專利名稱：利用鋁型材廠工業(yè)污泥研制輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用鋁型材廠工業(yè)污泥研制輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料的方法，它是以鋁型材廠工業(yè)污泥為主原料研制輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料屬于固體廢棄物的綜合利用，屬于生態(tài)環(huán)境材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋁型材廠工業(yè)污泥是鋁型材表面過程產(chǎn)生大量的廢液，其是乳白色的膠體溶液，粒子超細(xì)而高度分散。這種廢液一旦排放，必然嚴(yán)重污染環(huán)境和江河水域，破壞生態(tài)。因此廢液排放之前，必須將處理過程產(chǎn)生的大量污泥去除。工廠采用沉淀和過濾方法，濾掉固體污泥，余下澄清的濾液排放。這種固體污泥主要成分是γ-AlOOH、Al(OH)3和具有無定形體結(jié)構(gòu)的固體物質(zhì)。污泥含水量高達(dá)70-80％，這種污泥數(shù)量很大，一個(gè)大型鋁型材廠，每天可產(chǎn)生25-30噸污泥，每月有800-900噸，每年可回收一萬多噸。國內(nèi)大型鋁型材企業(yè)有幾十家，中小型企業(yè)有一百多家，每年產(chǎn)生工業(yè)污泥數(shù)量很大。嚴(yán)重影響鋁型材廠廢液的綜合治理和正常生產(chǎn)，嚴(yán)重造成鋁型材廠的二次污染。因此污泥的綜合利用事關(guān)重大，具有重要的環(huán)保意義。本發(fā)明利用鋁型材工業(yè)污泥和粘土為主原料，以可燃加入物法和泡沫法，研制輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料。輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料具有優(yōu)良的高溫?zé)釋W(xué)性能和力學(xué)性能。它是熱工窯爐的重要隔熱保溫材料。由于抗急冷急熱性能和保溫性能好，使其在熱工窯爐建造中深受歡迎。由于該發(fā)明采用工業(yè)污泥為主原料，原料成本很低，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常顯著。
經(jīng)檢索可知中國專利公開號(hào)1051541涉及到采用以鋁型材加工廢渣直接與鹽酸反應(yīng)的工藝路線，通過活性炭吸附脫色得到無色透明的液體聚合氧化鋁；中國專利公開號(hào)1350065涉及到以鋁廠廢渣和鋁型材表面化學(xué)處理產(chǎn)生的廢硫酸、廢氫氧化鈉為原料，制備硫酸鋁、鋁酸鈉和氫氧化鋁；光盤號(hào)1993GC14涉及到利用Al(OH)3凝膠廢渣生產(chǎn)聚合氧化鋁；光盤號(hào)2000GC26涉及到利用廢鋁渣生產(chǎn)水處理劑一硫酸鋁的研究；光盤號(hào)1995GC23涉及到利用鋁陽極氧化廢鋁渣生產(chǎn)硫酸鋁。因此，尚未有利用鋁型材廠工業(yè)污泥制備莫來石保溫耐火材料方法的報(bào)道，能建立具有自主產(chǎn)權(quán)的鋁型材工業(yè)污泥研制輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料的技術(shù)與工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于發(fā)明一種利用鋁型材廠工業(yè)污泥研制輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料的方法。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的該生產(chǎn)步驟為(1)用鋁型材廠工業(yè)污泥為主原料，該污泥是鋁型材表面處理過程產(chǎn)生大量的廢液，經(jīng)沉淀過濾得到的固體廢渣，這種污泥主要成分是γ-AlOOH、Al(OH)3和具有無定形體結(jié)構(gòu)的固體物質(zhì)，要制備的材料中可塑性粘土含量為10-80％，干污泥含量為20-90％，要求結(jié)合粘土可塑性好，耐火度高，R2O含量低；(2)采用摻入可燃性加入物或泡沫劑研制輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料，干污泥、塑性粘土和可燃性加入物或泡沫劑進(jìn)行混合，加水混料，進(jìn)行可塑成型，坯體經(jīng)烘干，坯體經(jīng)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1350-1450℃，保溫時(shí)間為1-6小時(shí)，得到以莫來石為主晶相的輕質(zhì)耐火材料；(3)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品中莫來石含量為50-95％，體積密度為0.6-1.0g/cm3，抗拆強(qiáng)度為0.7-3Mpa，耐火度≥1600℃。