專利名稱：一種電熔復(fù)合耐火材料及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合耐火材料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種電熔復(fù)合耐火材料的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
在電解鋁與鋁材、鋁制品生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生大量的廢渣，通常在回收其中的一些金屬鋁后，剩下的殘?jiān)鳛槔z棄，這些遺棄物稱為鋁渣或鋁灰，也稱為鋁渣灰。鋁灰的化學(xué)成分主要以Al2O3，SiO2，MgO，F(xiàn)e2O3，Na2O，CaO和金屬鋁等為主，還有一些氮化物、氯化物和硫化物等。一般SiO2在5～20％、Al2O3在40～75％，其化學(xué)成分的比例隨著各生產(chǎn)廠家的原料及操作條件不同而略有變化。
鋁灰是一種銀灰色粉狀物，外觀類似粉煤灰，既污染環(huán)境，又需要大量的處置場(chǎng)地，目前國(guó)內(nèi)外鋁灰的再生利用主要集中在如下幾個(gè)方面(1)用于混凝土或建筑材料由于鋁灰中含有金屬鋁，金屬鋁的水化產(chǎn)生氣泡，導(dǎo)致混凝土或建筑材料中內(nèi)部產(chǎn)生氣孔、膨脹使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，強(qiáng)度降低，因而鋁灰利用率不高；(2)鋁鹽的回收主要是將鋁渣和鹽酸或硫酸反應(yīng)生成鋁鹽，這種方法主要回收鋁渣中的鋁，未能回收鋁渣中的其它成分，同時(shí)也產(chǎn)生大量的廢液；(3)冶金爐料復(fù)合脫硫劑主要以螢石、石灰為主要原料，鋁灰摻入量不超過(guò)40％，鐵水經(jīng)鋁渣脫硫劑爐外脫硫，鐵水中錳、硅、碳有燒傷；(4)鋁酸鈣產(chǎn)品采用水洗、蒸發(fā)、結(jié)晶的方法分離出非金屬產(chǎn)物，這種非金屬產(chǎn)物主要包括大量鋁的化合物和少量的含硅和鎂的化合物，除去非金屬產(chǎn)物中的金屬鋁和氮化鋁，加入CaO源，混合，煅燒成鋁酸鈣產(chǎn)品(USP 6,238,633)。
(5)耐火材料采用鋁灰生產(chǎn)耐火材料，目前報(bào)道主要生產(chǎn)電熔棕剛玉，其主要過(guò)程是，將Al2O3含量大于82％以上的鋁灰經(jīng)過(guò)水洗，烘干，加入無(wú)煙煤或焦炭和鐵屑，其目的是將SiO2、Fe2O3、TiO2等氧化物還原成金屬，還原后的金屬和鐵形成硅鐵合金因比重較大下沉至爐底，以達(dá)到純凈Al2O3目的；這種方法就是通常所說(shuō)冶煉棕剛玉或亞白剛玉的方法(鋁灰生產(chǎn)棕剛玉的工藝，哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，1(2)48～50；棕剛玉的生產(chǎn)方法，CN90107092.0)。這種方法目前存在著局限性(1)需要鋁灰中的Al2O3含量高；(2)水洗后的鋁灰中大量金屬鋁水化，導(dǎo)致金屬鋁減少，不利于還原反應(yīng)；(3)碳熱還原SiO2、Fe2O3、TiO2等氧化物，和鋁熱還原相比，容易引入過(guò)多的碳，生成碳化物，影響最終產(chǎn)品的性能.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種碳含量低、電耗小、環(huán)境污染減少的利用鋁工業(yè)的廢棄物——鋁灰生產(chǎn)電熔復(fù)合耐火材料的方法，該方法生產(chǎn)的電熔復(fù)合耐火材料為電熔剛玉或電熔鎂鋁尖晶石復(fù)合材料。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是按重量百分含量將20～90％的鋁灰與10～80％的鋁礬土或含鎂化合物混合，壓制成坯，在1800～3000℃條件下電熔冶煉，冷卻后取出，然后破碎、分離。所生產(chǎn)的電熔復(fù)合耐火材料為電熔剛玉或電熔鎂鋁尖晶石復(fù)合材料。
其中鋁灰的主要化學(xué)成分的重量百分含量是，Al2O3為10～70％、Al為10～40％、MgO為0.3～20％、SiO2為0.5～30％；含鎂化合物為碳酸鎂、氧化鎂中的一種或兩種；電熔冶煉或?yàn)殡娀t中熔煉、或?yàn)楦袘?yīng)爐中熔煉。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明利用鋁工業(yè)廢棄物鋁灰中的金屬鋁、氮化鋁等非氧化物為主要還原劑，熔融還原鋁礬土或鋁灰中的SiO2、Fe2O3、TiO2等氧化物，制備的電熔剛玉或鎂鋁尖晶石復(fù)合材料，具有以下特點(diǎn)1、本發(fā)明所用原料的鋁灰為鋁工業(yè)生產(chǎn)廢棄物，可以變廢為寶、減少環(huán)境污染；2、本發(fā)明主要以鋁灰中的金屬鋁、氮化鋁等非氧化物為還原劑，可除去熔煉過(guò)程中的SiO2、Fe2O3、TiO2雜質(zhì)氧化物；與以炭為主要還原劑冶煉棕剛玉相比，其產(chǎn)品具有碳含量低的優(yōu)點(diǎn)；3、本發(fā)明的還原劑由于主要為鋁，其放熱量要比碳熱還原高多得，因此能降低電耗。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述實(shí)施例1一種電熔復(fù)合耐火材料的生產(chǎn)方法，按重量百分含量將20～40％的鋁灰與60～80％的特級(jí)礬土熟料細(xì)粉混合，壓制成坯。在2000～2600℃條件下電弧爐中熔煉，冷卻后取出，然后破碎、分離，得到電熔復(fù)合耐火材料。鋁灰的化學(xué)組成是Al2O3為24.62％、Al為29.6％、MgO為10.7％、SiO2為10.5％、Na2O為3.7％、CaO為2.4％、TiO2為2.0％、Fe2O3為2.2％、灼減為12.84％、其它為1.5％。
