利用铝灰加工配制耐火材料
发布日期： 2020-07-16 10:11:29 阅读量（526） 作者：众所周知，原料是耐火材料的基础，高质量的耐火原料才能生产好的产品。对耐火原料基本要求就是耐火性能，即耐火度 1 580 ℃以上的原材料才能作为耐火原料。铝灰中除了 Al2O3 以外，还含有较多耐火性能较低的杂质成分，因此，一般不能用铝灰直接配制耐火材料，需要进一步加工处理，除去杂质，提高 Al2O3 含量，才能考虑用作耐火材料。以下就铝灰加工处理方法作简要介绍。
1 铝灰的浮选法提纯
刘瑞琼等采用油酸钠为捕收剂，当 pH 值固定在8.6 左右，捕收剂用量为 1 000 g/t 时，浮选后铝灰w(Al2O3)含量由原来 43.14%提高到 86.41%,回收率68.89%。详见表 1。可以替代铝矾土冶炼氧化铝基电熔材料。
表 1 铝灰及浮选后的 XRF 分析结果
2 制取α-Al2O3
α-Al2O3 是刚玉等高级耐火材料的主要原料。用铝灰提取的基本原理是：在 400~600 ℃的温度下，铝灰中的金属铝、氧化铝与 NaOH 和 NaNO3 反应生成可溶于水的金属盐，并用水将其溶出，实现铝与其他杂质分离之后，使用晶种分解法处理含铝溶液，最终得到 α-Al2O3。得出的制备条件是：碱灰比(mNaOH/m 铝灰)1.3，盐灰比(mNaNO3/m 铝灰)0.7，按比例要求配合，混合均匀，在 500℃下熔炼，熔炼时间 60 min;用去离子水在 60 ℃恒温水溶中浸出熔炼产物，浸出时间30 min，固液比 1∶4，铝浸出率最高达 92.71%，浸出后抽滤，固液分离，浸出液经过净化，调整苛性比，晶种分解和煅烧获得氧化铝。
谢刚等人采用加压碱浸、微波活化辅助的方法回收铝灰中氧化铝。首先将铝灰破碎、筛分、水洗，与NaOH 溶液按固液比 1∶7 混合搅拌均匀，然后在高压釜内，于 140℃，1.15 MPa 反应 6 h，经进一步固液分离、酸中和、水洗分离后，将产物置于输出功率 5 W/g 的微波设备干燥活化 7 min，抽风速度为 30 m/min，最终可得 Al2O3 产品。
还有人通过王水浸取法及添加氧化钇制备高硬度 γ-Al2O3。首先铝灰在室温下溶解在王水中，然后在pH 为 9~10 的条件下沉淀，加入 0~20%氧化钇粒子，经压实后于 1 550~1 650 ℃煅烧可得高硬度γ-Al2O3。
3 制取纳米氧化铝
在刚玉耐火制品中引入α-Al2O3 粉，降低烧结温度，节约能源，提高其性能。例如：在用电熔刚玉(Al2O3 99.5%)的配料中，加入4%~8%的α-Al2O3微粉和1%~ 2%的α-Al2O3 纳米粉，制品的烧成温度由1 700 ~1 800℃降至 1 400℃。刘晓红等采用硫酸浸取铝灰制备纳米氧化铝的工艺方法是：首先在80℃搅拌条件下，用硫酸溶液多次浸取铝灰中的铝离子，经过滤分离得到硫酸铝溶液，然后将碳酸氢铵溶液加入到硫酸铝溶液中，在40℃条件下搅拌反应 60 min，生成前驱体碳酸铝铵沉淀和硫酸铵溶液，经陈化，真空抽滤分离，硫酸铝铵沉淀洗涤干燥后于1 200 ℃煅烧1 h，得到粒径约70 nm的α-Al2O3 粉。
4 利用铝灰冶炼棕刚玉
耐火材料用棕刚玉一般是用特级铝矾土冶炼而成，Al2O3 含量 94.5%~97%，是中、高档耐火材料的主要原料，尤其不定形耐火材料用量较多。近年来，为了节能环保，降低生产成本，有人在研究用铝灰冶炼棕刚玉，其中刘瑞琼等[5]试验的低温冶炼制备棕刚玉的效果较好。其生产过程是：将1份铝灰(小于0.10 mm)放入2~5份90~100 ℃热水中，浸泡6~10 h，将水排出，并加入排出等质量的 90~100℃热水浸泡2~14 h，浸泡为放热反应，不断搅拌，保持水温 90~100℃，确保铝灰不沉积，将浸泡后的铝灰分离出来后用流动水漂洗，漂洗水流为 3~6 m/min，然后用真空过滤机过滤，再经80~110℃烘干至水分低于20%，即完成预处理。在电弧炉中熔炼：在铝灰中加入 0.5%~4%的沉淀剂铁屑，在炉中1700~1800℃冶炼6~8 h，熔融还原铝灰中的SiO2，Fe2O3，TiO2等氧化物，冷却后经粉碎，磁选和筛分得到棕刚玉产品。其试用的铝灰及棕刚玉产品的化学成分见表 2。
