CN1844051A

CN1844051A - 一种电熔复合耐火材料及其生产方法

Info

Publication number: CN1844051A
Application number: CN 200610018950
Authority: CN
Inventors: 李远兵; 李亚伟; 李楠; 赵雷; 雷中兴; 金胜利; 洪学勤
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2026-04-27
Also published as: CN100406411C

Abstract

本发明涉及一种电熔复合耐火材料的生产方法。其技术方案是按重量百分含量将20～90％的铝灰与10～80％的铝矾土或含镁化合物混合，压制成坯，在1800～3000℃条件下电熔冶炼，冷却后取出，然后破碎、分离，得到的电熔复合耐火材料为电熔刚玉或电熔镁铝尖晶石复合材料。其中：铝灰的主要化学成分的重量百分含量是Al₂O₃为10～70％、Al为10～40％、MgO为0.3～20％、SiO2为0.5～30％；含镁化合物为碳酸镁、氧化镁中的一种或两种。本发明利用铝灰中的金属铝、氮化铝等非氧化物为主要还原剂，熔融还原铝矾土或铝灰中的SiO₂、Fe₂O₃、TiO₂等氧化物，因此电耗低、环境污染减少；所制备的电熔刚玉或镁铝尖晶石复合材料具有碳含量低的特点。

Description

一种电熔复合耐火材料及其生产方法

一、技术领域

本发明属于复合耐火材料生产技术领域。尤其涉及一种电熔复合耐火材料的生产方法。

二、背景技术

在电解铝与铝材、铝制品生产过程中都会产生大量的废渣，通常在回收其中的一些金属铝后，剩下的残渣作为垃圾遗弃，这些遗弃物称为铝渣或铝灰，也称为铝渣灰。铝灰的化学成分主要以Al₂O₃，SiO₂，MgO，Fe₂O₃，Na₂O，CaO和金属铝等为主，还有一些氮化物、氯化物和硫化物等。一般SiO₂在5～20％、Al₂O₃在40～75％，其化学成分的比例随着各生产厂家的原料及操作条件不同而略有变化。

铝灰是一种银灰色粉状物，外观类似粉煤灰，既污染环境，又需要大量的处置场地，目前国内外铝灰的再生利用主要集中在如下几个方面：

(1)用于混凝土或建筑材料：由于铝灰中含有金属铝，金属铝的水化产生气泡，导致混凝土或建筑材料中内部产生气孔、膨胀使得内部结构疏松，强度降低，因而铝灰利用率不高；

(2)铝盐的回收：主要是将铝渣和盐酸或硫酸反应生成铝盐，这种方法主要回收铝渣中的铝，未能回收铝渣中的其它成分，同时也产生大量的废液；

(3)冶金炉料：复合脱硫剂主要以萤石、石灰为主要原料，铝灰掺入量不超过40％，铁水经铝渣脱硫剂炉外脱硫，铁水中锰、硅、碳有烧伤；

(4)铝酸钙产品：采用水洗、蒸发、结晶的方法分离出非金属产物，这种非金属产物主要包括大量铝的化合物和少量的含硅和镁的化合物，除去非金属产物中的金属铝和氮化铝，加入CaO源，混合，煅烧成铝酸钙产品(USP 6,238,633)。

(5)耐火材料

采用铝灰生产耐火材料，目前报道主要生产电熔棕刚玉，其主要过程是，将Al₂O₃含量大于82％以上的铝灰经过水洗，烘干，加入无烟煤或焦炭和铁屑，其目的是将SiO₂、Fe₂O₃、TiO₂等氧化物还原成金属，还原后的金属和铁形成硅铁合金因比重较大下沉至炉底，以达到纯净Al₂O₃目的；这种方法就是通常所说冶炼棕刚玉或亚白刚玉的方法(铝灰生产棕刚玉的工艺，哈尔滨理工大学学报，1996，1(2)：48～50；棕刚玉的生产方法，CN90107092.0)。这种方法目前存在着局限性：(1)需要铝灰中的Al₂O₃含量高；(2)水洗后的铝灰中大量金属铝水化，导致金属铝减少，不利于还原反应；(3)碳热还原SiO₂、Fe₂O₃、TiO₂等氧化物，和铝热还原相比，容易引入过多的碳，生成碳化物，影响最终产品的性能.

三、发明内容

本发明的目的是提供一种碳含量低、电耗小、环境污染减少的利用铝工业的废弃物——铝灰生产电熔复合耐火材料的方法，该方法生产的电熔复合耐火材料为电熔刚玉或电熔镁铝尖晶石复合材料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：按重量百分含量将20～90％的铝灰与10～80％的铝矾土或含镁化合物混合，压制成坯，在1800～3000℃条件下电熔冶炼，冷却后取出，然后破碎、分离。所生产的电熔复合耐火材料为电熔刚玉或电熔镁铝尖晶石复合材料。

其中：铝灰的主要化学成分的重量百分含量是，Al₂O₃为10～70％、Al为10～40％、MgO为0.3～20％、SiO₂为0.5～30％；含镁化合物为碳酸镁、氧化镁中的一种或两种；电熔冶炼或为电弧炉中熔炼、或为感应炉中熔炼。

