TW201420772A - 鋁集塵灰及鋁金屬冶煉爐渣再利用方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係揭露一種防止煉鋁爐渣製作耐火材料過程中發生龜裂或爆裂之方法,包括下列步驟:A.將煉鋁爐渣加工為爐渣顆粒;B.使上述爐渣顆粒之粒徑大於200網目(mesh)且小於400網目(mesh);C.使符合B步驟條件之爐渣顆粒與一黏結劑水溶液混合,形成一胚料;D.對該胚料加壓塑形,形成一耐火材料粗胚;E.對該耐火材料粗胚在1050℃至1450[u1]℃之工作溫度下進行燒結,並經降溫形成一耐火材料。本發明藉由控制爐渣顆粒之粒徑,使爐渣顆粒之氮含量有效降低,因此當該爐渣顆粒混合黏結劑水溶液後,可以有效減少因水與氮化鋁反應而逸出氨氣的現象,進而減少耐火材料粗胚或耐火材料之龜裂或爆裂現象。
Description
本發明係有關於一種防止煉鋁爐渣製作耐火材料過程中發生龜裂或爆裂之方法,特別是指一種藉由控制爐渣顆粒之粒徑,使其粒徑大於200網目(mesh)且小於400網目,以有效防止耐火材料於製作過程中因氨氣外逸而發生龜裂或爆裂之方法。
鋁的熔煉過程中會產生爐渣,爐渣中包含有鋁的氧化物與氮化物,其中氮化物會與潮濕空氣中的水分或雨水反應而形成氨氣外逸,因此未經處理的爐渣對環境有一定程度的影響。
中華民國發明專利第583155號,揭露一種將鋁渣灰資源化利用之方法,主要是將煉鋁爐渣分選回收金屬鋁後剩餘之鋁渣灰廢棄物進行煅燒,製成耐火材料之原料,以達成鋁渣灰資源化之目的,並創造更高的經濟價值;其方法係將鋁渣灰利用高溫窯爐煅燒成主要成分為氧化鋁(礦物結晶相為剛玉)之材料,以做為耐火材料之原料,不僅可有效解決鋁渣灰廢棄物處理之問題,且可節省生產耐火材料能源及避免資源之浪費。
上述第583155號發明專利,雖然可以將鋁渣灰處理成為耐火磚、耐火泥、澆注料之原料,但對於如何製作耐火磚以及如何確保製作耐火磚過程中之產品良率則完全未予揭露。
此外,中華民國100年三月出版之「鑛冶」期刊,其中第51頁起刊載有「鍊鋁爐渣為原料製作耐火材料之研究」,其中揭露耐火材料的製作方式為將煉鋁爐渣(粒徑介於100—200 mesh) 依照配比來和黏結劑水溶液(羧甲基纖維素水溶液) 進行混拌,經由單軸加壓(20 噸) 成形和高溫燒結(1100-1400℃) 來製作耐火材料。
但依上述「鍊鋁爐渣為原料製作耐火材料之研究」所揭露之內容製作耐火材料(耐火磚),卻發現存在有下列缺失:
1.煉鋁爐渣與黏結劑水溶液混合並加壓成為耐火磚粗胚後,在燒結之前,該耐火磚粗胚會因加壓有龜裂或爆裂現象。
2.耐火磚中粗胚之氮含量偏高,遇濕會因下列化學反應而逸出刺鼻的氨氣。
AlN+3H2O→Al(OH)3↓+NH3↑
3.即使燒結前之耐火磚粗胚未發生龜裂或爆裂,但耐火磚粗胚在高溫燒結過程中,耐火磚會因高溫燒結產生龜裂或爆裂現象。
4.耐火磚之表面細緻度不佳。
探究造成上列缺失之原因,主要在於該研究所揭露之製造方法,其煉鋁爐渣中之氮化物(氮化鋁)含量偏高(約9506ppm),由於該研究無法有效降低煉鋁爐渣中氮化物之含量,因此該耐火磚粗胚中之氮化物遇黏結劑水溶液所產生之氨氣外逸現象,是造成耐火磚粗胚龜裂或爆裂之主因。
因此,如何有效降低煉鋁爐渣中之氮化物的含量,是減少後續氨氣外逸及耐火材料粗胚龜裂或爆裂現象的主要關鍵。
