專利名稱：鋁型材工業(yè)廢水堿渣制備活性氧化鋁的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁的加工方法。
背景技術(shù)：
鋁合金是用量?jī)H次于鋼鐵而位居第二的金屬結(jié)構(gòu)材料，由于鋁合金化學(xué)性質(zhì)活潑，為了提高其耐腐蝕性能與裝飾性能，鋁合金型材常需要表面處理。在鋁型材表面處理的主要工序包括脫脂、堿蝕、酸洗、氧化、封孔及著色等過(guò)程，在這些工序中，大約的鋁合金以離子形式溶解在槽液中。同時(shí)鋁型材處理過(guò)程中會(huì)從各處理槽中帶走大量液體，需用大量的水來(lái)清洗，據(jù)統(tǒng)計(jì)處理每平方米鋁型材約耗65 180L水，1個(gè)年產(chǎn)量10萬(wàn)噸的鋁型材企業(yè)，用于鋁材表面處理各工序清洗的年用水量約為200萬(wàn)m3，這些工業(yè)廢水中含有大量的鋁離子及少量的鋅、鎳、銅等金屬離子。為避免直接排放造成環(huán)境污染，一般采用中和調(diào)節(jié)及混凝沉淀法工藝進(jìn)行處理，得到廢水污泥，污泥進(jìn)一步脫水即為含鋁廢渣。鋁型材廢水堿渣純度極高，鋁的氧化物、氫氧化物及其水合物的含量達(dá)到90%以上。計(jì)算表明，僅一條年產(chǎn)鋁型材20000噸的氧化著色生產(chǎn)線，每年產(chǎn)生廢渣約4000噸，數(shù)量極大。目前，我國(guó)鋁型材工廠每年產(chǎn)生的廢水堿渣數(shù)百萬(wàn)噸，如果采取直接填埋的處理方式，造成生產(chǎn)資源與土地資源的浪費(fèi)，還帶來(lái)二次污染，因此，對(duì)鋁型材工業(yè)廢水堿渣進(jìn)行資源化利用具有重要
眉、ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種能有效利用鋁型材工業(yè)廢水堿渣的、避免鋁型材工業(yè)廢水堿渣污染環(huán)境的鋁型材工業(yè)廢水堿渣制備活性氧化鋁的工藝方法。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，依序包括如下步驟
(1)將鋁型材廢渣用蒸餾水清洗廣5次，以徹底去除中和調(diào)節(jié)和混凝沉淀過(guò)程中殘留在堿渣中的鈉離子及其它可溶性雜質(zhì)；
(2)將步驟(1)獲得的鋁型材廢渣混入添加劑后進(jìn)行研磨20-80分鐘，使鋁型材廢渣顆粒達(dá)到微米級(jí)；添加劑包括起擴(kuò)孔作用的組分或者包括起粘結(jié)作用的組分和起擴(kuò)孔作用的組分，起粘結(jié)作用的組分是聚乙烯醇、聚乙二醇、甲基纖維素、鋁溶膠、硝酸中的一種或者兩種以上的混合物，起擴(kuò)孔作用的組分是硝酸銨、碳酸氫銨、碳酸鋁銨、硝酸鋁、硝酸中的一種或者兩種以上的混合物，甲基纖維素是羥乙基甲基纖維素、甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素中的一種或者兩種以上的混合物，添加劑用量為混合物總用量的0. 3-6. 0wt% ；
(3)將球磨之后的堿渣放進(jìn)烘箱中進(jìn)行50-100°C烘干，去除部分水分，冷卻之后進(jìn)行造粒，采用球形造粒法將堿渣制備成直徑在2 10mm大小的球形顆粒；
(4)將造好的顆粒放進(jìn)烘箱中進(jìn)行干燥，徹底去除顆粒中殘留的水分；
(5)將完全干燥的顆粒放進(jìn)450-800°C馬弗爐中進(jìn)行煅燒1-6小時(shí)，自然冷卻至室溫； 從而獲得活性氧化鋁。本發(fā)明采用上述技術(shù)解決方案所能達(dá)到的有益效果是
