的再生利用，降低了粉煤灰对生态环境造成的污染；用天然硅石替代部分粘土熟料，可以降低生产成本。
专利CN106565256A公开了一种铝电解槽用干式防渗料制备方法，该发明专利申请公开的技术方案是：防渗料的质量配比为焦宝石45～60％，粉煤灰25～40％，选自生石灰、镁砂、石英以及铝酸钙水泥中的一种或多种的添加剂5～20％。用粉煤灰代替一部分焦宝石，降低成本，同时废物得到很好的利用，大大降低了环境的负荷。
专利CN105862078B公开了一种利用陶瓷碎片和抛光砖废渣制备铝电解槽干式防渗料及其制备方法，该技术方案是将陶瓷碎片破碎、筛分，将抛光砖废渣水洗、筛分、烘干，按照一定的粒度配比，制备成铝电解槽干式防渗料。该发明专利申请可解决抛光砖废渣粉堆放占用大量耕地、污染环境的问题，将其做成高附加值的铝电解槽干式防渗料，降低铝电解槽干式防渗料的成本。
专利CN110342945A公开了一种干式防渗料生产方法，该技术方案中，按照重量份比包括，煤矸石60～80份，红柱石8～15份，结合剂15～23份，所述煤矸石的产地为新疆地区的煤矸石。节约了原料运输成本。
专利CN105130460A公开了一种利用铝电解废槽衬再生防渗料的方法。该方法将铝电解槽废槽衬中的废旧阴极炭块、耐火材料及废旧阴极钢棒按类分拣，选取出其中的耐火材料破碎成粉末后加入氧化铝、氧化钙等混合制备再生防渗料，氧化铝15～30％、氧化钙3～5％、氧化镁3～5％、废旧耐火材料粉末余量。但该方法并未将废旧耐火材料中的电解质去除，电解质含量大约在40～50％，作为原料制作防渗料时，起防渗作用的氧化铝和氧化硅含量较低，防渗效果差。
专利CN 111072393 A公开了一种适用于铝电解槽的环保型干式防渗料，该技术方案中，焦宝石熟料总量60～68份，粒度＜0.1mm的粉煤灰15～23份，粒度1～0mm的煤矸石熟料5～13份，粒度＜0.088mm的石英砂6～10份，粒度＜0.088mm的生粘土3～5份，粒度＜0.074mm的防渗添加剂2～4份。该发明通过采用优质煤废料粉煤灰为主要原料，原料来源广泛，质量稳定，电厂粉煤灰经过高温后体积稳定，质地均匀，保温性能好。
三、发明内容：
本发明要解决的技术问题是：根据目前铝电解槽所用干式防渗料制备技术发展状况和存在的不足，为了补充和完善干式防渗料的制备方法，本发明提供一种利用铝灰熟料制备干式防渗料的方法。
为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：
本发明提供一种利用铝灰熟料制备干式防渗料的方法，所述制备方法包括以下步骤：
a、首先将铝灰依次进行焙烧、水浸，水浸后得到铝灰熟料A；
b、将焦宝石熟料B破碎至小于5mm颗粒料，得到焦宝石颗粒料B；
c、所得铝灰熟料A中掺配富含二氧化硅物料C，混合均匀后得到混合料D；
d、将步骤b所得焦宝石颗粒料B和混合料D进行配料、混合，混合均匀后进行机械活化，活化时间为10～15分钟，活化后得到干式防渗料。
根据上述的利用铝灰熟料制备干式防渗料的方法，步骤a中所述焙烧、水浸的具体过程为：
首先在铝灰中加入反应助剂混合均匀，反应助剂的加入量占铝灰质量的50～70％，所得混合料在850～950℃条件下进行焙烧，焙烧时间为3～5h；焙烧后所得焙烧熟料按照液固比4～8：1加入水进行浸出，浸出时间为45～120min，浸出后进行固液分离，得到铝灰熟料A。
根据上述的利用铝灰熟料制备干式防渗料的方法，所述反应助剂为碳酸钠或碳酸氢钠(反应助剂以粉料添加)。
