鋁集塵灰及鋁金屬冶煉爐渣再利用方法
【專利摘要】一種鋁集塵灰及鋁金屬冶煉爐渣再利用方法，其將煉鋁爐渣加工為爐渣顆粒，使上述爐渣顆粒的粒徑大于200網(wǎng)目且小于400網(wǎng)目，讓符合條件的爐渣顆粒與一黏結(jié)劑水溶液混合，形成一坯料，之后對該坯料加壓塑形，形成一耐火材料粗坯，再將該耐火材料粗坯在1050℃～1450℃工作溫度下進(jìn)行燒結(jié)，并經(jīng)降溫形成一耐火材料。藉此，可控制爐渣顆粒的粒徑，使?fàn)t渣顆粒的氮含量有效降低，且當(dāng)該爐渣顆粒混合黏結(jié)劑水溶液后，可以有效減少因水與氮化鋁反應(yīng)而逸出氨氣的現(xiàn)象，以減少耐火材料粗坯或耐火材料的龜裂或爆裂現(xiàn)象，而達(dá)到制作成本低廉以及耐火材料表面細(xì)致度佳的功效。
【專利說明】鋁集塵灰及鋁金屬冶煉爐渣再利用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)于一種鋁集塵灰及鋁金屬冶煉爐渣再利用方法，特別是指一種可控制爐渣顆粒的粒徑，使?fàn)t渣顆粒的氮含量有效降低，且當(dāng)該爐渣顆?；旌橡そY(jié)劑水溶液后，可以有效減少因水與氮化鋁反應(yīng)而逸出氨氣的現(xiàn)象，以減少耐火材料粗胚或耐火材料的龜裂或爆裂現(xiàn)象，而達(dá)到制作成本低廉以及耐火材料表面細(xì)致度佳的功效。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁的熔煉過程中會產(chǎn)生爐渣，爐渣中包含有鋁的氧化物與氮化物，其中氮化物會與潮濕空氣中的水分或雨水反應(yīng)而形成氨氣外逸，因此未經(jīng)處理的爐渣對環(huán)境有一定程度的影響。
[0003]中國臺灣發(fā)明專利第583155號，揭露一種將鋁渣灰資源化利用的方法，主要是將煉鋁爐渣分選回收金屬鋁后剩余的鋁渣灰廢棄物進(jìn)行煅燒，制成耐火材料的原料，以達(dá)成鋁渣灰資源化目的，并創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；其方法是將鋁渣灰利用高溫窯爐煅燒成主要成分為氧化鋁(礦物結(jié)晶相為剛玉)的材料，以做為耐火材料原料，不僅可有效解決鋁渣灰廢棄物處理的問題，且可節(jié)省生產(chǎn)耐火材料能源及避免資源的浪費(fèi)。
[0004]上述中國臺灣發(fā)明專利第583155號，雖然可以將鋁渣灰處理成為耐火磚、耐火泥、澆注料的原料，但對于如何制作耐火磚以及如何確保制作耐火磚過程中的產(chǎn)品良率則完全未予揭露。
[0005]此外，民國100年三月出版的《礦冶》期刊，其中第51頁起刊載有“煉鋁爐渣為原料制作耐火材料之研究”，其中揭露耐火材料的制作方式為將煉鋁爐渣(粒徑介于100—200mesh)依照配比來和黏結(jié)劑水溶液(羧甲基纖維素水溶液)進(jìn)行混拌，經(jīng)由單軸加壓(20噸)成形和高溫?zé)Y(jié)(1100 - 14000C )來制作耐火材料。
[0006]但依上述“煉鋁爐渣為原料制作耐火材料之研究”所揭露的內(nèi)容制作耐火材料(耐火磚)，卻發(fā)現(xiàn)存在有下列缺失:
1.煉鋁爐渣與黏結(jié)劑水溶液混合并加壓成為耐火材料粗胚后，在燒結(jié)之前，該耐火材料粗胚會因加壓有龜裂或爆裂現(xiàn)象。
[0007]2.耐火磚中粗胚的氮含量偏高，遇濕會因下列化學(xué)反應(yīng)而逸出刺鼻的氨氣。A1N+3H20 —Al (OH) 3 丨 +NH3 ?