中華民國發明專利第583155號,揭露一種將鋁渣灰資源化利用之方法,主要是將煉鋁爐渣分選回收金屬鋁後剩餘之鋁渣灰廢棄物進行煅燒,製成耐火材料之原料,以達成鋁渣灰資源化之目的,並創造更高的經濟價值;其方法係將鋁渣灰利用高溫窯爐煅燒成主要成分為氧化鋁(礦物結晶相為剛玉)之材料,以做為耐火材料之原料,不僅可有效解決鋁渣灰廢棄物處理之問題,且可節省生產耐火材料能源及避免資源之浪費。
上述第583155號發明專利,雖然可以將鋁渣灰處理成為耐火磚、耐火泥、澆注料之原料,但對於如何製作耐火磚以及如何確保製作耐火磚過程中之產品良率則完全未予揭露。
此外,中華民國100年三月出版之「鑛冶」期刊,其中第51頁起刊載有「鍊鋁爐渣為原料製作耐火材料之研究」,其中揭露耐火材料的製作方式為將煉鋁爐渣(粒徑介於100—200 mesh) 依照配比來和黏結劑水溶液(羧甲基纖維素水溶液) 進行混拌,經由單軸加壓(20 噸) 成形和高溫燒結(1100-1400℃) 來製作耐火材料。
但依上述「鍊鋁爐渣為原料製作耐火材料之研究」所揭露之內容製作耐火材料(耐火磚),卻發現存在有下列缺失:
1.煉鋁爐渣與黏結劑水溶液混合並加壓成為耐火磚粗胚後,在燒結之前,該耐火磚粗胚會因加壓有龜裂或爆裂現象。
2.耐火磚中粗胚之氮含量偏高,遇濕會因下列化學反應而逸出刺鼻的氨氣。
AlN+3H2O→Al(OH)3↓+NH3↑
3.即使燒結前之耐火磚粗胚未發生龜裂或爆裂,但耐火磚粗胚在高溫燒結過程中,耐火磚會因高溫燒結產生龜裂或爆裂現象。
4.耐火磚之表面細緻度不佳。
探究造成上列缺失之原因,主要在於該研究所揭露之製造方法,其煉鋁爐渣中之氮化物(氮化鋁)含量偏高(約9506ppm),由於該研究無法有效降低煉鋁爐渣中氮化物之含量,因此該耐火磚粗胚中之氮化物遇黏結劑水溶液所產生之氨氣外逸現象,是造成耐火磚粗胚龜裂或爆裂之主因。
因此,如何有效降低煉鋁爐渣中之氮化物的含量,是減少後續氨氣外逸及耐火材料粗胚龜裂或爆裂現象的主要關鍵。
本發明主要係為解決煉鋁爐渣製作耐火材料過程中發生裂痕或龜裂或爆裂之問題。本發明亦為提供一種成本低廉、效果顯著的方法來解決煉鋁爐渣製作耐火材料過程中發生裂痕或龜裂或爆裂之問題。本發明亦為解決習知煉鋁爐渣所製作耐火材料之表面細緻度不佳之問題。
本發明係一種防止煉鋁爐渣製作耐火材料過程中發生龜裂或爆裂之方法,包括下列步驟:A.將煉鋁爐渣加工為爐渣顆粒;B.使上述爐渣顆粒之粒徑大於200網目(mesh)且小於400網目(mesh);C.使符合B步驟條件之爐渣顆粒與一黏結劑水溶液混合,形成一胚料;D. 對該胚料加壓塑形,形成一耐火材料粗胚;E.對該耐火材料粗胚在1050℃至1450℃之工作溫度下進行燒結,並經降溫形成一耐火材料。
上述步驟B中係進一步執行一爐渣顆粒之氮含量檢測程序,以確認爐渣顆粒之氮含量介於4400ppm至7000ppm之間。
上述黏結劑水溶液係為含有羧甲基纖維素之混合溶液,黏結劑水溶液添加量介於3wt%至12 wt%。
上述D步驟之壓力介於25-250噸之間。
本發明具有以下功效:
1.藉由控制爐渣顆粒之粒徑,使其大於200網目(mesh)且小於400網目(mesh),可以使爐渣顆粒中之氮含量降至4705ppm-6880ppm,有效解決耐火材料之龜裂或爆裂、龜裂或爆裂等問題。