經(jīng)X-射線衍射分析，主要物相為剛玉，有少量鎂鋁尖晶石?；瘜W(xué)分析結(jié)果是Al2O3為96.4％、MgO為2.48％、C為0.02％。體密度為3.80g/cm3，顯氣孔率為3.5％。
實(shí)施例2一種電熔復(fù)合耐火材料的生產(chǎn)方法，按重量百分含量將70～90％的鋁灰與10～30％的輕燒氧化鎂粉混合，壓制成坯，在1800～2100℃條件下感應(yīng)爐中熔煉，冷卻后取出，然后破碎，分離，得到電熔復(fù)合耐火材料。鋁灰的化學(xué)組成是Al2O3為24.62％、Al為29.6％、MgO為10.7％、SiO2為10.5％、Na2O為3.7％、CaO為2.4％、TiO2為2.0％、Fe2O3為2.2％、灼減為12.84％、其它為1.5％。
經(jīng)X-射線衍射分析，主要物相為鎂鋁尖晶石，還有少量Sialon相存在?；瘜W(xué)分析結(jié)果是Al2O3為74.5％、MgO為21.6％、C為0.03％。體密度為3.24g/cm3，顯氣孔率為4.1％。
實(shí)施例3一種電熔復(fù)合耐火材料的生產(chǎn)方法，按重量百分含量將60～80％的鋁灰與20～40％的菱鎂礦粉混合，壓制成坯，在2000～2700℃條件下電弧爐中熔煉，冷卻后取出，然后破碎，分離，得到電熔復(fù)合耐火材料。鋁灰的化學(xué)組成是Al2O3為24.62％、A為29.6％、MgO為10.7％、SiO2為10.5％、Na2O為3.7％、CaO為2.4％、TiO2為2.0％、Fe2O3為2.2％、灼減為12.84％、其它為1.5％。
經(jīng)X-射線衍射分析，主要物相為鎂鋁尖晶石?；瘜W(xué)分析結(jié)果是Al2O3為76.2％、MgO為22.3％、C為0.04％。體密度為3.18g/cm3，顯氣孔率為5.2％實(shí)施例4一種電熔復(fù)合耐火材料的生產(chǎn)方法，按重量百分含量將25～45％的鋁灰與55～75％的特級(jí)礬土熟料細(xì)粉混合，壓制成坯，在1900～2600℃條件下電弧爐中熔煉，冷卻后取出，然后破碎、分離，得到電熔復(fù)合耐火材料。鋁灰的化學(xué)組成是Al2O3為56.21％、Al為23.56％、MgO為0.48％、SiO2為2.15％、Na2O為1.1％、CaO為0.74％、TiO2為0.63％、Fe2O3為1.23％、灼減為11.68％、其它為2.1％。
經(jīng)X-射線衍射分析，主要物相為剛玉?；瘜W(xué)分析結(jié)果是Al2O3為98.4％、C為0.05％。體密度為3.90g/cm3，顯氣孔率為3.0％。
權(quán)利要求
1.一種電熔復(fù)合耐火材料的生產(chǎn)方法，其特征在于按重量百分含量將20～90％的鋁灰與10～80％的鋁礬土或含鎂化合物混合，壓制成坯，在1800～3000℃條件下電熔冶煉，冷卻后取出，然后破碎、分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電熔復(fù)合耐火材料的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的鋁灰的主要化學(xué)成分的重量百分含量是，Al2O3為10～70％、Al為10～40％、MgO為0.3～20％、SiO2為0.5～30％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電熔復(fù)合耐火材料的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的含鎂化合物為碳酸鎂、氧化鎂中的一種或兩種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電熔復(fù)合耐火材料的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的電熔冶煉或?yàn)殡娀t中熔煉、或?yàn)楦袘?yīng)爐中熔煉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的電熔復(fù)合耐火材料生產(chǎn)方法所生產(chǎn)的電熔復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電熔復(fù)合耐火材料的生產(chǎn)方法。其技術(shù)方案是按重量百分含量將20～90％的鋁灰與10～80％的鋁礬土或含鎂化合物混合，壓制成坯，在1800～3000℃條件下電熔冶煉，冷卻后取出，然后破碎、分離，得到的電熔復(fù)合耐火材料為電熔剛玉或電熔鎂鋁尖晶石復(fù)合材料。其中鋁灰的主要化學(xué)成分的重量百分含量是Al
文檔編號(hào)C04B35/10GK1844051SQ200610018950
公開日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月27日
發(fā)明者李遠(yuǎn)兵, 李亞偉, 李楠, 趙雷, 雷中興, 金勝利, 洪學(xué)勤 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)