由于采用上述技术方案，本发明利用铝工业废弃物铝灰中的金属铝、氮化铝等非氧化物为主要还原剂，熔融还原铝矾土或铝灰中的SiO₂、Fe₂O₃、TiO₂等氧化物，制备的电熔刚玉或镁铝尖晶石复合材料，具有以下特点：

1、本发明所用原料的铝灰为铝工业生产废弃物，可以变废为宝、减少环境污染；

2、本发明主要以铝灰中的金属铝、氮化铝等非氧化物为还原剂，可除去熔炼过程中的SiO₂、Fe₂O₃、TiO₂杂质氧化物；与以炭为主要还原剂冶炼棕刚玉相比，其产品具有碳含量低的优点；

3、本发明的还原剂由于主要为铝，其放热量要比碳热还原高多得，因此能降低电耗。

四、具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的描述：

实施例1

一种电熔复合耐火材料的生产方法，按重量百分含量将20～40％的铝灰与60～80％的特级矾土熟料细粉混合，压制成坯。在2000～2600℃条件下电弧炉中熔炼，冷却后取出，然后破碎、分离，得到电熔复合耐火材料。铝灰的化学组成是：Al₂O₃为24.62％、Al为29.6％、MgO为10.7％、SiO₂为10.5％、Na₂O为3.7％、CaO为2.4％、TiO₂为2.0％、Fe₂O₃为2.2％、灼减为12.84％、其它为1.5％。

经X-射线衍射分析，主要物相为刚玉，有少量镁铝尖晶石。化学分析结果是：Al₂O₃为96.4％、MgO为2.48％、C为0.02％。体密度为3.80g/cm³，显气孔率为3.5％。

实施例2

一种电熔复合耐火材料的生产方法，按重量百分含量将70～90％的铝灰与10～30％的轻烧氧化镁粉混合，压制成坯，在1800～2100℃条件下感应炉中熔炼，冷却后取出，然后破碎，分离，得到电熔复合耐火材料。铝灰的化学组成是：Al₂O₃为24.62％、Al为29.6％、MgO为10.7％、SiO₂为10.5％、Na₂O为3.7％、CaO为2.4％、TiO₂为2.0％、Fe₂O₃为2.2％、灼减为12.84％、其它为1.5％。

经X-射线衍射分析，主要物相为镁铝尖晶石，还有少量Sialon相存在。化学分析结果是：Al₂O₃为74.5％、MgO为21.6％、C为0.03％。体密度为3.24g/cm³，显气孔率为4.1％。

实施例3

一种电熔复合耐火材料的生产方法，按重量百分含量将60～80％的铝灰与20～40％的菱镁矿粉混合，压制成坯，在2000～2700℃条件下电弧炉中熔炼，冷却后取出，然后破碎，分离，得到电熔复合耐火材料。铝灰的化学组成是：Al₂O₃为24.62％、A为29.6％、MgO为10.7％、SiO₂为10.5％、Na₂O为3.7％、CaO为2.4％、TiO₂为2.0％、Fe₂O₃为2.2％、灼减为12.84％、其它为1.5％。

经X-射线衍射分析，主要物相为镁铝尖晶石。化学分析结果是：Al₂O₃为76.2％、MgO为22.3％、C为0.04％。体密度为3.18g/cm³，显气孔率为5.2％

实施例4

一种电熔复合耐火材料的生产方法，按重量百分含量将25～45％的铝灰与55～75％的特级矾土熟料细粉混合，压制成坯，在1900～2600℃条件下电弧炉中熔炼，冷却后取出，然后破碎、分离，得到电熔复合耐火材料。铝灰的化学组成是：Al₂O₃为56.21％、Al为23.56％、MgO为0.48％、SiO₂为2.15％、Na₂O为1.1％、CaO为0.74％、TiO₂为0.63％、Fe₂O₃为1.23％、灼减为11.68％、其它为2.1％。

经X-射线衍射分析，主要物相为刚玉。化学分析结果是：Al₂O₃为98.4％、C为0.05％。体密度为3.90g/cm³，显气孔率为3.0％。

Claims

1、一种电熔复合耐火材料的生产方法，其特征在于按重量百分含量将20～90％的铝灰与10～80％的铝矾土或含镁化合物混合，压制成坯，在1800～3000℃条件下电熔冶炼，冷却后取出，然后破碎、分离。

2、根据权利要求1所述的电熔复合耐火材料的生产方法，其特征在于所述的铝灰的主要化学成分的重量百分含量是，Al₂O₃为10～70％、Al为10～40％、MgO为0.3～20％、SiO₂为0.5～30％。

3、根据权利要求1所述的电熔复合耐火材料的生产方法，其特征在于所述的含镁化合物为碳酸镁、氧化镁中的一种或两种。

4、根据权利要求1所述的电熔复合耐火材料的生产方法，其特征在于所述的电熔冶炼或为电弧炉中熔炼、或为感应炉中熔炼。

5、根据权利要求1～4项中任一项所述的电熔复合耐火材料生产方法所生产的电熔复合材料。