CN1233477C - 将铝渣灰资源化利用的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种将铝渣灰资源化利用的方法，主要是将炼铝炉渣分选回收金属铝后剩余的铝渣灰废弃物进行煅烧(Calcination)，制成耐火材料的原料，以达成铝渣灰资源化的目的；另进一步研磨上述原料，并添加配料而烧制成高单价的陶瓷滤料。本发明既解决铝渣灰处理的问题，又有效减少了制造耐火材料的原料及陶瓷滤料中的资源和能源浪费，创造更多的经济价值和社会效益。

Description

将铝渣灰资源化利用的方法

【技术领域】

本发明涉及一种将铝渣灰资源化利用制成耐火材料的原料，另将上述耐火材料的原料再与其它原料配比而制成陶瓷滤料的方法。

【背景技术】

铝是地壳中存量最丰富的金属元素，性极活泼，在自然界中并不以金属的状态存在，直到十九世纪铝金属提炼技术的出现，铝金属的应用才逐渐开始，而到目前为止已成为用量仅次于铁的金属，且持续增加当中。

铝为高活性的金属，因此再生铝厂炼铝过程中，易有氧化浮渣的产生；此种浮渣移除冷却后称为炼铝炉渣，简称铝渣。炼铝除去铝渣的过程中，部分的金属铝会夹杂其中；故一般处理铝渣的方式乃是将其中之残留金属铝予以分选回收，分选剩余之物便将之抛弃。此被抛弃之物，称之为铝渣灰。铝渣灰的化学成分主要以氧化铝、氧化硅、氧化钠、氧化铁、氧化镁及氧化钙为主，其各成分的比例随着各厂家的原料及操作条件不同而略有变化，典型的铝渣灰成分为：三氧化二铝(Al₂O₃)，二氧化硅(SiO₂)，氧化纳(Na₂O)，三氧化二铁(Fe₂O₃)，氧化镁(MgO)，氧化钙(CaO)。而铝渣灰颗粒大小亦随着各厂家筛选作业条件不同而异，通常在20筛目以下。

至于陶瓷滤料，其以耐腐蚀、耐高温、机械强度大、孔隙率高、液体流态好、产品无溶出物不使液体受二次污染、易清洗等优点而被广泛用于水处理、酒类净化、食用油等的过滤多种行业，可取代棉织物、塑料、金属网以及不规则粒状填料(沙、碎石、矿渣)等，是国际市场上颇为时兴的产品。

但目前制造陶瓷滤料，均采用全新的铝原料，尚无法利用废弃资源进行再生。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是，将铝渣灰废弃物制成耐火材料的原料；进一步研磨上述原料并添加配料制成陶瓷滤料，以达到铝渣灰资源化废物利用的目的。

本发明根据铝渣灰铝含量高与耐火材料的原料化学成分接近的特点，利用此特性将其制成耐火材料的原料。本发明的基本步骤为：

a、以铝渣灰为原料；

b、进行高温煅烧(Calcination)、安定化；

c、制成耐火材料的原料。

利用上述步骤，不仅可以将铝渣灰充分资源化再利用，解决铝渣灰处理的问题；而且可以提高铝渣灰的附加价值及有效减少制造耐火材料原料折资源及能源的浪费。

上述步骤所制成的耐火材料的原料为α氧化铝(α-Al₂O₃)，将α氧化铝再与其它原料配比经烧制后，将可制成陶瓷滤料，其后续步骤为：

d、研磨α氧化铝(α-Al₂O₃)；

e、添加配料如粘结剂、成孔剂、助熔剂、稳定剂、添加剂等；

f、混炼；

g、成型陶瓷滤料胚形；

h、干燥陶瓷滤料胚形；

i、烧成；

j、降温；

k、完成成品。

施予上述后续步骤，可以提高铝渣灰的附加价值，并使陶瓷滤材(或耐火材料)完全不需依赖全新的原料制造，避免资源及能源的浪费。

通过本发明，原先视为废弃物的铝渣灰，可有效资源化再利用，进而转制成高单价的陶瓷滤料。

【附图说明】

图1是本发明的基本步骤流程图。

图2是铝渣灰以1300℃煅烧经X光绕射分析结果。

图3是为铝渣灰800℃至1500℃煅烧经X光绕射分析结果图。

图4是本发明制作陶瓷滤料的流程图。

图5是本发明制作陶瓷滤料时的原料成分比例图表。

【具体实施方式】

参阅图1，本发明的基本步骤是：

a、以铝渣灰为原料；

b、进行高温煅烧(Calcination)、安定化；

c、制成耐火材料的原料。

上述步骤中，主要是利用高温窑炉将铝渣灰高温煅烧(Calcination)，使其转变成为主要成分为氧化铝(矿物结晶相为刚玉)的材料，以作为耐火材料的原料使用。煅烧中，影响资源化再利用的氮化铝(AlN)及碳化铝(Al₄C₃)将趋于安定。

前述的高温煅烧，其温度范围是自800℃至1800℃。

又上述的铝渣灰是指炼铝炉渣分选回收金属铝后的剩余物或是炼铝炉渣经粉碎研磨过程所得细颗粒。

根据上述方法煅烧至800℃后的铝渣灰材料，从其X光绕射分析(XRD)的结果便可看出有明显的刚玉结晶相产生，图2所示即为铝渣灰1300℃煅烧经X光绕射分析结果，图中X轴及Y轴是表示X光照射角度及强度；上述刚玉结晶相随着煅烧的温度越高而越明显；图3为铝渣灰800℃至1500℃煅烧经X光绕射分析结果的堆栈图。因此控制铝渣灰煅烧的温度，所制得的原料是可配合不同等级耐火材料应用的需要，此所称的耐火材料包括耐火砖、耐火泥、浇注料等定型及不定型耐火材料；又所称耐火材料的原料是指耐火材料制造过程中的添加物者。

