利用铝型材厂工业污泥研制轻质莫来石保温耐火材料的方法

摘要

本发明公开了一种利用铝型材厂工业污泥研制轻质莫来石保温耐火材料的方法，它是以铝型材厂工业污泥为主原料研制轻质莫来石保温耐火材料，属于固体废弃物的综合利用，属于生态环境材料技术领域，它分为三步：1)用铝型材厂工业污泥为主原料，该污泥是铝型材表面去污、碱洗、酸洗产生大量的废液，经沉淀过滤得到的固体废渣；(2)采用掺入可燃性加入物或泡沫剂研制轻质莫来石保温耐火材料，加水混料，进行可塑成型，坯体经烘干，坯体烧结温度为1350－1450℃，保温时间为1－6小时，得到以莫来石为主晶相的轻质保温耐火材料；(3)生产出来的产品中主晶相是莫来石，其性能优于现有技术研制的产品，原料成本很低，经济效益十分显著，具有重要的环保意义。

说明书

技术领域

本发明涉及利用铝型材厂工业污泥研制轻质莫来石保温耐火材料的方法，它是以铝型材厂工业污泥为主原料研制轻质莫来石保温耐火材料属于固体废弃物的综合利用，属于生态环境材料技术领域。

技术背景

铝型材厂工业污泥是铝型材表面过程产生大量的废液，其是乳白色的胶体溶液，粒子超细而高度分散。这种废液一旦排放，必然严重污染环境和江河水域，破坏生态。因此废液排放之前，必须将处理过程产生的大量污泥去除。工厂采用沉淀和过滤方法，滤掉固体污泥，余下澄清的滤液排放。这种固体污泥主要成分是γ-AlOOH、Al(OH)₃和具有无定形体结构的固体物质。污泥含水量高达70-80％，这种污泥数量很大，一个大型铝型材厂，每天可产生25-30吨污泥，每月有800-900吨，每年可回收一万多吨。国内大型铝型材企业有几十家，中小型企业有一百多家，每年产生工业污泥数量很大。严重影响铝型材厂废液的综合治理和正常生产，严重造成铝型材厂的二次污染。因此污泥的综合利用事关重大，具有重要的环保意义。本发明利用铝型材工业污泥和粘土为主原料，以可燃加入物法和泡沫法，研制轻质莫来石保温耐火材料。轻质莫来石保温耐火材料具有优良的高温热学性能和力学性能。它是热工窑炉的重要隔热保温材料。由于抗急冷急热性能和保温性能好，使其在热工窑炉建造中深受欢迎。由于该发明采用工业污泥为主原料，原料成本很低，经济效益和社会效益非常显著。

经检索可知：中国专利公开号1051541涉及到采用以铝型材加工废渣直接与盐酸反应的工艺路线，通过活性炭吸附脱色得到无色透明的液体聚合氧化铝；中国专利公开号1350065涉及到以铝厂废渣和铝型材表面化学处理产生的废硫酸、废氢氧化钠为原料，制备硫酸铝、铝酸钠和氢氧化铝；光盘号：1993GC14涉及到利用Al(OH)₃凝胶废渣生产聚合氧化铝；光盘号：2000GC26涉及到利用废铝渣生产水处理剂一硫酸铝的研究；光盘号：1995GC23涉及到利用铝阳极氧化废铝渣生产硫酸铝。因此，尚未有利用铝型材厂工业污泥制备莫来石保温耐火材料方法的报道，能建立具有自主产权的铝型材工业污泥研制轻质莫来石保温耐火材料的技术与工艺。

发明内容

本发明的目的在于发明一种利用铝型材厂工业污泥研制轻质莫来石保温耐火材料的方法。

本发明是这样实现的：该生产步骤为：(1)用铝型材厂工业污泥为主原料，该污泥是铝型材表面处理过程产生大量的废液，经沉淀过滤得到的固体废渣，这种污泥主要成分是γ-AlOOH、Al(OH)₃和具有无定形体结构的固体物质，要制备的材料中可塑性粘土含量为10-80％，干污泥含量为20-90％，要求结合粘土可塑性好，耐火度高，R₂O含量低；(2)采用掺入可燃性加入物或泡沫剂研制轻质莫来石保温耐火材料，干污泥、塑性粘土和可燃性加入物或泡沫剂进行混合，加水混料，进行可塑成型，坯体经烘干，坯体经烧结，烧结温度为1350-1450℃，保温时间为1-6小时，得到以莫来石为主晶相的轻质耐火材料；(3)生产出来的产品中莫来石含量为50-95％，体积密度为0.6-1.0g/cm³，抗拆强度为0.7-3Mpa，耐火度≥1600℃。