根据上述的利用铝灰熟料制备干式防渗料的方法，步骤a所得铝灰熟料A中Al2O3的质量百分含量为50～60％，SiO2的质量百分含量为3～8％。
根据上述的利用铝灰熟料制备干式防渗料的方法，步骤c中所述富含二氧化硅物料C为石英砂、硅石和河砂中的至少一种，所述物料C中SiO2的质量百分含量＞95％。
根据上述的利用铝灰熟料制备干式防渗料的方法，步骤c中所述物料C的添加量以铝灰熟料A中氧化铝含量和二氧化硅含量为基准，使其物料C和铝灰熟料A混匀后所得混合料D中Al2O3与SiO2的质量比即铝硅比满足0.8～0.9：1(铝灰熟料A以粉料形式掺配，物料C以小于5mm的颗粒料掺配)。
根据上述的利用铝灰熟料制备干式防渗料的方法，步骤d中所述焦宝石颗粒料B和混合料D进行配料时，混合料D的加入量以所得干式防渗料中SiO2+Al2O3≥85％、振实密度≥1.93g/cm3为基准，控制所得干式防渗料中混合料D所占质量百分比例为20～30％。
本发明技术方案中，在铝灰中添加反应助剂碳酸钠或者碳酸氢钠，混合均匀，混合料在空气气氛中进行焙烧，焙烧过程中，氮化铝反应生成氧化铝，氧化钠与氧化铝、二氧化硅反应生成多孔的沸石，同时氧化钠与氧化铝生成偏铝酸钠，主要化学反应如下：
2AlN+1.5O2＝Al2O3+N2 (1)
Na2CO3＝Na2O+CO2↑ (2)
2NaHCO3＝Na2O+H2O+2CO2↑ (3)
Na2O+Al2O3+SiO2+H2O＝1.95Na2O·1.95Al2O3·0.5SiO2·0.5H2O (4)
Na2O+Al2O3＝2NaAlO2 (5)
2Al+1.5O2＝Al2O3 (6)
本发明技术方案中，虽然反应助剂也可以使用碳酸氢钠，但碳酸氢钠的效果不如碳酸钠，主要是采用碳酸氢钠时单位产品药剂消耗大，CO2排放高、能耗高。
本发明的积极有益效果：
1、本发明技术方案，有效利用了工业危废铝灰，消除了铝灰的危害，变废为宝，实现了铝灰的闭环利用和增值利用，节约了焦宝石资源。
2、本发明技术方案中，采用的原料来源广，铝灰可以在电解铝企业或者周边的铝加工企业就地取材；制备的干式防渗料具有优异的阻止电解质渗透能力，能够有效阻止熔盐对内衬材料的渗透和腐蚀；所得干式防渗料的导热系数低，从而有效降低电解槽底部散热，延长电解槽寿命。
3、本发明技术方案中，熟料A水浸的滤液可以先提取氢氧化铝，而后蒸发结晶回收碳酸钠返回焙烧工序循环利用，节约了反应助剂消耗。
综上所述，本发明具有显著社会效益和经济效益。
四、具体实施方式：
以下通过具体实施方式对本发明进行更加详细的说明，但是并不用于限制本发明技术方案保护的范围。
实施例1：
本发明利用铝灰熟料制备干式防渗料的方法，该制备方法的详细步骤如下：
a、首先在500g铝灰中加入350g碳酸钠混合均匀，在空气气氛下，所得混合料在850℃条件下进行焙烧，焙烧时间为5h；焙烧后所得焙烧熟料按照液固比4：1加入水进行浸出，浸出时间为120min，浸出后进行固液分离，得到275.66g铝灰熟料A；经测试，所得铝灰熟料A中Al2O3的质量百分含量为52.5％，SiO2的质量百分含量为6.5％；
b、将焦宝石熟料B破碎至小于5mm颗粒料，得到焦宝石颗粒料B；
c、所得275.66g铝灰熟料A中掺配149.62g石英砂(石英砂为小于5mm的颗粒料)，混合均匀，得到425.28g混合料D；
