專利名稱：：利用剛玉渣制備耐火原料的方法
技術領域：
：本發明涉及耐火材料
技術領域：
，特別涉及一種制備耐火原料的方法。
背景技術：
：在鋁熱法生產高釩鐵的過程中，為了將釩渣中的釩氧化物還原，在冶煉過程中要加入一定量的金屬鋁；為了提高釩的收得率，冶煉后期還需加入一定量的石灰進行造渣；同時因爐村采用的是鎂質搗打料，冶煉時有部分氧化鎂在高溫下熔于渣液中。在冶煉完成后，被氧化的鋁錠、造渣用的氧化鈣和熔化的氧化鎂與釩鐵共同冷卻并分離，形成渣餅，除去該渣餅表面的鎂砂層即為剛玉渣。純剛玉渣為黑色，有的斷面有金屬光澤，從斷面上看上部有較多氣孔，下部較致密。將鋁熱法生產高釩^^的過程中產生的一種剛玉渣的上部疏松層和下部致密層分別-皮碎，^r測其理化指標，結果見表l。表1某種剛玉渣的理化指標名稱Si02/wt%A1203/wt%Fe203/wt%CaO/wt%MgO/wt%S/wt%耐火度廠C體積密度/g'cm吸水率/%疏松層0.4774.650.749.7613.800.0124>17803.021.4致密層0.5375.280.768.4714.290.0133〉17803.051.8由表1可以看出，剛玉渣疏松層和致密層的理化指標相當，主要由A1203和MgO組成，有一定量的CaO,雜質Si02和Fe203含量均不超過3。/。；從物理性能方面來看，具有較高的體積密度和耐火度以及較低的吸水率。因此，該剛玉渣具有作為耐火原料的基本特征，但作為耐火原料還應考察其強度。為了考察該剛玉渣的顆粒強度，采用了如下方法進行;險測篩出5mm~2mm的骨料50g，裝入鑄4失容器內，在壓力機上施壓52MPa,并保壓120s，篩出〈2mm的骨料稱重，計算壓破率。同時選耳又了特級石凡土、焦寶石、硅石進行平行試驗，結果見圖1。由圖l可以看出，剛玉渣的顆粒強度明顯低于特級諷土，且比焦寶石的顆粒強度還要低，況且直接破碎的剛玉渣顆粒存在較多的孔洞，因此不適于直接作為耐火原料。由于上述原因，該剛玉渣目前作為工業廢渣而未大量開發利用，這些工業廢渣不僅占用了大量的堆放場地，污染了環境，而且造成了極大的資源浪費。根據上述情況，若能在不顯著P爭低剛玉渣耐火度的前提下提高其顆粒強度并減少顆粒孔洞，則完全可以作為耐火原料使用。
發明內容本發明的目的在于提供一種利用剛玉渣制備耐火原料的方法，以解決現有技術中的上述問題。該利用剛玉渣制備耐火原料的方法能夠在不降低剛玉渣耐火度的前提下提高其顆粒強度并減少顆粒孔洞。根據本發明的利用剛玉渣制備耐火原料的方法包括以下步驟將剛玉渣制備成小于180目的細粉，所述剛玉渣按重量計含有68%85%的A1203、8%~17%的MgO和5%~10%的CaO;向所述細粉中加入礦化劑、添加劑和結合劑，混練后出料，然后成型為樣塊，其中，以配料總重量為100%計，礦化劑的重量百分比為1%~5%,添加劑的重量百分比為0.1%~0.5%，結合劑的重量百分比為5%~10%;烘干樣塊；將樣塊進行燒成；冷卻樣塊，并將樣塊破碎成耐火原料。本發明的利用剛玉渣制備耐火原料的方法的優點在于工藝簡單、技術效果良好、減少了環境污染和資源浪費。圖1示出了一種剛玉渣的疏松層和致密層相對于特級石凡土、焦寶石和硅石的壓破率試驗結果。具體實施例方式下面結合具體實施例詳細描述根據本發明的一種利用剛玉渣制備耐火原料的方法。首先，將剛玉渣制備成小于180目的細粉。這里所述的剛玉渣來自鋁熱法生產高釩鐵的過程，其按重量計含有68%~85%的A1203、8。/。17。/。的MgO和5%~10%的CaO。該剛玉渣主要由A1203和MgO組成，有一定量的CaO,雜質Si02和Fe203含量均不超過3。/c)，另外還有一些對耐火性能不具有影響或影響很小的其它雜質。可以采用破碎設備、篩分設備制備小于180目的細粉，或者可以采用破碎設備直接將剛玉渣破碎成小于180目的細粉。然后，向細粉中加入礦化劑、添加劑和結合劑，混練后出料，然后成型為樣塊。