表 2 铝灰及棕刚玉产品的化学成分
5 合成 Sialon 粉
Sialon 陶瓷是 20 世纪 70 年代后迅速发展起来的一类高温结构材料，Sialon 材料以优越的力学性能、热学性能和化学稳定性，被认为是最有希望的高温陶瓷材料之一。Sialon 为 Si3N4-AlN-Al2O3-SiO2 系固溶体，采用纯化学原料制备，成本高。李家镜等[6]采用铝灰、炭黑和粉煤灰为原料，用碳热铝热复合还原氮化工艺制备 Sialon 粉体。试用铝灰及粉煤灰的化学成分如表3。称好料，进行球磨 12 h(用 Si3N4 球，无水乙醇为介质)，然后进行干燥、过筛、压成圆片，再进行煅烧，自然冷却后磨成粉，研究了原料组成、合成温度对生成物相的影响。结果表明：在原料中当 Si/Al 为 1(铝灰为33%，粉煤 灰 为 50%)时 ，加 入 17% 炭 黑 ，合 成 温 度 1 450 ℃，得到的主要物相为 Si3Al3O3N5(β-Sialon，Z=3)和 SiAl4O2N4(15R)的产物;在 Si/Al 为 1.5 时，加入 80%粉煤灰，1 450 ℃可制备较纯的 Si3Al3O3N5 粉。
表 3 铝灰及粉煤灰的化学成分 质量分数 w/%
6 制备镁铝尖晶石
镁铝尖晶石是重要的耐火原料，以它为颗粒，镁砂为细粉，制备与刚玉配制钢包用浇注料。李晓娜以铝灰、铝矾土和电熔镁砂为原料，铁屑为沉淀剂，焦炭为还原剂，采用高温电熔法合成富铝镁铝尖晶石。试验表明：加入铝灰 20%，40%，60%生产的镁铝尖晶石，其综合指标超过铝矾土基镁铝尖晶石的技术指标;加入40%铝灰时，综合指标最好，其含 Al2O3 82.48%，SiO2 0.35%，MgO 14.10%，CaO 1.12%，Fe2O3 0.5%(质量分数)显气孔率 0.9%，体积密度 3.48 g/cm3，耐火度>1 800 ℃;铝灰加入 40%，60%生产的尖晶石中含有六铝酸钙(CA6)相。
7 制备 TiN-Al2O3 复相耐火原料
TiN-Al2O3 复合材料具有优异的高温稳定性，耐磨性及力学性能，是一种优异的耐火材料。刘海涛等以金红石和铝灰为原料，以铝灰中的金属铝为还原剂，采用铝热还原氮化法合成 TiN-Al2O3 复合粉体。试验用铝灰及金红石的化学成分见表 4。
表 4 铝灰和金红石的化学成分及粒度
其原理是：根据反应式 6TiO2+8Al +3N2=6TiN + 4Al2O3 计算铝灰和金红石理论质量比为16∶27。具体做法是：先称好料，放入球磨机中，干磨12 h，以40 MPa压力，干压成型坯体，然后放入石墨坩埚，在流动氨气中，600~1 400℃，保温 5 h 煅烧。在 1 300 ℃煅烧的产品按理论用量合成的产物主要是 TiN，α-Al2O3，少量倍长石和 MgAl2O4。经计算，TiN为30.4%，α-Al2O3为45.8%，随铝灰增加 α-Al2O3 增多，TiN减少，当铝灰过量 50%时，TiN为26.4%，α-Al2O3为 55.0%。TiN-Al2O3复合材料的抗折强度达 520.2 MPa。
8 电熔莫来石
陈海等利用铝灰电熔莫来石。具体步骤是：第一步是铝灰预处理过程，首先在 1 100 ℃下煅烧铝灰，使金属铝部分转变为 Al2O3，然后将煅烧的铝灰放入水槽中，加入盐酸进行清洗，然后烘干;第二步是电熔，按铝灰、铝矾土与硅石的质量分数比为：30%~80%：0~ 50%：10%~20%的范围内，混合均匀后加入电弧炉中，熔炼，倒出，冷却，破粉碎，分选，得到莫来石。
相关阅读
免责声明：
本站部分文章来源于互联网，编辑转载目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点核对其真实性负责。
如涉及作品内容、版权和其他问题请书面发函至本公司，我们将在第一时间处理。
