一种利用铝灰制备精密铸造砂的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用铝灰制备精密铸造砂的方法，所述方法包括：将铝灰与酸溶液混合，反应后固液分离，得到固体产物和分离液，所述固体产物经干燥得到低杂高纯铝灰粉料；得到的低杂高纯铝灰粉料经造粒和筛分，得到初级铸造砂；得到的初级铸造砂经烧结和筛分，得到精密铸造砂。本发明专利技术所述方法以铝灰为原料，通过控制除杂条件和烧结条件，制备得到强度大、流动性好、耐火度高的精密铸造砂；本发明专利技术所述方法不仅解决了铝灰的污染问题，且能耗低，资源利用率高，有利于工业化规模生产，具有较好的工业应用前景。业应用前景。业应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种利用铝灰制备精密铸造砂的方法


[0001]本专利技术属于废弃物资源化利用
，具体涉及一种利用铝灰制备精密铸造砂的方法。

技术介绍

[0002]铝灰是电解铝行业产生的危险固体废弃物，含有大量的氧化铝、氧化镁等资源，目前利用率较低，大量未利用的铝灰不仅会对环境产生污染还会造成巨大的资源浪费。砂型(芯)铸造是一种重要的铸造工艺，该铸造工艺中铸造砂的选择极为重要，铸造砂分为硅砂和非硅质砂(又称特种砂)。随着铸造业的发展，特种砂的使用也逐渐增多。和硅砂相比，镁铝尖晶石
‑
刚玉相的特种砂具有热膨胀系数小、耐火度高、角形系数小、表面光滑和透气性好等优点，在厚大件、铸钢件中的用量逐渐增加。
[0003]目前制备铸造砂的原料大多以原生矿物或者工业原材料。CN107840653 A公开了一种镁铝尖晶石重熔球形铸造砂的制备方法，该方法以工业氧化铝和工业氧化镁为原料，在电弧炉中高温熔融后制备镁铝尖晶石质铸造砂。CN104557062 A公开了一种尖晶石质铸造砂及其制备方法，该方法以铝矾土生料、工业氧化镁为主原料，经混料、湿磨、烘干、造粒、烧结和筛分制备了尖晶石质铸造砂。上述方法以工业原料、原生矿物为主要原料，存在原料来源单一，成本高，能耗高，时间长以及受市场影响大的问题。
[0004]CN110871258 A公开了一种人工砂的制备方法，该方法以铸造再生除尘灰、铸造旧砂、粉煤灰为原料，经混料、造粒、养护、烧结制得人工砂。CN104226889 A公开了一种利用铸造除尘灰和旧砂制备铸造砂的方法，该方法以铸造除尘灰、铸造旧砂等为原料制备了铸造砂。CN110614342 A公开了一种以废砂为原料制备再生铸造覆膜砂的方法，该方法以废砂为原料，额外添加添加剂、导热剂、改性剂等助剂制备铸造砂。上述方法虽然以铸造废砂为主要原料，但铸造废砂因铸造过程有粘砂现象，存在铁含量高的问题，导致以废砂制备的精密铸造砂存在耐火度低、性能差的问题。
[0005]综上所述，如何提供一种新的制备精密铸造砂方法，提高其耐火度及性能的同时解决原料短缺的问题，成为当前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种利用铝灰制备精密铸造砂的方法，所述方法将危险废弃物铝灰作为原料，并通过控制制备条件得到强度大、流动性好、耐火度高的精密铸造砂，减少了环境污染，具有广泛的工业化应用前景。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种利用铝灰制备精密铸造砂的方法，所述方法包括以下步骤：
[0009](1)将铝灰与酸溶液混合，反应后固液分离，得到固体产物和分离液，所述固体产物经干燥得到低杂高纯铝灰粉料；
[0010](2)步骤(1)得到的低杂高纯铝灰粉料经造粒和筛分，得到初级铸造砂；
[0011](3)步骤(2)得到的初级铸造砂经烧结和筛分，得到精密铸造砂。
[0012]本专利技术中，所述方法先将铝灰在酸溶液中除杂得到低杂高纯铝灰粉料，再将低杂高纯铝灰粉料经造粒、筛分制得初级铸造砂，最后将初级铸造砂经烧结、筛分得到不同粒径的精密铸造砂。本专利技术将提纯后的铝灰作为原料，原料本身的物相为镁铝尖晶石和刚玉，因此，仅通过造粒烧结即可制备镁铝尖晶石
‑
刚玉相铸造砂，与以工业氧化铝和氧化镁为原料相比，省去了镁铝尖晶石相的生成过程，且不用添加任何助剂，使得烧结时间大大缩短；并且，本专利技术所述方法通过两步法，制备得到的精密铸造砂强度大、流动性好、耐火度高，可应用于不同规格要求的铸件铸造过程中。本专利技术所述方法不仅解决了铝灰的污染问题，且能耗低，资源利用率高，制备得到镁铝尖晶石
‑
刚玉相铸造砂具有强度大、耐火度高的优点，工业化应用前景广泛。
[0013]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0014]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述铝灰的主要成分包括Na2O、K2O、Fe2O3、TiO2、AlN、MgO、SiO2和Al2O3。