以配料總重量為100%計，礦化劑的重量百分比為1%~5%,添加劑的重量百分比為0.1%~0.5%，結合劑的重量百分比為5%~10%。礦化劑和添加劑的粒度可以與剛玉渣細粉的粒度相當。礦化劑是粘土、膨潤土、硅灰、石英砂、硅石中的至少一種，其作用在于促進物料的燒結。礦化劑加入量少于1%會造成物料不能燒結，產品體積密度低，吸水率高；加入量超過5。/。則會造成耐火度P爭低，這兩種情況都會影響產品的使用范圍。添加劑是三聚磷酸鈉、純堿、長石中的至少一種，其作用在于使混練的物料便于成型。添加劑加入量少于0.1%和大于0.5%均會造成物料成型時產生裂紋，影響產品質量。結合劑的作用在于使混練的物料成型時有足夠的磚坯強度，便于生產；并且可使烘干后的磚坯具有足夠的強度，便于入窯燒結。如果結合劑加入量少于5%，則會造成成型時磚坯強度低，生產困難；如果結合劑加入量大于10%,則會造成產品耐火度降低，影響產品質量。結合劑是六偏磷酸鈉水溶液、羧曱基纖維素水溶液、木質素磺酸鈣水溶液、液狀水玻璃、亞碌u酸鹽紙漿廢液中的至少一種，可以將上述液態的結合劑直接加入到剛玉渣細粉中。例如，可以采用模數為2.3的液狀水玻璃作為結合劑。可選擇地，將六偏磷酸鈉、羧曱基纖維素、木質素石黃酸4丐中的至少一種加入到所述細粉中，混合均勻后加入水、液狀水玻璃、亞錄u酸鹽紙漿廢液中的至少一種，六偏磷酸鈉、羧曱基纖維素、木質素磺酸4丐中的至少一種與水、液狀水玻璃、亞碌^酸鹽紙漿廢液中的至少一種的組合作為結合劑。結合劑的制備方法對于本領域技術人員來說是公知的。可以通過在室溫下用混碾機混練3分鐘8分鐘來扭j亍混練的步驟。若混練時間少于3分鐘，則會造成物料混合不均勻，影響產品質量；若混練時間超過8分鐘，則會造成物料溫度過高，水分蒸發嚴重，導致難于成型，并且成型時易產生裂紋，影響產品質量。混練所使用的設備不限于混碾機，可以采用強力逆流混合機、高速混合機、行星式強制混合機、雙錐形混合機、螺旋錐形混合機或槳葉攪拌機等。可以采用113Mpa以上的壓力將混練后的物料成型為長方體形、球形和橢球形中的一種形狀。如果成型壓力小于113Mpa,則會造成磚坯密度低，影響產品質量。300噸以上的壓磚機能夠提供113Mpa以上的壓力，因此可以采用300噸以上的壓磚機來執行成型的步驟。本發明不限于使用壓磚機的機壓成型法，也可以采用等靜壓成型法、搗打成型法、擠壓成型法等。為了便于隧道窯燒成，可以將混練后的物料成型為65mmxll5mmx230mm的長方體磚坯；如果采用回轉窯或豎窯燒成，則可成型為球形或橢球形。之后，烘干樣塊。可以在110。C180。C下進行12小時~24小時的烘干。如果烘干溫度小于ll(TC,則水分排出緩慢，既浪費時間又增加能源；如果烘干溫度大于180。C，則水分排出過快，磚坯易產生微裂紋，影響產品質量。烘干時間選擇12小時~24小時是為了保證水分排盡而又不浪費能源。可以采用隧道干燥器、干燥筒或熱處理窯來執行烘干樣塊的步驟。然后，將樣塊進行燒成。可以將樣塊在1300。C1700。C的溫度下進行3小時5小時的燒成。如果溫度低于1300°C,則物料難于燒結，體積密度小，強度低，氣孔率大；如果溫度高于1700°C，則會造成能源增加從而增加生產成本。如果燒成的時間少于3小時，則不能保證磚坯溫度達到完全均勾；如果燒成的時間大于5小時，則會造成能源增加從而增加成本。在該步驟中，可以使用隧道窯、回轉窯、豎窯或梭式窯。最后，冷卻樣塊，并將樣塊破碎成耐火原料。可采用的破碎設備包括顎式破碎機、對輥破碎機、圓錐破碎機、管磨機、懸輥磨、振動磨和氣流磨，這里所說的破碎設備同樣適用于制備小于180目的剛玉渣細粉的步驟。實施例1:將剛玉渣制備成小于180目的細粉，該剛玉渣按重量計含有75.20%的A1203、16.23%的MgO、7.84%的CaO和對耐火性能不具有影響或影響很小的其它雜質。