本发明与现有技术相比具有下列创新性和优点：

1)原料和技术创新：现有技术采用工业氧化铝为主原料，而本项目采用铝型材厂工业污泥为原料，具有原料和技术的创新，属于固体废弃物的综合利用和变废为宝的项目，因此具有重大的环保意义。

2)本发明与现有技术相比，本项目采用的工业污泥具有粒子超细，表面积大，活性高的特点，有利于固相反应和烧结，有利于形成莫来石晶相，降低烧成温度，节约能源。

3)本发明产品性能优于现有技术的性能，产品密度小，抗折强度高，保温性能好，热稳定好，使用寿命长。

4)本发明与现有技术相比原料成本很低，经济效益和社会效益十分显著具有很强的市场竞争能力。

本发明涉及到一种轻质莫来石保温耐火材料的制备方法，它以铝型材厂工业污泥为主原料，采用掺入可燃性加入物法和泡沫法研制轻质莫来石保温耐火材料。将铝型材工业污泥脱水烘干，得到干污泥经1200-1350℃轻烧形成污泥熟料。污泥熟料、粘土和发泡塑料球(发泡剂)混合均匀，然后加水练泥，形成可塑性泥团。泥团在模具中成型成不同规格尺寸的坯体。坯体经烘干后，置于高温炉中1350-1450℃烧结，保温1-6小时后，自然冷却至室温。

具体实施方式

将铝型材工业污泥脱水烘干，得到干污泥，其组成：SiO₂2-3％，Al₂O₃为60-65％，烧失量为33-35％，其他杂质为0.8-1.2％。将干污泥经1200-1350℃轻烧形成污泥熟料，熟料中α-Al₂O₃的含量为90-98％。将熟料破碎和研磨成200-320筛目，作为主原料之一。粘土原料必须进行掏洗，去除砂粒，增加原料可塑性。

材料的配方：轻烧污泥熟料20-90％，粘土10-80％，外加发泡塑料球1.5-3％。轻烧污泥熟料、粘土和发泡塑料球混合均匀，然后加水练泥，形成可塑性泥团。塑性泥团在钢模或木模中成型成不同规格尺寸的坯体。坯体经一天凉干后，移入烘干房烘干，烘干温度为100℃，控制含水量为5-6％。

干坯体置于棱式窑中(其他窑炉)烧成，烧结温度为1350-1450℃。升温速度：室温→500℃为100℃/小时；在500℃保温1小时，让发泡塑料球完全燃烧；500→600℃为50℃/小时；600→1200℃为150℃/小时；在1350-1450℃保温1-6小时，然后自然冷却至室温。

利用铝型材厂工业污泥研制轻质莫来石保温耐火材料的方法的步骤2采用掺入可燃性加入物或泡沫剂研制轻质莫来石保温耐火材料，加水混料，进行可塑成型，坯体经烘干，坯体经烧结温度为1350-1450℃，保温时间为1-6小时，得到以莫来石为主晶相的轻质耐火材料；其叙述的可燃性加入物为发泡塑料球、锯末、稻壳、焦炭粉或回收废聚笨乙烯塑料。泡沫剂为松香酸钠制备泡沫剂，叙述的可燃性加入物为在经研磨成细粉的干污泥中，加入发泡塑料球，粒径为1-3mm，添加量为1.2-3.0％。