3.即使燒結(jié)前的耐火材料粗胚未發(fā)生龜裂或爆裂，但耐火材料粗胚在高溫?zé)Y(jié)過程中，耐火磚會因高溫?zé)Y(jié)產(chǎn)生龜裂或爆裂現(xiàn)象。
[0008]4.耐火磚的表面細(xì)致度不佳(較為粗糙)。
[0009]探究造 成上列缺失的原因，主要在于該研究所揭露的制造方法，其煉鋁爐渣中的氮化物(氮化鋁)含量偏高(約9506ppm)，由于該研究無法有效降低煉鋁爐渣中氮化物的含量，因此該耐火材料粗胚中的氮化物遇黏結(jié)劑水溶液所產(chǎn)生的氨氣外逸現(xiàn)象，是造成耐火材料粗胚龜裂或爆裂的主因。
[0010]因此，如何有效降低煉鋁爐渣中氮化物的含量，是減少后續(xù)氨氣外逸及耐火材料粗胚龜裂或爆裂現(xiàn)象的主要關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供一種鋁集塵灰及鋁金屬冶煉爐渣再利用方法，其主要目的在于，可控制爐渣顆粒的粒徑，使?fàn)t渣顆粒的氮含量有效降低，且當(dāng)該爐渣顆?；旌橡そY(jié)劑水溶液后，可以有效減少因水與氮化鋁反應(yīng)而逸出氨氣的現(xiàn)象，以減少耐火材料粗胚或耐火材料的龜裂或爆裂現(xiàn)象，而達(dá)到制作成本低廉以及耐火材料表面細(xì)致度佳的功效。
[0012]本發(fā)明一種鋁集塵灰及鋁金屬冶煉爐渣再利用方法，包括下列步驟:
步驟一:將煉鋁爐渣加工為爐渣顆粒；
步驟二:使上述爐渣顆粒的粒徑大于200網(wǎng)目且小于400網(wǎng)目；
步驟三:使符合步驟二條件的爐渣顆粒與一黏結(jié)劑水溶液混合，形成一胚料；
步驟四:對該胚料加壓塑形，形成一耐火材料粗胚；
步驟五:對該耐火材料粗胚在1050°C~1450°C工作溫度下進(jìn)行燒結(jié)，并經(jīng)降溫形成一耐火材料。
[0013]上述方法中，在步驟二中進(jìn)一步執(zhí)行一爐渣顆粒氮含量檢測程序，以確認(rèn)爐渣顆粒的氮含量介于4400ppm~7000ppm之間。
[0014]上述方法中，該 黏結(jié)劑水溶液為水與羧甲基纖維素的混合溶液，該黏結(jié)劑添加量介于 3wt% ~12 wt%0
[0015]上述方法中，該步驟四的壓力介于25噸~250噸之間。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為:
1.藉由控制爐渣顆粒的粒徑，使其大于200網(wǎng)目(mesh)且小于400網(wǎng)目(mesh)，可以使?fàn)t渣顆粒中的氮含量降至4705ppm-6880ppm，有效解決耐火材料的龜裂或爆裂、龜裂或爆裂等問題。
[0017]2.控制爐渣顆粒的粒徑符合上述網(wǎng)目，只需以研磨方式即可達(dá)成，成本低廉且加工迅速。
[0018]3.爐渣顆粒中的氮含量降低，耐火材料粗胚的氨氣外逸現(xiàn)象可以隨之有效降低。
[0019]4.控制爐渣顆粒的粒徑控制于200網(wǎng)目~400網(wǎng)目之間，耐火磚的表面細(xì)致度更佳。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明步驟一示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明步驟二示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明步驟三示意圖。
[0023]圖4為本發(fā)明步驟四示意圖。