煅烧过程中，影响其资源化再利用的氮化铝(AlN)及碳化铝(Al₄C₃)将趋于安定，其反应式如下：

通过上述方法，可有效解决铝渣灰废弃物处理的问题并创造更高的经济价值，且可节省生产耐火材料能源及避免资源的浪费。

上述的步骤，已使铝渣灰具备资源化再利用的价值，其为本发明实施的基本步骤。铝渣灰经煅烧处理，将形成α氧化铝，煅烧后的铝渣灰为α氧化铝(α-Al₂O₃)，其外观为淡黄色粉状，其主要成分为二氧化硅(SiO₂)、三氧化二铝(Al₂O₃)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、氧化钙(CaO)及其它微量元素。

如果利用上述基本步骤，再配合其它步骤，则将另有其它资源化的效果，下述的实施例即为在基本步骤之后，另施予接续步骤而制造陶瓷滤料的方法。

参阅图4，前述之接续步骤为：

d、研磨α氧化铝(α-Al₂O₃)

研磨α氧化铝，其颗粒大小为250目至800目之间，颗粒大小依所需陶瓷滤料成品的孔径而定，以α氧化铝做为主料，可保证陶瓷滤料的强度与耐高温等性能。

e、添加配料如粘结剂、成孔剂、助熔剂、稳定剂添加剂等

其中粘结剂为黑粘土又称秋土、紫木节，其成分为二氧化硅(SiO₂)、三氧化二铝(Al₂O₃)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化钾(K₂O)、氧化纳(Na₂O)及其它微量元素，通过该成份可获取成型性能，使半成品有一定的机械强度，便于搬运、烧制。成孔剂则为木炭粉，其成分为碳及其它微量元素，通过该成份可使滤料内气孔均匀、微子吸附力大。助熔剂为长石，其成分为二氧化硅(SiO₂)、三氧化二铝(Al₂O₃)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化钾(K₂O)、氧化纳(Na₂O)及其它微量元素，通过该成份使烧制温度降低，以及成品有足够的强度防止成品有溶出物。稳定剂为硅酸锆，其成分为二氧化硅(SiO₂)、二氧化锆(ZrO₂)，通过该成份增加陶瓷滤料制品的化学稳定性。除上述添加物外，另以烧滑石作为添加剂，烧滑石的成分为二氧化硅(SiO₂)、三氧化二铝(Al₂O₃)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化钾(K₂O)、氧化纳(Na₂O)等。

f、混炼

将研磨后的α氧化铝与配料混炼。

g、成型陶瓷滤料胚形；

依所需形状成形陶瓷滤料胚形，例如管状、柱状、板状、粒状等，原料水分为≤2％，成型水分(5％糊精C₆H₁₀O₅水溶液)则为12％～15％(依制程度不同而有差异)。

h、干燥陶瓷滤料胚形

干燥温度介于300～350℃，干燥后半成品的水分为1％～2％。

i、烧成

烧成温度为1240～1280℃，烧成时间为8小时，其中保温2小时。

j、降温

使烧成后半成品降至常温。

k、完成成品。

在上述e、f步骤中，每一原料所含化学成分的比例如图5所示。该比例依原料来源的不同，会存有差异。

此外，在上述第e、f步骤中，各原料于混合时，其较佳的比例为：铝渣灰74.8％，黑粘土9.4％，木炭粉4.7％，长石5.6％，硅酸锆1.8％，烧滑石3.7％。此配比仅为本发明之较佳比例，并非为本发明唯一可行之比例。

Claims (5)

1、一种将铝渣灰资源化利用的方法，其主要步骤是：

a、以铝渣灰为原料；

b、进行高温煅烧与安定化；

c、制成耐火材料的原料α氧化铝(α-Al₂O₃)；其特征在于其另包括下列步骤：

d、研磨α氧化铝；

e、添加配料如粘结剂、成孔剂、助熔剂、稳定剂、烧滑石；

f、混炼；

g、成型陶瓷滤料胚形；

h、干燥陶瓷滤料胚形；

i、烧成；

j、降温；

k、完成成品。

2、根据权利要求1所述的将铝渣灰资源化利用的方法，其特征在于所述煅烧温度范围为800℃至1800℃。

3、根据权利要求1所述的将铝渣灰资源化利用的方法，其特征在于其中所称安定化为利用高温煅烧的方法改变其氮化铝(AlN)及碳化铝(Al₄C₃)的特性。

4、根据权利要求1或2或3所述的将铝渣灰资源化利用的方法，其特征在于所添加配料中粘结剂为黑粘土，成孔剂为木炭粉，助熔剂为长石，稳定剂为硅酸锆，各原料的比例为铝渣灰74.8％，黑粘土9.4％，木炭粉4.7％，长石5.6％，硅酸锆1.8％，烧滑石3.7％。

5、根据权利要求1或2或3所述的将铝渣灰资源化利用的方法，其特征在于所述α氧化铝的研磨颗粒大小为250目至800目之间。

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