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列創(chuàng)新性和優(yōu)點(diǎn)1)原料和技術(shù)創(chuàng)新現(xiàn)有技術(shù)采用工業(yè)氧化鋁為主原料，而本項(xiàng)目采用鋁型材廠工業(yè)污泥為原料，具有原料和技術(shù)的創(chuàng)新，屬于固體廢棄物的綜合利用和變廢為寶的項(xiàng)目，因此具有重大的環(huán)保意義。
2)本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本項(xiàng)目采用的工業(yè)污泥具有粒子超細(xì)，表面積大，活性高的特點(diǎn)，有利于固相反應(yīng)和燒結(jié)，有利于形成莫來石晶相，降低燒成溫度，節(jié)約能源。
3)本發(fā)明產(chǎn)品性能優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的性能，產(chǎn)品密度小，抗折強(qiáng)度高，保溫性能好，熱穩(wěn)定好，使用壽命長。
4)本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比原料成本很低，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著具有很強(qiáng)的市場競爭能力。
本發(fā)明涉及到一種輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料的制備方法，它以鋁型材廠工業(yè)污泥為主原料，采用摻入可燃性加入物法和泡沫法研制輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料。將鋁型材工業(yè)污泥脫水烘干，得到干污泥經(jīng)1200-1350℃輕燒形成污泥熟料。污泥熟料、粘土和發(fā)泡塑料球(發(fā)泡劑)混合均勻，然后加水練泥，形成可塑性泥團(tuán)。泥團(tuán)在模具中成型成不同規(guī)格尺寸的坯體。坯體經(jīng)烘干后，置于高溫爐中1350-1450℃燒結(jié)，保溫1-6小時(shí)后，自然冷卻至室溫。
具體實(shí)施例方式
將鋁型材工業(yè)污泥脫水烘干，得到干污泥，其組成SiO22-3％，Al2O3為60-65％，燒失量為33-35％，其他雜質(zhì)為0.8-1.2％。將干污泥經(jīng)1200-1350℃輕燒形成污泥熟料，熟料中α-Al2O3的含量為90-98％。將熟料破碎和研磨成200-320篩目，作為主原料之一。粘土原料必須進(jìn)行掏洗，去除砂粒，增加原料可塑性。
材料的配方輕燒污泥熟料20-90％，粘土10-80％，外加發(fā)泡塑料球1.5-3％。輕燒污泥熟料、粘土和發(fā)泡塑料球混合均勻，然后加水練泥，形成可塑性泥團(tuán)。塑性泥團(tuán)在鋼模或木模中成型成不同規(guī)格尺寸的坯體。坯體經(jīng)一天涼干后，移入烘干房烘干，烘干溫度為100℃，控制含水量為5-6％。
干坯體置于棱式窯中(其他窯爐)燒成，燒結(jié)溫度為1350-1450℃。升溫速度室溫→500℃為100℃/小時(shí)；在500℃保溫1小時(shí)，讓發(fā)泡塑料球完全燃燒；500→600℃為50℃/小時(shí)；600→1200℃為150℃/小時(shí)；在1350-1450℃保溫1-6小時(shí)，然后自然冷卻至室溫。
利用鋁型材廠工業(yè)污泥研制輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料的方法的步驟2采用摻入可燃性加入物或泡沫劑研制輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料，加水混料，進(jìn)行可塑成型，坯體經(jīng)烘干，坯體經(jīng)燒結(jié)溫度為1350-1450℃，保溫時(shí)間為1-6小時(shí)，得到以莫來石為主晶相的輕質(zhì)耐火材料；其敘述的可燃性加入物為發(fā)泡塑料球、鋸末、稻殼、焦炭粉或回收廢聚笨乙烯塑料。泡沫劑為松香酸鈉制備泡沫劑，敘述的可燃性加入物為在經(jīng)研磨成細(xì)粉的干污泥中，加入發(fā)泡塑料球，粒徑為1-3mm，添加量為1.2-3.0％。