向該細粉中加入礦化劑、添加劑和結合劑，在混碾機上混練5分鐘出料，用300噸的壓磚機成型為65匪xli5mmx230匪的樣塊，其中，以配料總重量為100%計，礦化劑的重量百分比為2%,添加劑的重量百分比為0.%,結合劑的重量百分比為6%。在15(TC的溫度下進行16小時烘干。然后用隧道窯將樣塊在165(TC下進行3小時燒成。冷卻樣塊，并破碎樣塊。該實施例中所用的礦化劑是粘土、硅灰、石英砂按1:2:1的重量比共磨后的混合物，添加劑是三聚磷酸鈉、純堿、長石按1:1:2的重量比混合后的混合物，結合劑是含2%羧曱基纖維素和8%水玻璃的水溶液。礦化劑和添加劑的粒度與剛玉渣細粉的粒度相當。該實施例制備的樣塊的主要組成為1.47wt。/。的Si02、73.83wt。/。的A1203、0,68wt。/o的Fe203、7.53wt。/o的CaO、15.72wt。/o的MgO、0.012wt。/。的S。篩出破碎的樣塊中5mm~2mm的骨料50g，裝入鑄鐵容器內，在壓力機上施壓52MPa，并保壓120s，篩出<2mm的骨料稱重，計算壓石皮率為58.23%。經過破碎的樣塊的耐火度大于1790°C,體積密度為2.98g'cnf3，吸水率為3.40%。該實施例制備的樣塊破碎率明顯降低，顆粒強度比焦寶石和硅石高，比特級礬土稍差，并從耐火度、體積密度、吸水率和化學成分來看，該樣塊完全可作為耐火原料使用，且成本低廉。為了考察該實施例使用剛玉渣制備耐火原料的可行性，將樣塊破碎成10mm5mm和5mm0mm的骨料。并將礎:石爭好的骨津牛加入到耐火材料原配方中，原配方為特級石凡土10mm~5mm35wt%、5mm0mm35wt%、<0.088纖15wt。/。、硅灰5wt。/。、燒結(x-Al2034.9wt。/。、純鋁酸4丐水泥5wt。/。、分散劑0.1wt%。將原配方中10mm5mm和5mm0mm的顆粒完全用根據本實施例制備10mm5mm和5mm0mm的樣塊骨料代替，加入5.5wt。/。7.0wt。/。的水，攪拌均勻后振動成型，在室溫條件下養護24h脫模，檢測其理化性能(見表2)，并與原配方進行對比。表2原配方和本實施例配方的對比數據<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表2可以看出，樣塊骨料加入原高鋁質耐火材料中，其理化指標與原配方相當，有的指標還優于原配方，因此用本實施例制備的耐火原料完全可用于生產耐火材料。實施例2:將剛玉渣制備成小于180目的細粉，該剛玉渣按重量計含有76.23%的A1203、14.23%的MgO、7.28%的CaO和對耐火性能不具有影響或影響很小的其它雜質。向該細粉中加入礦化劑、添加劑和結合劑，在混碾機上混練7分鐘出料，用300噸的壓磚機成型為65mmxll5mmx230mm的樣塊，其中，以配料總重量為100%計，礦化劑的重量百分比為4%,添加劑的重量百分比為0.4%,結合劑的重量百分比為8%。在180。C的溫度下進行12小時烘干。然后用隧道窯將樣塊在160(TC下進行5小時燒成。冷卻樣塊，并破碎樣塊。該實施例中所用的礦化劑是粘土、硅灰、石英砂按1:1:1的重量比共磨后的混合物，添加劑是三聚磷酸鈉、純堿、長石按1:1:2的重量比混合后的混合物，結合劑是含2%羧甲基纖維素和8%水玻璃的水溶液。礦化劑和添加劑的粒度與剛玉渣細粉的粒度相當。該實施例制備的樣塊的主要組成為1.35wt。/。的Si02、73.95wt。/。的A1203、0.78wt。/o的Fe203、7.23wt。/o的CaO、13.83wt。/o的MgO、0.011wt。/o的S。篩出破碎的樣塊中5mm2mm的骨料50g，裝入鑄鐵容器內，在壓力機上施壓52MPa，并保壓120s,篩出<2mm的骨料稱重，計算壓破率為58.23%。經過破碎的樣塊的耐火度大于1790°C，體積密度為2.92g.cm、吸水率為3.80%。