一种铝渣制备三元复合耐火材料的方法技术

一种铝渣制备三元复合耐火材料的方法，属于铝行业固废与耐火材料技术领域，包括以下步骤：(1)将铝渣破碎磨细制成铝渣粉料，将铝渣置于水中，搅拌使水溶性成分溶于水中，然后过滤分离出滤渣；(2)将滤渣烘干去除水分，然后将滤渣，氧化镁和二氧化锆混合均匀，球磨后粒径≤1mm，添加聚乙烯醇作为粘结剂，在200～300MPa的压力下压制成型，获得坯料；(3)在高温电炉中在空气气氛中焙烧，并在最终温度1500～1600℃下保持90～120min，焙烧制成三元复合耐火材料。有效的解决利用铝渣制备耐火材料性能差问题，降低耐火材料生产成本，提高了相关行业的经济效益。经济效益。经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种铝渣制备三元复合耐火材料的方法


[0001]本专利技术属于铝行业固废与耐火材料
，具体涉及一种铝渣制备三元复合耐火材料的方法。

技术介绍

[0002]铝渣是铝冶炼加工过程中产生的危险废弃物，含铝量10～80％，约占铝生产使用过程中总损失量的1～12％。铝渣中不仅含有金属铝和氧化铝等有价元素，还含有碳化铝和氮化铝等物质，它们易于在潮湿环境或直接与水体接触后发生反应，生成CH4、NH3、H2和H2S等具有易燃性、毒害性和刺激性的气体；此外，铝渣中含有的氯盐和氟盐通过渗透到土壤和水体，造成环境污染。一些国家早已将铝渣纳入有毒有害物质名录，严禁随意填埋排放，我国也已经将铝渣列为《国家危险废弃物名录》。随着我国铝产量的逐年增大，每年铝渣的产生量也大幅度增大，生产每吨铝产生铝渣大约30～40kg，2022年我国铝产量约4600万吨，每年产生铝渣约200万吨。
[0003]耐火材料是一类在高温环境下使用的无机非金属材料，耐火度不低于1580℃。广泛用于冶金、化工和水泥建材等工业领域，在冶金工业中用量最大，占总产量的50％～60％。近年来伴随冶金行业的发展，对耐火材料需求不断增长。生产耐火材料原料价格不断上涨，寻找低成本原料对耐火材料行业的发展具有重要意义。铝渣的成分和耐火材料相近，都是以氧化铝、氧化镁和氧化硅为主体，近年来，利用铝渣制备耐火材料引起研究人员的关注。专利CN105294135A公开了一种利用铝灰直接制备铝尖晶石耐火材料的方法及其制备的材料，CN115304357A公开了一种黄长石
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>铝酸钙两相材料及其制备方法公开了两种铝渣制备耐火材料方法，但是还存在力学性能较低等问题，应用范围被进一步限制。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种铝渣制备三元复合耐火材料的方法，将铝渣水浸处理去除铝渣中的可溶盐，水浸后滤渣进行烘干处理，滤渣、含氧化镁矿石和含二氧化锆矿石混合磨细，添加聚乙烯醇作为粘结剂，压制成型获得坯料，焙烧制备三元复合耐火材料，降低耐火材料生产成本，解决利用铝渣制备耐火材料性能差问题。
[0005]本专利技术的一种铝渣制备三元复合耐火材料的方法，包括以下步骤：
[0006](1)将铝渣破碎磨细制成铝渣粉料，将铝渣置于水中，搅拌使水溶性成分溶于水中，然后过滤分离出滤渣；
[0007](2)将滤渣烘干去除水分，然后将滤渣，氧化镁和二氧化锆混合均匀，球磨后粒径≤1mm，添加聚乙烯醇作为粘结剂，在200～300MPa的压力下压制成型，获得坯料；
[0008](3)在高温电炉中在空气气氛中焙烧，并在最终温度1500～1600℃下保持90～120min，焙烧制成三元复合耐火材料。
[0009]上述方法中采用的铝渣的成分按质量百分比含Al 3～5％，Al2O
3 50～70％，SiO
2 0～15％，MgO 0～15％，AlN 3～8％，KCl 1～3％，NaCl 1～5％。
[0010]所述步骤(1)中，破碎磨细制成铝渣粉料的粒径≤1mm。
[0011]所述步骤(1)中，水与铝渣的质量比为1～5:1。
[0012]所述步骤(1)
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(2)中，滤渣中固体成分按质量百分比含Al 3～8％，Al2O
3 70～80％，SiO20～16％，MgO 0～16％，可溶盐小于3％。
[0013]所述步骤(2)中，按重量比滤渣20～80％，氧化镁80～20％，以及占滤渣+氧化镁之和的3～7％的二氧化锆混合均匀。聚乙烯醇的加入量为按重量比占滤渣+氧化镁+二氧化锆总重量的3％。添加ZrO2能够促进材料致密化，材料的孔隙率和孔径明显减小。在耐火材料中ZrO2相(如图2)的存在能够提高不同晶粒间的结合力，提高常温抗压强度和抗弯强度。
[0014]所述步骤(2)中，氧化镁采用含镁矿石，氧化镁含量大于90％，粒径≤1mm；二氧化锆采用含锆矿石，二氧化锆含量大于等于90％，粒径≤1mm。