2.控制爐渣顆粒之粒徑符合上述網目,只需以研磨方式即可達成,成本低廉且加工迅速。
3.爐渣顆粒中之氮含量降低,耐火材料粗胚之氨氣外逸現象可以隨之有效降低。
4.控制爐渣顆粒之粒徑控制於200網目至400網目之間,耐火磚之表面細緻度更佳。
本發明係一種防止煉鋁爐渣製作耐火材料過程中發生龜裂或爆裂之方法,包括下列步驟:A.將煉鋁爐渣加工為爐渣顆粒;B.使上述爐渣顆粒之粒徑大於200網目(mesh)且小於400網目(mesh);C.使符合B步驟條件之爐渣顆粒與一黏結劑水溶液混合,形成一胚料;D. 對該胚料加壓塑形,形成一耐火材料粗胚;E.對該耐火材料粗胚在1050℃至1450℃之工作溫度下進行燒結,並經降溫形成一耐火材料。
上述步驟B中係進一步執行一爐渣顆粒之氮含量檢測程序,以確認爐渣顆粒之氮含量介於4400ppm至7000ppm之間。
上述黏結劑水溶液係為含有羧甲基纖維素之混合溶液,黏結劑水溶液添加量介於3wt%至12 wt%。
上述D步驟之壓力介於25-250噸之間。
本發明具有以下功效:
1.藉由控制爐渣顆粒之粒徑,使其大於200網目(mesh)且小於400網目(mesh),可以使爐渣顆粒中之氮含量降至4705ppm-6880ppm,有效解決耐火材料之龜裂或爆裂、龜裂或爆裂等問題。
2.控制爐渣顆粒之粒徑符合上述網目,只需以研磨方式即可達成,成本低廉且加工迅速。
3.爐渣顆粒中之氮含量降低,耐火材料粗胚之氨氣外逸現象可以隨之有效降低。
4.控制爐渣顆粒之粒徑控制於200網目至400網目之間,耐火磚之表面細緻度更佳。
請參閱第1圖,茲以本發明之方法應用於煉鋁爐渣製作耐火材磚過程之實施例,說明其相關步驟:
1.將煉鋁爐渣以研磨方式進行造粒,形成爐渣顆粒。
2.篩選粒徑介於200網目(mesh)至400網目之間的爐渣顆粒,本實施例係篩選400網目之爐渣顆粒為耐火磚原料之一。
3.對該400網目之爐渣顆粒執行一氮含量檢測程序,確認其氮含量介於4000ppm-4500ppm之間。
4.將該400網目[u1]之爐渣顆粒與黏結劑混合,形成一胚料,該黏結劑水溶液係j否改為200 請考量為含羧甲基纖維素之混合溶液,本實施例之黏結劑水溶液添加量為8 wt%。
5.對上述胚料施以25-250噸的加壓力量,並塑形為一耐火磚粗胚,該過程可以在一磚型模具中執行加壓操作而完成。
6.將耐火磚粗胚在1400℃的溫度下進行燒結。
7.將燒結完成後之耐火磚降溫。
本發明控制爐渣顆粒之粒徑大於200網目(mesh)且小於400網目(mesh),對於降低氮含量及減少耐火磚粗胚龜裂或爆裂現象均較前揭之習知「鍊鋁爐渣為原料製作耐火材料之研究」技術更具功效。表一係以兩台GC和3組偵測器(氣相層析+熱導偵測器) + (氣相層析+火焰離子化偵測器+氮化學發光偵測器)的串聯所組成(GC-TCD/FID/NCD)以偵測不同粒徑煉鋁爐渣的相對含氮量對照表,實驗中取煉鋁爐渣10公斤置於密閉式攪拌裝置,模擬實廠運作操作參數,依比例加入羧甲基纖維素CMC黏結劑水溶液,控制攪拌單元轉速進行攪拌,密閉式攪拌裝置出氣口設置一抽氣幫浦,將反應器內氣體抽至所建置一系列分析設備(之前已敘述),進行連續線上分析。