3對(duì)廢水堿渣進(jìn)行水洗之后可以顯著降低堿渣中含有的鈉離子和其它可溶性雜質(zhì)，經(jīng)球磨之后，堿渣顆粒超細(xì)，并且主要為結(jié)晶不完全的氧化鋁水合物及無(wú)定型凝膠，因此適合于制備高活性，高比表面積的活性氧化鋁；對(duì)制備的球形顆粒的干燥采用逐步提高溫度和逐步降低周圍介質(zhì)的濕度能有效防止裂紋的產(chǎn)生，并且使顆粒的致密度和強(qiáng)度保持在較高值。煅燒后所制備的球形活性氧化鋁是結(jié)晶不完整的Y-Al2O3以及部分γ-AWOH。顆粒表面為片狀和扁豆?fàn)畹木w，由于粒子超細(xì)，粒子之間形成的毛細(xì)管力很大，粘結(jié)力強(qiáng)，因此粒子以團(tuán)聚形式存在，相互交錯(cuò)地重疊在一起，構(gòu)成蓬松的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成了大量大小不一、形狀不規(guī)則的微孔。在450-800°C煅燒I-Mi時(shí)可獲得比表面積達(dá)到250m2/g、孔容積達(dá)到0. 45cm3/g以上的活性氧化鋁，可以用作氣體、液體、金屬離子的吸附劑。本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有能有效利用鋁型材工業(yè)廢水堿渣的、避免鋁型材工業(yè)廢水堿渣污染環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的， 實(shí)施例1
本發(fā)明在利用鋁型材廠廢水堿渣制備活性氧化鋁時(shí)需對(duì)鋁型材工業(yè)廢水堿渣進(jìn)行充分的水洗，以徹底去除鋁型材工業(yè)廢水堿渣在絮凝沉降過(guò)程中附帶的可溶性雜質(zhì)與鈉離子及部分鋅、鎳、銅等金屬離子。球磨過(guò)程中，鋁型材工業(yè)廢水堿渣顆粒的粒徑隨球磨時(shí)間的增加逐漸變小，在球磨1小時(shí)之后，顆粒可以達(dá)到4μπι左右，還有部分超細(xì)粒子，這部分超細(xì)鋁型材工業(yè)廢水堿渣屬于不穩(wěn)定態(tài)，高能態(tài)，活性高，在高溫下粒子的擴(kuò)散，固相反應(yīng)和燒結(jié)推動(dòng)力都很大，有利于燒結(jié)。球磨之后的鋁型材工業(yè)廢水堿渣進(jìn)行干燥，去除部分水分，這樣有利于進(jìn)行造粒。 由于本方法使用的球磨方式為濕磨，鋁型材工業(yè)廢水堿渣中含有大量的水分，不利于顆粒的成型，當(dāng)鋁型材工業(yè)廢水堿渣中的水分逐步蒸發(fā)后，達(dá)到顆粒成型的臨界狀態(tài)就可以停止干燥，進(jìn)行造粒。氧化鋁水合物屬于多孔性物料，結(jié)構(gòu)中孔道互相連接，孔道的開(kāi)口與截面的大小參差不齊。顆粒在干燥時(shí)，由于毛細(xì)管作用，水分蒸發(fā)時(shí)很不均勻。所以要求干燥在逐步提高溫度和逐步降低周圍介質(zhì)濕度的條件下用較長(zhǎng)的時(shí)間完成，并且需適時(shí)攪拌顆粒。干燥溫度控制在75°C，升溫速度為100°C /h，干燥時(shí)間在3h左右，如果采用較高溫度下的快速干燥常會(huì)導(dǎo)致顆粒強(qiáng)度降低和裂縫產(chǎn)生。將干燥后的鋁型材工業(yè)廢水堿渣進(jìn)行球形造粒，顆粒直徑控制在2 10mm之間，并將顆粒放進(jìn)烘箱中徹底干燥，干燥完之后放進(jìn)馬弗爐中進(jìn)行煅燒。由于鋁型材廠工業(yè)污泥主要成分是低結(jié)晶的氧化鋁水合物及一部分無(wú)定形體，隨著煅燒溫度的提高，鋁型材工業(yè)廢水堿渣發(fā)生如下變化過(guò)程
Ai3O5-Ai3O5
工業(yè)污泥中Y-Al2O3轉(zhuǎn)化成α-Al2O3所需的轉(zhuǎn)化溫度高，1000°C以下反應(yīng)方程式如