[0015]优选地，步骤(1)所述铝灰的主要成分中，Na2O的含量不大于2.9wt％，例如0.2wt％、0.4wt％、0.8wt％、1.0wt％、1.2wt％、1.6wt％、2wt％、2.5wt％或2.9wt％等；K2O的含量不大于3.1wt％，例如0.1wt％、0.4wt％、0.8wt％、1.0wt％、1.2wt％、1.6wt％、2.0wt％、2.5wt％或3.1wt％等；Fe2O3的含量不大于0.8wt％，例如0.2wt％、0.4wt％、0.6wt％或0.8wt％等；TiO2的含量不大于0.3wt％，例如0.1wt％、0.2wt％、或0.3wt％等；AlN的含量不大于20wt％，例如2wt％、4wt％、6wt％、8wt％、10wt％、14wt％、16wt％、18wt％或20wt％等；MgO的含量不小于7wt％，例如7wt％、8wt％、9wt％、10wt％、11wt％或12wt％等；SiO2的含量不大于3wt％，例如1wt％、2wt％、或3wt％等；Al2O3的含量不小于45wt％，例如45wt％、48wt％、50wt％、53wt％、55wt％、58wt％、60wt％、62wt％或65wt％等，上述含量的选择并不仅限于所列举的数值，在各自的数值范围内其他未列举的数值同样适用，其余为不可避免的杂质。
[0016]优选地，步骤(1)所述酸溶液包括盐酸、硫酸、硝酸或醋酸中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：盐酸和硫酸的组合，盐酸和硝酸的组合，硫酸和醋酸的组合等。
[0017]优选地，步骤(1)所述酸溶液的浓度为10～150g/L，例如10g/L、30g/L、50g/L、70g/L、90g/L、100g/L、110g/L、120g/L、130g/L、140g/L或150g/L等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018]本专利技术中，所述铝灰是指二次铝灰，具体的是指铝镁硅系列铝灰，该系列铝灰以Al2O3为主，同时还包括MgO和SiO2。其中，Al2O3主要以刚玉相存在，MgO主要以尖晶石相存在，这两种物相较为稳定，不易与稀酸反应，因此，控制酸溶液的浓度十分重要。若酸溶液浓度过低，则不能充分的除去铝灰中K2O、Na2O和AlN等杂质；若酸溶液浓度过高，则会加剧铝灰中Al2O3和MgO的溶解，影响后续铸造砂的品质。
[0019]优选地，步骤(1)所述酸溶液与所述铝灰的液固比为3～10mL/g，例如3mL/g、4mL/g、5mL/g、6mL/g、7mL/g/、8mL/g、9mL/g或10mL/g等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0020]本专利技术中，酸溶液与所述铝灰混合时的液固比同样需要严格控制。若酸溶液加入量过小，杂质不能充分的除去；若酸溶液加入量过大，则会导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用铝灰制备精密铸造砂的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将铝灰与酸溶液混合，反应后固液分离，得到固体产物和分离液，所述固体产物经干燥得到低杂高纯铝灰粉料；(2)步骤(1)得到的低杂高纯铝灰粉料经造粒和筛分，得到初级铸造砂；(3)步骤(2)得到的初级铸造砂经烧结和筛分，得到精密铸造砂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述铝灰的主要成分包括Na2O、K2O、Fe2O3、TiO2、AlN、MgO、SiO2和Al2O3；优选地，步骤(1)所述铝灰的主要成分中，Na2O的含量不大于2.9wt％，K2O的含量不大于3.1wt％，Fe2O3的含量不大于0.8wt％，TiO2的含量不大于0.3wt％，AlN的含量不大于20wt％，MgO的含量不小于7wt％，SiO2的含量不大于3wt％，Al2O3的含量不小于45wt％，其余为不可避免的杂质；优选地，步骤(1)所述酸溶液包括盐酸、硫酸、硝酸或醋酸中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)所述酸溶液的浓度为10～150g/L；优选地，步骤(1)所述酸溶液与所述铝灰的液固比为3～10mL/g；优选地，步骤(1)所述反应的温度为60～80℃；优选地，步骤(1)所述反应的时间为1～5h。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述固液分离包括过滤；优选地，步骤(1)所述固液分离后进行洗涤；优选地，所述洗涤的用水量与所述固体产物的液固比为1～3mL/g；优选地，所述洗涤后的洗涤液与分离液混合，得到混合液；优选地，所述混合液返回到所述酸溶液中进行循环；优选地，所述循环至少为5次；优选地，循环后的混合液经梯级蒸发结晶分别得到铵盐、钠盐、钾盐和铝盐。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述干燥的温度为100～115℃；优选地，步骤(1)所述干燥的时间为3～12h；优选地，步骤(1)所述低杂高纯铝灰粉料主要组分包括Na2O、K2O、Fe2O3、TiO2、MgO、SiO2和Al2O3；优选地，所述低杂高纯铝灰粉料的主要成分中，Na2O和K2O的总含量不大于0.5wt％，Fe2O3的含量不大于0.3wt％，TiO2的含量不大于0.25wt％，MgO的含量不小于10wt％，SiO2的含量不大于6wt％，Al2O3的含量不小于70wt％，其余为不可避免的杂质。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述造粒在糖...

【专利技术属性】
技术研发人员：李占兵，李少鹏，李会泉，孙辉，黄形中，刘青青，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：