由表一[u2]可知,當煉鋁爐渣粒徑為習知技術所揭露之100~200 網目時,其氮含量為9506ppm,但煉鋁爐渣粒徑介於200~325網目時,其氮含量則明顯降低6880ppm,如果煉鋁爐渣粒徑介於325~400網目時,其氮含量則更明顯降低至4705ppm,而煉鋁爐渣粒徑大於400網目時,氮含量只有4405ppm。因此,本發明控制煉鋁爐渣之粒徑大於200網目(mesh)且小於400網目(mesh),其與習知技術相較,氮含量可以有效被控制為只有習知技術的49.49%至72.37%,效果極為顯著。
煉鋁爐渣與黏結劑水溶液混合並加壓成為耐火磚粗胚後,在燒結之前,該耐火磚粗胚會有龜裂或爆裂現象。200網目以下耐火材料粗胚因含氮量較高導致氨氣逸散量高,造成加壓時龜裂或爆裂比率大於5%;200網目以上耐火材料粗胚因含氮量較低導致氨氣逸散量低,造成加壓時龜裂或爆裂比率小於0.5%。
燒結前之耐火磚粗胚未發生龜裂或爆裂,但耐火磚粗胚在高溫燒結過程中,耐火磚會因燒結時氨氣逸散產生龜裂或爆裂,200網目以下耐火材料粗胚因含氮量較高導致氨氣逸散量高,造成高溫燒結時龜裂或爆裂比率大於5%;200網目以上耐火材料粗胚因含氮量較低導致氨氣逸散量低,造成高溫時龜裂或爆裂比率小於0.5%。
附件一係依據前述鑛冶期刊所揭露「鍊鋁爐渣為原料製作耐火材料之研究」技術,使用100~200 網目的煉鋁爐渣所製作之耐火材料粗胚照片,照片中白色煙霧即為耐火材料粗胚中之氮化鋁遇潮產生氨氣逸散之現象。
附件二係依據前述鑛冶期刊所揭露「鍊鋁爐渣為原料製作耐火材料之研究」技術,使用100~200 網目的煉鋁爐渣所製作之耐火材料粗胚因製造過程中之加壓塑形,致遇潮時大量氨氣無從散逸導致龜裂之照片。
附件三係依據前述鑛冶期刊所揭露「鍊鋁爐渣為原料製作耐火材料之研究」技術,使用100~200 網目的煉鋁爐渣所製作之耐火材料粗胚因製造過程中之加壓塑形,致遇潮時大量氨氣無從散逸導致龜裂,進而於燒結過程耐火材料爆裂之照片。
附件四係依據前述鑛冶期刊所揭露「鍊鋁爐渣為原料製作耐火材料之研究」技術,使用100~200 網目的煉鋁爐渣所製作之耐火材料,因其煉鋁爐渣粒徑較大致表面較為粗糙之照片。
附件五係依本發明之方法,使用200~400 網目的煉鋁爐渣所製作之耐火材料粗胚照片,其相對安定而無氨氣外逸之現象。
附件六為依本發明之方法,使用200~400 網目的煉鋁爐渣與8wt%黏結劑為原料,經1200℃燒結而獲得的耐火材料照片,因為其煉鋁爐渣粒徑較小,因此表面更為細緻。
1.將煉鋁爐渣以研磨方式進行造粒,形成爐渣顆粒。
2.篩選粒徑介於200網目(mesh)至400網目之間的爐渣顆粒,本實施例係篩選400網目之爐渣顆粒為耐火磚原料之一。
3.對該400網目之爐渣顆粒執行一氮含量檢測程序,確認其氮含量介於4000ppm-4500ppm之間。
4.將該400網目[u1]之爐渣顆粒與黏結劑混合,形成一胚料,該黏結劑水溶液係j否改為200 請考量為含羧甲基纖維素之混合溶液,本實施例之黏結劑水溶液添加量為8 wt%。
5.對上述胚料施以25-250噸的加壓力量,並塑形為一耐火磚粗胚,該過程可以在一磚型模具中執行加壓操作而完成。
6.將耐火磚粗胚在1400℃的溫度下進行燒結。
7.將燒結完成後之耐火磚降溫。