下煅燒過(guò)程的物理化學(xué)變化可歸結(jié)為熱分解、再結(jié)晶和燒結(jié)三個(gè)過(guò)程。通過(guò)熱分解，除去載體物料中易揮發(fā)的化學(xué)結(jié)合水，使載體轉(zhuǎn)化為需要的化學(xué)組成，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；通過(guò)煅燒再結(jié)晶的過(guò)程，使載體獲得一定晶型、晶粒、孔結(jié)構(gòu)及比表面積；通過(guò)微晶燒結(jié)，提高機(jī)械強(qiáng)度。熱分解一般為吸熱過(guò)程，提高溫度有利于熱分解的進(jìn)行。隨著熱分解進(jìn)行，物料內(nèi)的水分及易揮發(fā)成分不斷逸出，是內(nèi)表面積有所增加，出現(xiàn)細(xì)小微孔結(jié)構(gòu)。再結(jié)晶過(guò)程使孔結(jié)構(gòu)和比表面積發(fā)生比較大的變化。再結(jié)晶后，產(chǎn)物中的微晶數(shù)目將比基體物質(zhì)中多幾倍， 從而使比表面積顯著增加。另外，再結(jié)晶過(guò)程也影響產(chǎn)物的晶型轉(zhuǎn)變。燒結(jié)與煅燒溫度、煅燒時(shí)間及煅燒氣氛有關(guān)。升溫速度控制在10°C /min以下時(shí)，顆粒不易產(chǎn)生裂紋，而且有較大的強(qiáng)度。煅燒溫度在^0°C，煅燒時(shí)間在證時(shí)，大量的Al2O3晶核長(zhǎng)大成為微晶，從而可以獲得較大的比表面積與孔容積，比表面為M0m2/g，孔容為0. 51cm7g。本發(fā)明在利用鋁型材工業(yè)廢水堿渣制備高比表面與孔容的活性氧化鋁的使用方法有如下步驟
a、將鋁型材工業(yè)廢水堿渣用蒸餾水清洗廣3次，以徹底去除中和調(diào)節(jié)和混凝沉淀過(guò)程中殘留在鋁型材工業(yè)廢水堿渣中的鈉離子及其它可溶性雜質(zhì)；
b、將水洗后的鋁型材工業(yè)廢水堿渣與加入的添加劑一起放進(jìn)行星式球磨機(jī)中進(jìn)行濕磨60分鐘，使鋁型材工業(yè)廢水堿渣顆粒通過(guò)球磨達(dá)到微米級(jí)；添加劑是起擴(kuò)孔作用的組分，起擴(kuò)孔作用的組分是硝酸銨、碳酸氫銨、碳酸鋁銨、硝酸鋁、硝酸中的一種或者兩種以上的混合物；添加劑的用量為混合物總用量的0. 3-6. 0wt% ；
C、將球磨之后的鋁型材工業(yè)廢水堿渣放進(jìn)烘箱中進(jìn)行75°C烘干，去除部分水分，冷卻之后進(jìn)行造粒，采用球形造粒法將鋁型材工業(yè)廢水堿渣制備成直徑在5mm大小的球形顆粒；
d、將造好的顆粒放進(jìn)烘箱中進(jìn)行干燥，徹底去除顆粒中殘留的水分；
e、將完全干燥的顆粒放進(jìn)550°C馬弗爐中進(jìn)行煅燒5小時(shí)，自然冷卻至室溫， 從而獲得最終產(chǎn)品。實(shí)施例2
本實(shí)施例與上述實(shí)施方式的不同之處在于將鋁型材工業(yè)廢水堿渣經(jīng)過(guò)上述例1的水洗步驟之后，所添加的添加劑包括起粘結(jié)作用的組分和起擴(kuò)孔作用的組分，起粘結(jié)作用的組分是聚乙烯醇、聚乙二醇、甲基纖維素、鋁溶膠、硝酸中的一種或者兩種以上的混合物，甲基纖維素是羥乙基甲基纖維素、甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素中的一種或者兩種以上的混合物，其他步驟與上述例1相同，。將起粘結(jié)作用的組分如(聚乙烯醇)與水混合后，以水浴方式充分加熱，得到起粘結(jié)作用的組分水溶液(如聚乙烯醇水溶液)，將鋁型材工業(yè)廢水堿渣與聚乙烯醇與硝酸鋁溶液按1%、0. 5%的質(zhì)量比加入，并置于球磨機(jī)中球磨得到混合均勻的漿狀物，其他步驟與上述例1相同。
