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用铝灰生产高纯棕刚玉新工艺

铝灰生产工艺流程及其优点

铝灰是电解铝或铸铝生产过程中产生的熔渣冷却后的产物。其主要成分为金属铝、三氧化铝、二氧化硅、氧化钙、氧化镁和氧化铁。铝灰中含有氧化铝,可以代替铝土矿制备棕刚玉。相关论文和专利已在现有技术中发表。然而,由于杂质,尤其是二氧化硅和氧化铁,需要使用大量铁屑和碳颗粒来去除这两种杂质,导致最终棕刚玉中的碳、硅和铁含量高,氧化铝含量低导致强度差,产品的硬度和耐磨性。同时,由于铝灰本身含有游离碳,这部分游离碳在冶炼过程中不会产生还原,但仍以棕刚玉中游离碳的形式存在。棕刚玉用于耐火材料时,这部分游离碳被氧化成气体,在高温环境下排出,导致耐火材料起泡,大大降低了耐火材料的耐高温性和使用寿命。

为了解决现有技术中铝灰生产棕刚玉时杂质含量高、氧化铝含量低导致性能差的问题,我们改进了生产棕刚玉的铝灰处理工艺。经改进方法处理的铝灰降低了杂质含量,提高了氧化铝含量。利用铝灰生产棕刚玉,不仅降低了原材料消耗,节约了能源,而且提高了成品中氧化铝的含量,降低了硅、铁、碳的含量,提高了产品的耐磨性、强度和耐高温性。
生产棕刚玉用铝灰的改进处理工艺包括以下步骤:

  1. 根据重量比,将1份细度小于150目的铝灰放入2-5份温度为90-100℃的热水中,迅速转移到与外界相连的容器中6-10小时备用;
  2. 排空容器中的水,加入与排出水重量相同的90-100℃热水,浸泡2-14h。浸泡期间水温保持在90-100℃备用;
  3. 在步骤(2)中分离铝灰后,用水冲洗,然后用真空过滤器过滤并干燥所得铝灰,即铝灰处理完成。

注意事项:

  1. 在第b步的热水浸泡过程中,保持搅拌,以确保铝灰不会沉积在热水中。
  2. 冲洗时水流速度为3-6M/min。
  3. 真空过滤机过滤的铝灰应在80-110℃下干燥,直到含水量小于20%。

在这个过程中,铝灰被添加到水中。因为其中的氧化钙与水反应释放热量,所以温度保持在100℃左右。在这种环境中,铝灰中的微量金属铝被氧化成氧化铝,铝灰中的氨被溶解在水中并被去除,由氧化钙和水生成的氢氧化钙与氧化硅反应生成硅酸钙,并附着在氢氧化钙表面。组合后,体积变大,密度变小,然后可以通过冲洗去除,从而降低氧化硅和氧化钙的含量,这不仅降低了熔炼温度(1700-1800℃,远低于常规熔炼2000℃的要求),熔炼时间也相应缩短(约6-8小时),从而降低了能耗。此外,由于杂质氧化硅含量的降低,最终棕刚玉的韧性增加;
同时,在上述温度条件下放置一段时间后,铝灰中含有的游离碳可以通过氨排放通道从铝灰内部逸出,并粘附在铝灰表面。铝灰经真空过滤机过滤后,在熔炼过程中成为还原剂,不仅在熔炼过程中不需要添加碳,而且降低了杂质碳的含量,防止了游离碳在高温下氧化成气体而产生泡沫现象;适当延长储存时间,增加搅拌操作,可使游离碳逸出更彻底;由于原铝灰中氧化硅含量降低,冶炼过程中添加的铁屑量也相对减少,从而减少了产品棕刚玉中残留的铁量,提高了棕刚玉的强度。
在此过程中,真空过滤机过滤的铝灰需要干燥,使铝灰在熔炼过程中充分分散而不结块,使其表面的游离碳充分参与反应,同时使产品棕刚玉中的氧化铝分布更加均匀;冲洗过程中的水流不应过快,以防止大量游离碳被冲走。实验表明,水流速度应为3-6M/min。
与现有技术相比,该方法具有以下优点:

  1. 由于采用上述方法对铝灰进行处理和再利用,去除了铝灰中的氨,防止了设备的腐蚀,铝灰中的游离碳被转移并附着在铝灰表面作为还原剂参与反应,避免了国外碳源的引入,产品中氧化铝含量提高到96.5%,硅含量提高到0.5%95%,铁含量提高到0.5%03%,钛含量提高到1.5%65%,大大提高了棕刚玉的韧性和耐磨性、强度和硬度;
  2. 由于铝灰中杂质的减少,特别是氧化硅和氧化钙的含量减少,熔炼温度降低到1700-1800℃,熔炼时间相应缩短(约6-8h),降低了能耗;
  3. 通过上述方法,降低了铝灰中的杂质含量,减少了铁屑的消耗,并且不消耗额外的碳,这不仅降低了原材料的消耗,而且还降低了成品中的铁和碳含量,防止了因碳含量高而在高温下起泡,提高了产品的耐高温性。
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