d、按照混合料D占所得干式防渗料质量比例的20％为准，添加1701.11g焦宝石颗粒料B，混合均匀，混匀后进行机械活化15min，得到干式防渗料2126.39g。
本实施例制备所得干式防渗料，经测试，干式防渗料的振实密度为1.98g/cm3，Al2O3+SiO2＝86.37％，具有优异的阻止电解质渗透能力，满足标准YST456-2014的要求。
实施例2：
本发明利用铝灰熟料制备干式防渗料的方法，该制备方法的详细步骤如下：
a、首先在500g铝灰中加入250g碳酸钠混合均匀，在空气气氛下，所得混合料在950℃条件下进行焙烧，焙烧时间为3h；焙烧后所得焙烧熟料按照液固比6：1加入水进行浸出，浸出时间为80min，浸出后进行固液分离，得到325.47g铝灰熟料A；经测试，所得铝灰熟料A中Al2O3的质量百分含量为55.3％，SiO2的质量百分含量为5.6％；
b、将焦宝石熟料B破碎至小于5mm颗粒料，得到焦宝石颗粒料B；
c、所得325.47g铝灰熟料A中掺配210.98g硅石(硅石为小于5mm的颗粒料)，混合均匀，得到536.45g混合料D；
d、按照混合料D占所得干式防渗料质量比例的30％为准，添加1251.71g焦宝石颗粒料B，混合均匀，混匀后进行机械活化10min，得到干式防渗料1788.16g。
本实施例制备所得干式防渗料，经测试，干式防渗料的振实密度为1.94g/cm3，Al2O3+SiO2＝85.65％，具有优异的阻止电解质渗透能力，满足标准YST456-2014的要求。
实施例3：
本发明利用铝灰熟料制备干式防渗料的方法，该制备方法的详细步骤如下：
a、首先在500g铝灰中加入300g碳酸钠混合均匀，在空气气氛下，所得混合料在900℃条件下进行焙烧，焙烧时间为4h；焙烧后所得焙烧熟料按照液固比8：1加入水进行浸出，浸出时间为45min，浸出后进行固液分离，得到300.57g铝灰熟料A；经测试，所得铝灰熟料A中Al2O3的质量百分含量为50.0％，SiO2的质量百分含量为8.0％；
b、将焦宝石熟料B破碎至小于5mm颗粒料，得到焦宝石颗粒料B；
c、所得300.57g铝灰熟料A中掺配164.42g河砂(河砂为小于5mm的颗粒料)，混合均匀，得到464.98g混合料D；
d、按照混合料D占所得干式防渗料质量比例的23％为准，添加1556.68g焦宝石颗粒料B，混合均匀，混匀后进行机械活化14min，得到干式防渗料2021.67g。
本实施例制备所得干式防渗料，经测试，干式防渗料的振实密度为1.97g/cm3，Al2O3+SiO2＝85.69％，具有优异的抗电解质渗透能力，满足标准YST456-2014的要求。
实施例4：
本发明利用铝灰熟料制备干式防渗料的方法，该制备方法的详细步骤如下：
a、首先在500g铝灰中加入325g碳酸钠混合均匀，在空气气氛下，所得混合料在870℃条件下进行焙烧，焙烧时间为4.5h；焙烧后所得焙烧熟料按照液固比7：1加入水进行浸出，浸出时间为60min，浸出后进行固液分离，得到288.11g铝灰熟料A；经测试，所得铝灰熟料A中Al2O3的质量百分含量为57.1％，SiO2的质量百分含量为4.3％；
b、将焦宝石熟料B破碎至小于5mm颗粒料，得到焦宝石颗粒料B；
c、所得288.11g铝灰熟料A中掺配石英砂和河砂的混合物189.69g(石英砂和河砂均为小于5mm的颗粒料，二者以任意比例进行混合)，混合均匀，得到477.8g混合料D；