實(shí)施例11)研制輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料主原料是用福建省南平鋁業(yè)公司的工業(yè)污泥，含水量為70-80％，經(jīng)烘干脫水為干污泥，其化學(xué)組成SiO2為2.34％，Al2O3為61.16％，F(xiàn)e2O3為0.27％，CaO為0.48％，MgO為0.37％，K2O為0.03％，Na2O為0.34％，IL為34.26％。粘土組成SiO2為72.06％，Al2O3為18.56％，F(xiàn)e2O3為1.05％，TiO2為0.09％，CaO為0.07％，MgO為0.21％，K2O為0.85％，Na2O為0.09％，IL為7.01％。發(fā)泡塑料球粒度為1-3mm。
2)干污泥經(jīng)1300℃輕燒形成污泥熟料，將污泥熟料破碎，研磨成200-320目粉末。粘土置于池中掏洗，洗去砂粒和其他雜質(zhì)，烘干打成粉末。選擇發(fā)泡塑料球粒度為1-3mm。
3)輕燒污泥熟料60％，粘土40％，外加發(fā)泡塑料球1.6-2.4％混合均勻，然后加水混料練泥30分鐘，形成可塑性泥團(tuán)。塑性泥團(tuán)在鋼模中成型成不同規(guī)格尺寸的坯體。坯體經(jīng)一天涼干后，移入烘干房烘干，烘干溫度為100℃，控制含水量為5-6％。干坯體置于棱式窯中燒成，燒結(jié)溫度為1380℃。升溫速度室溫→500℃為100℃/小時(shí)；在500℃保溫1小時(shí)，讓發(fā)泡塑料球完全燃燒；500℃→600℃為50℃/小時(shí)；600℃→1200℃為150℃/小時(shí)；在1380℃保溫2小時(shí)，然后自然冷卻至室溫。同時(shí)進(jìn)行不同溫度和不同保溫時(shí)間的實(shí)驗(yàn)研究。將各試樣進(jìn)行性能和結(jié)構(gòu)分析，分析結(jié)果密度為0.72-9.2g/cm3，抗折強(qiáng)度為1.10-1.60Mpa。
4)研制配方與性能表1實(shí)施例1的配方和工藝條件與性能(混料練泥時(shí)間為30分鐘)樣品 污泥熟料 粘土 發(fā)泡塑料球 燒結(jié)溫度 保溫時(shí)間 密度 抗析強(qiáng)度(wt％) (wt％)(wt％) (℃) (小時(shí))(g/m3) (Mpa)樣品160 401.6138020.921.25樣品260 401.8138020.821.50樣品360 402.0138020.811.60樣品460 402.2138020.781.46樣品560 402.4138020.721.10實(shí)施例1樣品中主晶相是莫來石，次晶相是剛玉等。
實(shí)施例2本實(shí)施例2混料練泥時(shí)間為15分鐘，其他制備工藝與實(shí)施例1相同，探討不同燒結(jié)溫度對(duì)材料性能的影響。
表1實(shí)施例2的配方和工藝條件與性能(混料練泥時(shí)間為15分鐘)樣品 污泥熟料粘土發(fā)泡塑料球燒結(jié)溫度 保溫時(shí)間 密度 抗析強(qiáng)度(wt％) (wt％) (wt％) (℃)(小時(shí)) (g/cm3) (Mpa)樣品1 60 402.0 1340 2 0.6950.86樣品2 60 402.0 1360 2 0.7351.40樣品3 60 402.0 1380 2 0.7101.49樣品4 60 402.0 1400 2 0.6801.70樣品5 60 402.0 1420 2 0.6951.80實(shí)施例2樣品中主晶相是莫來石，次晶相是剛玉等。混料練泥時(shí)間縮短，材料的密度降低，燒結(jié)溫度升高，材料的抗析強(qiáng)度增加。
實(shí)施例3本實(shí)施例3混料練污時(shí)間為15分鐘，其他制備工藝與實(shí)施例1相同，探討不同燒結(jié)保溫時(shí)間對(duì)材料性能的影響。
表1實(shí)施例3的配方和工藝條件與性能(混料練泥時(shí)間為15分鐘)樣品 污泥熟料 粘土發(fā)泡塑料球 燒結(jié)溫度 保溫時(shí)間 密度 抗析強(qiáng)度(wt％) (wt％) (wt％) (℃) (小時(shí)) (g/cm3) (Mpa)樣品11 60 402.0 1380 1 0.7271.60樣品12 60 402.0 1380 2 0.7141.90樣品13 60 402.0 1380 3 0.7122.00樣品14 60 402.0 1380 4 0.7051.70樣品15 60 402.0 1380 5 0.6970.95實(shí)施例3樣品中主晶相是莫來石，次晶相是剛玉等。燒結(jié)溫度保溫時(shí)間增加，材料密度減??；保溫時(shí)間1→3小時(shí)，抗折強(qiáng)度是增加，保溫時(shí)間3→5小時(shí)，抗折強(qiáng)度是減少的。