[0024]圖5為本發(fā)明步驟五示意圖。
[0025]圖6為偵測不同粒徑煉鋁爐渣的相對含氮量對照圖。
[0026]主要組件符號說明 煉鋁爐渣I ;爐渣顆粒Ia ；
400網(wǎng)目的爐渣顆粒IOa ；
黏結(jié)劑2 ；
胚料3 ;
耐火材料粗胚4 ；
耐火材料5。
【具體實(shí)施方式】
[0027]請參閱圖1~圖5，分別為本發(fā)明步驟一示意圖、本發(fā)明步驟二示意圖、本發(fā)明步驟三示意圖、本發(fā)明步驟四示意圖以及本發(fā)明步驟五示意圖。如圖所示，本發(fā)明為一種鋁集塵灰及鋁金屬冶煉爐渣再利用方法，其至少包含下列步驟:
步驟一:將煉鋁爐渣I以研磨方式進(jìn)行造粒，形成爐渣顆粒la。
[0028]步驟二:篩選粒徑介于200網(wǎng)目(mesh)至400網(wǎng)目之間的爐渣顆粒la，本發(fā)明實(shí)施例中是以篩選400網(wǎng)目的爐渣顆粒IOa為耐火磚原料，對該400網(wǎng)目的爐渣顆粒IOa執(zhí)行一氮含量檢測程序，確認(rèn)其氮含量介于4000ppm-4500ppm之間。
[0029]步驟三:將該400網(wǎng)目的爐渣顆粒IOa與黏結(jié)劑2混合，形成一胚料3，該黏結(jié)劑2水溶液為含羧甲基纖維素的混合溶液，本實(shí)施例黏結(jié)劑2水溶液添加量為8 wt%。
[0030]步驟四:對上述胚料3施以25噸~250噸的加壓力量，并塑形為一耐火材料粗胚4，該過程可以在一磚型模具中執(zhí)行加壓操作而完成。
[0031]步驟五:對該耐火材料粗胚4在1050°C至1450°C的工作溫度下進(jìn)行燒結(jié)，并經(jīng)降溫形成一耐火材料5，而燒結(jié)過程中以1400°C為較佳溫度。
[0032]圖6以兩臺GC和3組偵測器(氣相層析+熱導(dǎo)偵測器)+ (氣相層析+火焰離子化偵測器+氮化學(xué)發(fā)光偵測器)的串聯(lián)所組成(GC-TCD/FID/NCD)以偵測不同粒徑煉鋁爐渣的相對含氮量對照圖，實(shí)驗(yàn)中取煉鋁爐渣10公斤置于密閉式攪拌裝置，仿真工廠運(yùn)作操作參數(shù)，依比例加入羧甲基纖維素CMC黏結(jié)劑水溶液，控制攪拌單元轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌，密閉式攪拌裝置出氣口設(shè)置一抽氣泵，將反應(yīng)器內(nèi)氣體抽至所建置一系列分析設(shè)備(之前已敘述)，進(jìn)行連續(xù)在線分析。由圖6可知，當(dāng)煉鋁爐渣粒徑為已知技術(shù)所揭露的100-200網(wǎng)目時(shí)，其氮含量為9506ppm，但煉鋁爐渣粒徑介于200~325網(wǎng)目時(shí)，其氮含量則明顯降低6880ppm，如果煉鋁爐渣粒徑介于325~400網(wǎng)目時(shí)，其氮含量則更明顯降低至4705ppm，而煉鋁爐渣粒徑大于400網(wǎng)目時(shí)，氮含量只有4405ppm。因此，本發(fā)明控制煉鋁爐渣的粒徑大于200網(wǎng)目(mesh)且小于400網(wǎng)目(mesh)，其與已知技術(shù)相較，氮含量可以有效被控制為只有已知技術(shù)的49.49%至72.37%，效果極為顯著。
[0033]由于煉鋁爐渣與黏結(jié)劑水溶液混合并加壓成為耐火材料粗胚后，在燒結(jié)之前，該耐火材料粗胚會有龜裂或爆裂現(xiàn)象，因此200網(wǎng)目以下耐火材料粗胚因含氮量較高導(dǎo)致氨氣逸散量高，造成加壓時(shí)龜裂或爆裂比率大于5% ；200網(wǎng)目以上耐火材料粗胚因含氮量較低導(dǎo)致氨氣逸散量低，造成加壓時(shí)龜裂或爆裂比率小于0.5%。