該實施例制備的樣塊破碎率明顯降低，顆粒強度比焦寶石和硅石高，比特級礬土稍差，并從耐火度、體積密度、吸水率和化學成分來看，該樣塊完全可作為耐火原料使用，且成本低廉。為了考察該實施例使用剛玉渣制備耐火原料的可行性，將樣塊破碎成10mm5mm和5mm0iran的骨沖+。并將石皮碎好的骨沖牛加入到耐火材料原配方中，原配方為特級鞏土10mm~5mm35wt%、5mm0mm35wt%、<0.088mm15wt。/。、硅灰5wt%、燒結a-Al2034.9wt%、純鋁酸鉤水泥5wt%、分散劑0.1wt%。將原配方中10mm5mm和5mm0mm的顆粒完全用根據本實施例制備10mm5mm和5mm0mm的樣塊骨料代替，加入5.5wt。/。7.0wt。/o的水，攪拌均勻后振動成型，在室溫條件下養護24h脫模，檢測其理化性能(見表3),并與原配方進行對比。表3原配方和本實施例配方的對比數據<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由表3可以看出，樣塊骨料加入原高鋁質耐火材料中，其理化指標與原配方相當，有的指標還優于原配方，因此用本實施例制備的耐火原料完全可用于生產耐火材料。實施例3:將剛玉渣制備成小于180目的細粉，該剛玉渣按重量計含有73.56%的A1203、13.25%的MgO、7.34%的CaO和對耐火性能不具有影響或影響4艮小的其它雜質。向該細粉中加入礦化劑、添加劑和結合劑，在混碾機上混練8分鐘出料，用300噸壓磚機成型為65mmxll5mmx230mm的樣塊，其中，以配料總重量為100%計，礦化劑的重量百分比為3%,添加劑的重量百分比為0.5%，結合劑的重量百分比為10%。在11(TC的溫度下進行24小時烘干。然后用隧道窯將樣塊在160(TC下進行3小時燒成。冷卻樣塊，并將樣塊破碎成耐火原料。該實施例中所用的礦化劑是粘土、硅灰、石英砂按1:2:1的重量比共磨后的混合物，添加劑是三聚磷酸鈉、純堿、長石按1:1:2的重量比混合后的混合物，結合劑是含2%羧曱基纖維素和8%水玻璃的水溶液。礦化劑和添加劑的粒度與剛玉渣細粉的粒度相當。按照與實施例1相同的方法測定實施例3制備的樣塊的壓破率為52.68%,耐火原料的耐火度大于1790°C,體積密度為3.05g'cm-3，吸水率為2.50%。實施例4:將剛玉渣制備成小于180目的細粉，該剛玉渣按重量計含有72.75%的A1203、13.47%的MgO、5.78%的CaO和對耐火性能不具有影響或影響4艮小的其它雜質。向該細粉中加入礦化劑、添加劑和結合劑，在混碾機上混練5分鐘出料，用300噸壓磚機成型為65mmxll5mmx230mm的樣塊，其中，以配料總重量為100%計，礦化劑的重量百分比為5%，添加劑的重量百分比為0.3%,結合劑的重量百分比為7%。在150。C的溫度下進行18小時烘干。然后用隧道窯將樣塊在1350。C下進行4小時燒成。冷卻樣塊，并將樣塊破碎成耐火原料。該實施例中所用的礦化劑是膨潤土、硅灰、硅石按1:1:1的重量比共磨后的混合物，添加劑是純堿、長石按1:2的重量比混合后的混合物，結合劑為木質素磺酸鉤0.5%和亞硫酸鹽紙漿廢液6.5%(該實施例中將0.5%的木質素磺酸4丐加入到細粉物料中先混合，混合均勻后再加入6.5%的亞硫酸鹽紙漿廢液)。礦化劑和添加劑的粒度與剛玉渣細粉的粒度相當。按照與實施例1相同的方法測定實施例4制備的樣塊的壓破率為58.68%,耐火原料的耐火度大于1790°C，體積密度為2.85g'cm—3,吸水率為6.50%。實施例5:將剛玉渣制備成小于180目的細粉，該剛玉渣按重量計含有75.23%的A1203、14.28%的MgO、8.36%的CaO和對耐火性能不具有影響或影響很小的其它雜質。向該細粉中加入礦化劑、添加劑和結合劑，在混碾機上混練3分鐘出料，用300噸壓磚機成型為65mmxll5mmx230mm的樣塊，其中，以配料總重量為100%計，礦化劑的重量百分比為1.0%，添加劑的重量百分比為0.1%，結合劑的重量百分比為5.5%。