实施例1：

1)研制轻质莫来石保温耐火材料主原料是用福建省南平铝业公司的工业污泥，含水量为70-80％，经烘干脱水为干污泥，其化学组成：SiO₂为2.34％，Al₂O₃为61.16％，Fe₂O₃为0.27％，CaO为0.48％，MgO为0.37％，K₂O为0.03％，Na₂O为0.34％，IL为34.26％。粘土组成：SiO₂为72.06％，Al₂O₃为18.56％，Fe₂O₃为1.05％，TiO₂为0.09％，CaO为0.07％，MgO为0.21％，K₂O为0.85％，Na₂O为0.09％，IL为7.01％。发泡塑料球粒度为1-3mm。

2)干污泥经1300℃轻烧形成污泥熟料，将污泥熟料破碎，研磨成200-320目粉末。粘土置于池中掏洗，洗去砂粒和其他杂质，烘干打成粉末。选择发泡塑料球粒度为1-3mm。

3)轻烧污泥熟料60％，粘土40％，外加发泡塑料球1.6-2.4％混合均匀，然后加水混料练泥30分钟，形成可塑性泥团。塑性泥团在钢模中成型成不同规格尺寸的坯体。坯体经一天凉干后，移入烘干房烘干，烘干温度为100℃，控制含水量为5-6％。干坯体置于棱式窑中烧成，烧结温度为1380℃。升温速度：室温→500℃为100℃/小时；在500℃保温1小时，让发泡塑料球完全燃烧；500℃→600℃为50℃/小时；600℃→1200℃为150℃/小时；在1380℃保温2小时，然后自然冷却至室温。同时进行不同温度和不同保温时间的实验研究。将各试样进行性能和结构分析，分析结果：密度为0.72-9.2g/cm³，抗折强度为1.10-1.60Mpa。

4)研制配方与性能

表1实施例1的配方和工艺条件与性能(混料练泥时间为30分钟)

样品   污泥熟料     粘土     发泡塑料球     烧结温度   保温时间       密度       抗析强度

        (wt％)      (wt％)    (wt％)          (℃)      (小时)        (g/m³)     (Mpa)

样品1    60          40        1.6            1380        2            0.92        1.25

样品2    60          40        1.8            1380        2            0.82        1.50

样品3    60          40        2.0            1380        2            0.81        1.60

样品4    60          40        2.2            1380        2            0.78        1.46

样品5    60          40        2.4            1380        2            0.72        1.10

实施例1样品中主晶相是莫来石，次晶相是刚玉等。

实施例2：

本实施例2混料练泥时间为15分钟，其他制备工艺与实施例1相同，探讨不同烧结温度对材料性能的影响。

表1实施例2的配方和工艺条件与性能(混料练泥时间为15分钟)

样品   污泥熟料    粘土    发泡塑料球    烧结温度     保温时间      密度       抗析强度

       (wt％)      (wt％)   (wt％)         (℃)        (小时)      (g/cm³)     (Mpa)

样品1   60          40        2.0          1340          2          0.695        0.86

样品2   60          40        2.0          1360          2          0.735        1.40

样品3   60          40        2.0          1380          2          0.710        1.49

样品4   60          40        2.0          1400          2          0.680        1.70

样品5   60          40        2.0          1420          2          0.695        1.80

实施例2样品中主晶相是莫来石，次晶相是刚玉等。混料练泥时间缩短，材料的密度降低，烧结温度升高，材料的抗析强度增加。

实施例3：

本实施例3混料练污时间为15分钟，其他制备工艺与实施例1相同，探讨不同烧结保温时间对材料性能的影响。

表1实施例3的配方和工艺条件与性能(混料练泥时间为15分钟)

样品     污泥熟料      粘土    发泡塑料球     烧结温度      保温时间         密度       抗析强度

          (wt％)      (wt％)     (wt％)         (℃)         (小时)         (g/cm³)      (Mpa)

样品11      60          40        2.0           1380           1             0.727        1.60

样品12      60          40        2.0           1380           2             0.714        1.90

样品13      60          40        2.0           1380           3             0.712        2.00

样品14      60          40        2.0           1380           4             0.705        1.70

样品15      60          40        2.0           1380           5             0.697        0.95

实施例3样品中主晶相是莫来石，次晶相是刚玉等。烧结温度保温时间增加，材料密度减小；保温时间1→3小时，抗折强度是增加，保温时间3→5小时，抗折强度是减少的。