d、按照混合料D占所得干式防渗料质量比例的25％为准，添加1433.41g焦宝石颗粒料B，混合均匀，混匀后进行机械活化14min，得到干式防渗料1911.22g。
本实施例制备所得干式防渗料，经测试，干式防渗料的振实密度为1.96g/cm3，Al2O3+SiO2＝86.23％，具有优异的阻止电解质渗透能力，满足标准YST456-2014的要求。
实施例5：
本发明利用铝灰熟料制备干式防渗料的方法，该制备方法的详细步骤如下：
a、首先在500g铝灰中加入275g碳酸钠混合均匀，在空气气氛下，所得混合料在930℃条件下进行焙烧，焙烧时间为3.5h；焙烧后所得焙烧熟料按照液固比5：1加入水进行浸出，浸出时间为100min，浸出后进行固液分离，得到313.02g铝灰熟料A；经测试，所得铝灰熟料A中Al2O3的质量百分含量为60.0％，SiO2的质量百分含量为3.0％；
b、将焦宝石熟料B破碎至小于5mm颗粒料，得到焦宝石颗粒料B；
c、所得313.02g铝灰熟料A中掺配硅石、石英砂和河砂的混合物210.70g(硅石、石英砂和河砂均为小于5mm的颗粒料，三者以任意比例进行混合)，混合均匀，得到523.72g混合料D；
d、按照混合料D占所得干式防渗料质量比例的27％为准，添加1415.98g焦宝石颗粒料B，混合均匀，混匀后进行机械活化14min，得到干式防渗料1939.69g。
本实施例制备所得干式防渗料，经测试，干式防渗料的振实密度为1.95g/cm3，Al2O3+SiO2＝86.51％，具有优异的阻止电解质渗透能力，满足标准YST456-2014的要求。

Claims (2)

1.一种利用铝灰熟料制备干式防渗料的方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
a、首先将铝灰依次进行焙烧、水浸，水浸后得到铝灰熟料A；
所述焙烧、水浸的具体过程为：首先在铝灰中加入反应助剂混合均匀，反应助剂的加入量占铝灰质量的50～70%，所得混合料在850～950℃条件下进行焙烧，焙烧时间为3～5h；焙烧后所得焙烧熟料按照液固比4～8：1加入水进行浸出，浸出时间为45～120min，浸出后进行固液分离，得到铝灰熟料A；
所述反应助剂为碳酸钠或碳酸氢钠；
b、将焦宝石熟料B破碎至小于5mm颗粒料，得到焦宝石颗粒料B；
c、所得铝灰熟料A中掺配富含二氧化硅物料C，混合均匀后得到混合料D；
所述富含二氧化硅物料C为石英砂、硅石和河砂中的至少一种，所述物料C中SiO2的质量百分含量＞95%，物料C以小于5mm的颗粒料掺配；
所述物料C的添加量以铝灰熟料A中氧化铝含量和二氧化硅含量为基准，使其物料C和铝灰熟料A混匀后所得混合料D 中Al2O3与SiO2的质量比即铝硅比满足0.8～0.9：1；
d、将步骤b所得焦宝石颗粒料B和混合料D进行配料、混合，混合均匀后进行机械活化，活化时间为10～15分钟，活化后得到干式防渗料；
所述焦宝石颗粒料B和混合料D进行配料时，混合料D的加入量以所得干式防渗料中SiO2+Al2O3≥85%、振实密度≥1.93g/cm3为基准，控制所得干式防渗料中混合料D所占质量百分比例为20～30%。
2.根据权利要求1所述的利用铝灰熟料制备干式防渗料的方法，其特征在于：步骤a所得铝灰熟料A中Al2O3的质量百分含量为50～60%，SiO2的质量百分含量为3～8%。
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