在110。C的溫度下進行24小時烘干。然后用隧道窯將樣塊在170(TC下進行3小時燒成。冷卻樣塊，并將樣塊破碎成耐火原料。該實施例中所用的礦化劑是粘土、硅石按1:1的重量比共磨后的混合物，添加劑是純堿、長石按1:1的重量比混合后的混合物，結合劑為木質素磺酸鈣0.5%和亞硫酸鹽紙漿廢液5.0%(該實施例中將0.5%的木質素磺酸4丐加入到細粉物料中先混合，混合均勻后再加入5.0%的亞硫酸鹽紙漿廢液)。礦化劑和添加劑的粒度與剛玉渣細粉的粒度相當。按照與實施例1相同的方法測定實施例5制備的樣塊的壓破率為46.68%,耐火原料的耐火度大于1790°C，體積密度為3.15g'cm-3，吸水率為1.20%。權利要求1、一種利用剛玉渣制備耐火原料的方法，其特征在于包括以下步驟(a)將剛玉渣制備成小于180目的細粉，所述剛玉渣按重量計含有68％～85％的Al2O3、8％～17％的MgO和5％～10％的CaO；(b)向所述細粉中加入礦化劑、添加劑和結合劑，混練后出料，然后成型為樣塊，其中，以配料總重量為100％計，礦化劑的重量百分比為1％～5％，添加劑的重量百分比為0.1％～0.5％，結合劑的重量百分比為5％～10％；(c)烘干樣塊；(d)將樣塊進行燒成；(e)冷卻樣塊，并將樣塊破碎成耐火原料。2、根據權利要求1所述的利用剛玉渣制備耐火原料的方法，其特征在于所述剛玉渣來自鋁熱法生產高釩鐵的過程。3、根據權利要求1所述的利用剛玉渣制備耐火原料的方法，其特征在于所述礦化劑是粘土、膨潤土、硅灰、石英砂、硅石中的至少一種。4、根據權利要求1所述的利用剛玉渣制備耐火原料的方法，其特征在于所述添加劑是三聚磷酸鈉、純堿、長石中的至少一種。5、根據權利要求1所述的利用剛玉渣制備耐火原料的方法，其特征在于加入結合劑的步驟包括將六偏磷酸鈉水溶液、羧曱基纖維素水溶液、木質素磺酸釣水溶液、液狀水玻璃、亞石危酸鹽紙漿廢液中的至少一種直接加入到所述細粉中。6、根據權利要求1所迷的利用剛玉渣制備耐火原料的方法，其特征在于加入結合劑的步驟包括將六偏磷酸鈉、羧曱基纖維素、木質素磺酸4丐中的至少一種加入到所述細粉中，混合均勾后加入水、液狀水玻璃、亞硫酸鹽紙漿廢液中的至少一種，六偏磷酸鈉、羧曱基纖維素、木質素磺酸鈣中的至少一種與水、液狀水玻璃、亞碌u酸鹽紙漿廢液中的至少一種的組合作為結合劑。7、根據權利要求1所述的利用剛玉渣制備耐火原料的方法，其特征在于混練的步驟包括在室溫下用混碾機混練3分鐘8分鐘。8、根據權利要求1所述的利用剛玉渣制備耐火原料的方法，其特征在于成型為樣塊的步驟包括用113Mpa以上的壓力成型為長方體形、球形和橢球形中的一種形狀。9、根據權利要求1所述的利用剛玉渣制備耐火原料的方法，其特征在于烘干樣塊的步驟包括在110。C180。C下進行12小時24小時烘干。10、根據權利要求1所述的利用剛玉渣制備耐火原料的方法，其特征在于將樣塊進行燒成的步驟包括將樣塊在1300。C1700。C的溫度下進行3小時5小時的燒成。全文摘要本發明公開了一種利用剛玉渣制備耐火原料的方法，該方法包括以下步驟將剛玉渣制備成小于180目的細粉，所述剛玉渣按重量計含有68％～85％的Al₂O₃、8％～17％的MgO和5％～10％的CaO；向所述細粉中加入礦化劑、添加劑和結合劑，混練后出料，然后成型為樣塊，其中，以配料總重量為100％計，礦化劑的重量百分比為1％～5％，添加劑的重量百分比為0.1％～0.5％，結合劑的重量百分比為5％～10％；烘干樣塊；將樣塊進行燒成；冷卻樣塊，并將樣塊破碎成耐火原料。文檔編號C04B35/66GK101597173SQ20091014036公開日2009年12月9日申請日期2009年7月17日優先權日2009年7月17日發明者萬紅伶,昱周,莊萬錦,紅張,強楊,段大福,段曉東,王懷斌,王長民,偉程,胥勛國,強郭,欽高申請人:攀鋼冶金材料有限責任公司