權(quán)利要求
1.利用鋁型材廠工業(yè)污泥研制輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料的方法，其特征在于該生產(chǎn)步驟為(1)用鋁型材廠工業(yè)污泥為主原料，該污泥是鋁型材表面處理過程產(chǎn)生大量的廢液，經(jīng)沉淀過濾得到的固體廢渣，這種污泥主要成分是γ-AlOOH、Al(OH)3和具有無定形體結(jié)構(gòu)的固體物質(zhì)，要制備的材料中可塑性粘土含量為10-80％，干污泥含量為20-90％，要求結(jié)合粘土可塑性好，耐火度高，R2O含量低；(2)采用摻入可燃性加入物或泡沫劑研制輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料，干污泥、塑性粘土和可燃性加入物或泡沫劑進(jìn)行混合，加水混料，進(jìn)行可塑成型，坯體經(jīng)烘干，坯體經(jīng)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1350-1450℃，保溫時(shí)間為1-6小時(shí)，得到以莫來石為主晶相的輕質(zhì)耐火材料；(3)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品中莫來石含量為50-95％，體積密度為0.6-1.0g/cm3，抗拆強(qiáng)度為0.7-3Mpa，耐火度≥1600℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁型材廠工業(yè)污泥研制輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料的方法，其特征在于步驟2敘述的可燃性加入物為發(fā)泡塑料球、鋸末、稻殼、焦炭粉或回收廢聚笨乙烯塑料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁型材廠工業(yè)污泥研制輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料的方法，其特征在于步驟2敘述的泡沫劑為松香酸鈉制備泡沫劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述鋁型材廠工業(yè)污泥研制輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料的方法，其特征在于步驟2敘述的可燃性加入物為在經(jīng)研磨成細(xì)粉的干污泥中，加入發(fā)泡塑料或廢聚笨乙烯塑料，塑料為球狀或不規(guī)則的粒狀，粒徑為1-3mm，添加量為1.2-3.0％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用鋁型材廠工業(yè)污泥研制輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料的方法，它是以鋁型材廠工業(yè)污泥為主原料研制輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料，屬于固體廢棄物的綜合利用，屬于生態(tài)環(huán)境材料技術(shù)領(lǐng)域，它分為三步1)用鋁型材廠工業(yè)污泥為主原料，該污泥是鋁型材表面去污、堿洗、酸洗產(chǎn)生大量的廢液，經(jīng)沉淀過濾得到的固體廢渣；(2)采用摻入可燃性加入物或泡沫劑研制輕質(zhì)莫來石保溫耐火材料，加水混料，進(jìn)行可塑成型，坯體經(jīng)烘干，坯體燒結(jié)溫度為1350－1450℃，保溫時(shí)間為1－6小時(shí)，得到以莫來石為主晶相的輕質(zhì)保溫耐火材料；(3)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品中主晶相是莫來石，其性能優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)研制的產(chǎn)品，原料成本很低，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，具有重要的環(huán)保意義。
文檔編號(hào)C04B14/10GK1557762SQ200410016190
公開日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2004年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月10日
發(fā)明者阮玉忠, 吳任平, 于巖, 杜育紅, 林春鶯 申請(qǐng)人:福州大學(xué)