[0034]燒結(jié)前的耐火材料粗胚未發(fā)生龜裂或爆裂，但耐火材料粗胚在高溫?zé)Y(jié)過程中，耐火磚會因燒結(jié)時(shí)氨氣逸散產(chǎn)生龜裂或爆裂，200網(wǎng)目以下耐火材料粗胚因含氮量較高導(dǎo)致氨氣逸散量高，造成高溫?zé)Y(jié)時(shí)龜裂或爆裂比率大于5% ；200網(wǎng)目以上耐火材料粗胚因含氮量較低導(dǎo)致氨氣逸散量低，造成高溫時(shí)龜裂或爆裂比率小于0.5%。
[0035] 藉以使本發(fā)明至少具有以下功效:
5.藉由控制爐渣顆粒的粒徑，使其大于200網(wǎng)目(mesh)且小于400網(wǎng)目(mesh)，可以使?fàn)t渣顆粒中的氮含量降至4705ppm-6880ppm，有效解決耐火材料的龜裂或爆裂、龜裂或爆裂等問題。
[0036]6.控制爐渣顆粒的粒徑符合上述網(wǎng)目，只需以研磨方式即可達(dá)成，成本低廉且加工迅速。
[0037]7.爐渣顆粒中的氮含量降低，耐火材料粗胚的氨氣外逸現(xiàn)象可以隨之有效降低。
[0038]8.控制爐渣顆粒的粒徑控制于200網(wǎng)目~400網(wǎng)目之間，耐火磚的表面細(xì)致度更佳。
[0039]綜上所述，本發(fā)明鋁集塵灰及鋁金屬冶煉爐渣再利用方法可有效改善已用的種種缺點(diǎn)，可控制爐渣顆粒的粒徑，使?fàn)t渣顆粒的氮含量有效降低，且當(dāng)該爐渣顆粒混合黏結(jié)劑水溶液后，可以有效減少因水與氮化鋁反應(yīng)而逸出氨氣的現(xiàn)象，以減少耐火材料粗胚或耐火材料龜裂或爆裂現(xiàn)象，而達(dá)到制作成本低廉以及耐火材料表面細(xì)致度佳的功效；進(jìn)而使本發(fā)明的產(chǎn)生能更進(jìn)步、更實(shí)用、更符合消費(fèi)者使用所須，確已符合發(fā)明專利申請要件，爰依法提出專利申請。
【權(quán)利要求】
1.一種鋁集塵灰及鋁金屬冶煉爐渣再利用方法，其特征在于包括下列步驟: 步驟一:將煉鋁爐渣加工為爐渣顆粒； 步驟二:使上述爐渣顆粒的粒徑大于200網(wǎng)目且小于400網(wǎng)目； 步驟三:使符合步驟二條件的爐渣顆粒與一黏結(jié)劑水溶液混合，形成一胚料； 步驟四:對該胚料加壓塑形，形成一耐火材料粗胚； 步驟五:對該耐火材料粗胚在1050°C~1450°C工作溫度下進(jìn)行燒結(jié)，并經(jīng)降溫形成一耐火材料。
2.如權(quán)利要求1所述的鋁集塵灰及鋁金屬冶煉爐渣再利用方法，其特征在于，在步驟二中進(jìn)一步執(zhí)行一爐渣顆粒氮含量檢測程序，以確認(rèn)爐渣顆粒的氮含量介于4400ppm~7000ppm 之間。
3.如權(quán)利要求1所述的鋁集塵灰及鋁金屬冶煉爐渣再利用方法，其特征在于，該黏結(jié)劑水溶液為水與羧甲基纖維素的混合溶液，該黏結(jié)劑添加量介于3wt%~12 wt%。
4.如權(quán)利要求1所述的鋁集塵灰及鋁金屬冶煉爐渣再利用方法，其特征在于，該步驟四的壓力介于25噸~2 50噸之間。
【文檔編號】C04B5/00GK103964709SQ201310046708
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月6日
【發(fā)明者】蔣世杰, 劉雅萍 申請人:嘉頡金屬股份有限公司