本發明控制爐渣顆粒之粒徑大於200網目(mesh)且小於400網目(mesh),對於降低氮含量及減少耐火磚粗胚龜裂或爆裂現象均較前揭之習知「鍊鋁爐渣為原料製作耐火材料之研究」技術更具功效。表一係以兩台GC和3組偵測器(氣相層析+熱導偵測器) + (氣相層析+火焰離子化偵測器+氮化學發光偵測器)的串聯所組成(GC-TCD/FID/NCD)以偵測不同粒徑煉鋁爐渣的相對含氮量對照表,實驗中取煉鋁爐渣10公斤置於密閉式攪拌裝置,模擬實廠運作操作參數,依比例加入羧甲基纖維素CMC黏結劑水溶液,控制攪拌單元轉速進行攪拌,密閉式攪拌裝置出氣口設置一抽氣幫浦,將反應器內氣體抽至所建置一系列分析設備(之前已敘述),進行連續線上分析。由表一[u2]可知,當煉鋁爐渣粒徑為習知技術所揭露之100~200 網目時,其氮含量為9506ppm,但煉鋁爐渣粒徑介於200~325網目時,其氮含量則明顯降低6880ppm,如果煉鋁爐渣粒徑介於325~400網目時,其氮含量則更明顯降低至4705ppm,而煉鋁爐渣粒徑大於400網目時,氮含量只有4405ppm。因此,本發明控制煉鋁爐渣之粒徑大於200網目(mesh)且小於400網目(mesh),其與習知技術相較,氮含量可以有效被控制為只有習知技術的49.49%至72.37%,效果極為顯著。
煉鋁爐渣與黏結劑水溶液混合並加壓成為耐火磚粗胚後,在燒結之前,該耐火磚粗胚會有龜裂或爆裂現象。200網目以下耐火材料粗胚因含氮量較高導致氨氣逸散量高,造成加壓時龜裂或爆裂比率大於5%;200網目以上耐火材料粗胚因含氮量較低導致氨氣逸散量低,造成加壓時龜裂或爆裂比率小於0.5%。
燒結前之耐火磚粗胚未發生龜裂或爆裂,但耐火磚粗胚在高溫燒結過程中,耐火磚會因燒結時氨氣逸散產生龜裂或爆裂,200網目以下耐火材料粗胚因含氮量較高導致氨氣逸散量高,造成高溫燒結時龜裂或爆裂比率大於5%;200網目以上耐火材料粗胚因含氮量較低導致氨氣逸散量低,造成高溫時龜裂或爆裂比率小於0.5%。
附件一係依據前述鑛冶期刊所揭露「鍊鋁爐渣為原料製作耐火材料之研究」技術,使用100~200 網目的煉鋁爐渣所製作之耐火材料粗胚照片,照片中白色煙霧即為耐火材料粗胚中之氮化鋁遇潮產生氨氣逸散之現象。
附件二係依據前述鑛冶期刊所揭露「鍊鋁爐渣為原料製作耐火材料之研究」技術,使用100~200 網目的煉鋁爐渣所製作之耐火材料粗胚因製造過程中之加壓塑形,致遇潮時大量氨氣無從散逸導致龜裂之照片。
附件三係依據前述鑛冶期刊所揭露「鍊鋁爐渣為原料製作耐火材料之研究」技術,使用100~200 網目的煉鋁爐渣所製作之耐火材料粗胚因製造過程中之加壓塑形,致遇潮時大量氨氣無從散逸導致龜裂,進而於燒結過程耐火材料爆裂之照片。
附件四係依據前述鑛冶期刊所揭露「鍊鋁爐渣為原料製作耐火材料之研究」技術,使用100~200 網目的煉鋁爐渣所製作之耐火材料,因其煉鋁爐渣粒徑較大致表面較為粗糙之照片。
附件五係依本發明之方法,使用200~400 網目的煉鋁爐渣所製作之耐火材料粗胚照片,其相對安定而無氨氣外逸之現象。
附件六為依本發明之方法,使用200~400 網目的煉鋁爐渣與8wt%黏結劑為原料,經1200℃燒結而獲得的耐火材料照片,因為其煉鋁爐渣粒徑較小,因此表面更為細緻。
無
第1圖係為本發明應用於煉鋁爐渣製作耐火材磚過程之流程圖。
無
Claims (4)
- 一種防止煉鋁爐渣製作耐火材料過程中發生龜裂或爆裂之方法,包括下列步驟:
A.將煉鋁爐渣加工為爐渣顆粒;
B.使上述爐渣顆粒之粒徑大於200網目(mesh)且小於400網目(mesh);
C.使符合B步驟條件之爐渣顆粒與一黏結劑水溶液混合,形成一胚料;
D.對該胚料加壓塑形,形成一耐火材料粗胚;
E.對該耐火材料粗胚在1050℃至1450℃[u1]之工作溫度下進行燒結,並經降溫形成一耐火材料。 - 如請求項1所述之防止煉鋁爐渣製作耐火材料過程中發生龜裂或爆裂之方法,其中在步驟B中係進一步執行一爐渣顆粒之氮含量檢測程序,以確認爐渣顆粒之氮含量介於4400ppm至7000ppm之間。
- 如請求項1所述之防止煉鋁爐渣製作耐火材料過程中發生龜裂或爆裂之方法,其中該黏結劑水溶液係為水與羧甲基纖維素之混合溶液,該黏結劑添加量介於3wt%至12 wt%。
- 如請求項1所述之防止煉鋁爐渣製作耐火材料過程中發生龜裂或爆裂之方法,其中D步驟之壓力介於25-250噸之間。
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|---|---|---|---|---|
| CN109400122A (zh) * | 2017-08-18 | 2019-03-01 | 陈圣义 | 铝渣灰资源化再生为电熔氧化铝的方法及其产品和应用 |
| CN109678556A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-04-26 | 东北大学 | 一种利用铝灰制备轻质高铝保温砖的方法 |
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|---|---|---|---|---|
| TW201240942A (en) * | 2011-04-14 | 2012-10-16 | Atomic Energy Council | Method for making a refractory material from slag of aluminum metallurgy |
-
2012
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|---|---|---|---|---|
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| CN109678556A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-04-26 | 东北大学 | 一种利用铝灰制备轻质高铝保温砖的方法 |
| CN109678556B (zh) * | 2019-02-26 | 2021-08-10 | 东北大学 | 一种利用铝灰制备轻质高铝保温砖的方法 |
| TWI769854B (zh) * | 2021-06-09 | 2022-07-01 | 蔣世傑 | 廢鋁料、灰渣回收與再利用方法 |
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|---|---|
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