聚乙烯醇(PVA)在活性氧化鋁的制備過(guò)程中具備粘接劑的功能，同時(shí)也可以作為擴(kuò)孔劑使用。有機(jī)物聚乙烯醇以水溶液的方式加入，能使所得制品的孔徑分布均勻且活性孔多，并且可以減少活性氧化鋁微裂紋的產(chǎn)生。制備的球形顆粒在高溫?zé)Y(jié)時(shí)，聚乙烯醇充分燃燒分解成氣體從活性氧化鋁的坯體中逸出，在坯體中留下比較均勻的氣孔。當(dāng)在鋁型材工業(yè)廢水堿渣中加入聚乙烯醇與硝酸鋁，燒結(jié)溫度為600°C、保溫時(shí)間為4h時(shí)，可得比表面^0m2/g，孔容0. 445cm3/g的活性氧化鋁。聚乙烯醇在加熱過(guò)程中的變化如下
聚乙騰-^變色、脆化·-^脫水醚化-^
25CTC 300.1以上開(kāi)始分解- 共軛雙鍵齢物- H2O, CO2, CO
如以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，不能以此來(lái)限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
1.鋁型材工業(yè)廢水堿渣制備活性氧化鋁的工藝方法，其特征在于依序包括如下步驟(1)將鋁型材廢渣用蒸餾水清洗廣5次，以徹底去除中和調(diào)節(jié)和混凝沉淀過(guò)程中殘留在堿渣中的鈉離子及其它可溶性雜質(zhì)；(2)將步驟(1)獲得的鋁型材廢渣混入添加劑后進(jìn)行研磨20-80分鐘，使鋁型材廢渣顆粒達(dá)到微米級(jí)；添加劑包括起擴(kuò)孔作用的組分或者包括起粘結(jié)作用的組分和起擴(kuò)孔作用的組分，起粘結(jié)作用的組分是聚乙烯醇、聚乙二醇、甲基纖維素、鋁溶膠、硝酸中的一種或者兩種以上的混合物，起擴(kuò)孔作用的組分是硝酸銨、碳酸氫銨、碳酸鋁銨、硝酸鋁、硝酸中的一種或者兩種以上的混合物，甲基纖維素是羥乙基甲基纖維素、甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素中的一種或者兩種以上的混合物，添加劑用量為混合物總用量的0. 3-6. 0wt% ；(3)將球磨之后的堿渣放進(jìn)烘箱中進(jìn)行50-100°C烘干，去除部分水分，冷卻之后進(jìn)行造粒，采用球形造粒法將堿渣制備成直徑在2 10mm大小的球形顆粒；(4)將造好的顆粒放進(jìn)烘箱中進(jìn)行干燥，徹底去除顆粒中殘留的水分；(5)將完全干燥的顆粒放進(jìn)450-800°C馬弗爐中進(jìn)行煅燒1-6小時(shí)，自然冷卻至室溫； 從而獲得活性氧化鋁。
全文摘要
鋁型材工業(yè)廢水堿渣制備活性氧化鋁的工藝方法，其特征在于依序包括如下步驟(1)將鋁型材廢渣用蒸餾水清洗1~5次，以徹底去除中和調(diào)節(jié)和混凝沉淀過(guò)程中殘留在堿渣中的鈉離子及其它可溶性雜質(zhì)；(2)將步驟(1)獲得的鋁型材廢渣混入添加劑后進(jìn)行研磨20-80分鐘，使鋁型材廢渣顆粒達(dá)到微米級(jí)；(3)將球磨之后的堿渣放進(jìn)烘箱中進(jìn)行50-100℃烘干，去除部分水分，冷卻之后進(jìn)行造粒，采用球形造粒法將堿渣制備成直徑在2~10mm大小的球形顆粒；(4)將造好的顆粒放進(jìn)烘箱中進(jìn)行干燥，徹底去除顆粒中殘留的水分；(5)將完全干燥的顆粒放進(jìn)450-800℃馬弗爐中進(jìn)行煅燒1-6小時(shí)，自然冷卻至室溫；從而獲得活性氧化鋁。本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有能有效利用鋁型材工業(yè)廢水堿渣的、避免鋁型材工業(yè)廢水堿渣污染環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01F7/02GK102351224SQ20111018377
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者杜潔, 陳東初 申請(qǐng)人:佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院