[0015]所述步骤(3)中，以5℃/min升温速率在空气气氛中焙烧，升温速度过快，则气孔率大，容易产生缺陷，需要严格控制升温速率。
[0016]采用上述方法制备的三元复合耐火材料的体积密度为2.7～3.4g/cm3，显气孔率为5.3～11.5％，耐压强度为75～120MPa。
[0017]本专利技术具有如下优点和效果：
[0018](1)成功制备三元复合耐火材料高附加值产品；有效的解决利用铝渣制备耐火材料性能差问题，降低耐火材料生产成本，提高了相关行业的经济效益。
[0019](2)本专利技术方法解决利用铝渣制备耐火材料性能差问题，制备的三元复合耐火材料具有良好的抗热震性和耐碱腐蚀性，广泛应用于水泥回转窑、转炉、电炉、钢包精炼炉、外精炼炉和有色金属熔炼炉中，在应用领域中可以替代镁铬砖，成功地避免了使用含氧化铬耐火材料对环境造成的污染。采用铝渣制备耐火材料还能够降低耐火材料生产成本。
附图说明
[0020]图1在1600℃烧结90min不同ZrO2添加量试样的XRD图谱；
[0021]图2在1600℃烧结90min不同ZrO2添加量试样的SEM图像；
[0022]图中：(a)为没有添加ZrO2样品SEM图像，(b)为添加3wt％ZrO2样品SEM图像，(c)为添加5wt％ZrO2样品SEM图像，(d)为添加7wt％ZrO2样品SEM图像；1为镁铝尖晶石相，2为方镁石相，3为二氧化锆相。
具体实施方式
[0023]下面结合实施例来对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚完整的描述；显然所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]实施例1
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3中的制备三元复合耐火材料时在1600℃烧结90min不同ZrO2添加量试样的XRD图谱如图1所示，根据特征峰可以确定ZrO2相的存在；SEM图像如图2所示。
[0025]实施例1
[0026]一种铝渣制备三元复合耐火材料的方法，具体操作步骤如下：
[0027](1)将铝渣破碎磨细制成铝渣粉料，粒径≤1mm；将铝渣置于水中，水与铝渣的质量
比为5:1，搅拌使水溶性成分溶于水中，然后过滤分离出滤渣和滤液，滤液回收处理；滤渣中固体成分按质量百分比含Al 3％，Al2O
3 76％，SiO
2 11％，MgO 9％，可溶盐总量1％。
[0028](2)将滤渣烘干去除水分，然后按重量比滤渣50％，氧化镁50％(含镁矿石，氧化镁含量95％，粒径1mm)和占比是滤渣+氧化镁之和的7％的二氧化锆(含锆矿石，二氧化锆含量90％，粒径1mm)混合均匀，球磨后粒径≤1mm，添加3％聚乙烯醇作为粘结剂，在300MPa的压力下压制成型，获得坯料；
[0029](3)在高温电炉中以5℃/min升温速率在空气气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝渣制备三元复合耐火材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将铝渣破碎磨细制成铝渣粉料，将铝渣置于水中，搅拌使水溶性成分溶于水中，然后过滤分离出滤渣；(2)将滤渣烘干去除水分，然后将滤渣，氧化镁和二氧化锆混合均匀，球磨后粒径≤1mm，添加聚乙烯醇作为粘结剂，在200～300MPa的压力下压制成型，获得坯料；(3)在高温电炉中在空气气氛中焙烧，并在最终温度1500～1600℃下保持90～120min，焙烧制成三元复合耐火材料。2.根据权利要求1所述的一种铝渣制备三元复合耐火材料的方法，其特征在于，采用的铝渣的成分按质量百分比含Al 3～5％，Al2O
3 50～70％，SiO
2 0～15％，MgO 0～15％，AlN 3～8％，KCl 1～3％，NaCl 1～5％。3.根据权利要求1所述的一种铝渣制备三元复合耐火材料的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，破碎磨细制成铝渣粉料的粒径≤1mm。4.根据权利要求1所述的一种铝渣制备三元复合耐火材料的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，水与铝渣的质量比为1～5:1。5.根据权利要求1所述的一种铝渣制备三元复合耐火材料的方法，其特征在于，所述步骤(1)
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【专利技术属性】
技术研发人员：厉英，史明，黄文龙，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：