專利名稱：用鋁型材廠工業污泥制造堇青石與莫來石耐火材料的方法
技術領域：
本發明是一種制造堇青石與莫來石耐火材料方法，屬于硅酸鹽工業類，本發明涉及用鋁型材廠工業污泥合成堇青石與莫來石耐火材料的方法。
背景技術：
在鋁型材生產過程，必須進行表面處理，目的在于提高鋁型材的耐腐性、耐磨性，最終達到提高鋁型材的表面質量。鋁型材經表面去污，堿洗，酸洗和陽極氧化等過程產生大量的廢液，其是膠體溶液，粒子超細而高度分散，這種廢液一旦排放，必然嚴重污染環境和江河水域，破壞生態。因此廢水排放之前，必須將處理過程產生的大量污泥除去。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AlOOH，Al(OH)3和具有無定型結構的固體物質等，含有耐高溫的成分Al2O3，其是耐火材料和某些化工產品的原料，這種污泥數量之大，堆積如山，就福建省的南平鋁廠而言，每天可回收濕污泥20多噸，每月700多噸，每年大約8000多萬噸，現在國內鋁廠幾十家，污泥數量極大，嚴重影響鋁廠正常生產，造成鋁廠二次污染。因此污泥的綜合利用，事關重大，具有重要的環保意義。至今國內鋁型材廠尚未找到綜合利用的出路，存在很大的難題。經檢索國內外資料尚未見到文獻的報道。
根據污泥的組成和晶相，認為該污泥具有很好綜合利用前景。經過適當處理，可利用污泥合成特種堇青石與莫來石耐火材料，多孔材料，催化劑載體和窯具材料等。這些材料具有優良的高溫力學性能和高溫熱學性能，廣泛應用于冶金工業，陶瓷企業，電子工業和催化反應過程等，由于變廢為寶，原料成本很低，市場前景好，經濟效益非常顯著，所以該項目屬于固體廢棄物的綜合利用。
發明內容
本發明的目的是提供一種用鋁型材廠工業污泥制造堇青石與莫來石耐火材料的方法。其步驟為(1)以鋁型材廠污泥、粘土、石英、滑石(其他含MgO的原料)為主原料，合成堇青石與莫來石材料，合成溫度為1300-1420℃，合成最高保溫時間為2.0-10.0小時；(2)粗粒度合成料為30-50wt％，中粒度合成料為20-30wt％，細粒度合成料為30-35wt％，添加0-10wt％的結合劑，制造不同規格尺寸的耐火材料和窯具材料，其制造工藝配料→成型→烘干→燒成→檢驗，燒結溫度為1300-1420℃，燒結保溫時間為2.0-8.0小時。
該發明屬于固體廢棄物的綜合利用和變廢為寶的項目，具有重大環境保護意義。由于污泥粒子超細，比表積大，活性高，能促進固相反應和燒結，有利于堇青石與莫來石的形成，利用這種方法合成的原料制造的堇青石耐火材料的堇青石含量高，利用這種方法合成的原料制造的莫來石/堇青石耐火材料的含量適宜。兩者具有優良的高溫力學性能和熱學性能，強度高，不易變形和落渣，熱穩定性好，使用壽命長。性能優于用傳統方法生產材料的性能。由于原料成本低，大大降低生產成本，經濟效益十分顯著，具有很強的市場競爭能力和推廣應用價值。項目研究應用現代先進的測試手段，對材料結構和性能進行深入研究，為穩定材料的性能和提高材料質量起了重要的作用。
耐火材料和窯具材料性能抗折強度為10-20Mpa，體積密度為1.8-2.1g/cm3，顯氣孔率25-32％，吸水率為10-19％，使用溫度1000℃-1300℃。
以鋁型材廠污泥、粘土、石英、滑石(其他含MgO原料)為主原料，合成堇青石材料，其化學組成MgO含量為5-15wt％，Al2O3含量為30-40wt％，SiO2含量為46-56wt％。合成材料中主要存在堇青石，莫來石，尖晶石晶相。其制造工藝配料→濕法研磨→陳腐→脫水烘干→成型→烘干→燒成→合成料破碎→分級→不同粒度的合成料。耐火材料包含窯具材料。
本發明的具體實施例實施例1堇青石與莫來石材料的合成，堇青石與莫來石材料主要原料鋁型材廠工業污泥，粘土(包含高嶺土)，滑石粉等。
合成堇青石與莫來石材料的化學組成和工藝條件MgO含量為5-9％，Al2O3含量為32-38％，SiO2含量為51-56％。合成溫度為1300-1390℃，合成保溫時間為2.0-8.0小時，合成料的堇青石含量為40-50％(wt％)，莫來石含量為50-60％。
合成堇青石與莫來石材料的生產工藝配料→濕法研磨→陳腐→脫水烘干→成型→烘干→燒成→合成料破碎→分級→不同粒度的合成料。具體制造過程如下鋁型材表面處理后的廢液經壓濾，濾液排放，濾下來污泥含水量大約為70-80％，經烘干為干料。干污泥化學組成SiO2為2.34％(wt％)，Al2O3為61.16％，Fe2O3為0.27％，CaO為0.48％，MgO為0.37％，K2O為0.03％，Na2O為0.34％，IL為34.26％。干污泥、粘土、滑石和礦化劑進行配料，配料和水加入球磨機中(料∶水∶球＝1∶0.8∶1.5)，研磨時間為12-24小時。泥漿進行壓濾脫水，得到濕泥料進行烘干，控制含水量為6-8％，將此料進行半干壓成型(也可以將泥料進行真空練泥，然后進行可塑成型)，將成型的坯體進行烘干24小時，干坯在高溫爐中進行反應燒結，反應溫度為1300-1390℃，反應時間為2.0-8.0小時，燒成過程的升溫速度控制室溫-600℃是100℃/小時，600℃-1200℃是150℃/小時，1200℃-1390℃是100℃/小時，保溫2.0-8.0小時，然后自然冷卻至室溫，得到是堇青石與莫來石合成料。將合成料破碎，研磨，分級得到粗中細料。
將少許細料進行XRD和SEM分析，采用半定量分析軟件進行半定量分析，確定各配料的晶相結構及其含量，主要的晶相是堇青石、莫來石等，莫來石含量為50-60％，堇青石含量為40-50％。
將粗細合成料按配比加料，加入少量的糊精液進混料10分鐘，混料陳腐一天進行半干壓成型，成型壓力為500-600Kg/cm3，產品尺寸為600×500×15，500×490×12，470×370×12，400×400×10棚板(也可以制造匣笨，耐火磚，輕質耐火材料，多孔陶瓷和催化劑載體)等。生坯在80-100℃烘干24小時，1350-1420℃燒結，保溫2.0-6.0小時，得到不同規格的產品。該產品抗折強度為15-20Mpa，體積密度為1.8-2.0g/cm3，顯氣率為25-30％，吸水率為12-18％，最高使用溫度為1350℃。該產品可在陶瓷企業，冶金行業，磨料磨具行業以及電子工業中推廣應用。經濟效益很顯著。
實施例2以鋁廠干污泥，粘土和滑石為主原料，外加礦化劑，其干污泥為48％，粘土為24％，滑石為22％。反應溫度為1370℃，保溫時間為5小時。其合成料主晶相是堇青石，次晶相為莫來石和鎂鋁尖晶石。堇青石含量為88-95％，莫來石和鎂鋁尖晶石含量大約為5-12％。
粗合成料35-50％，中合成料20-30％，細合成料為30-35％，外加3-6％添加劑進行配料，成型為450×370×12和500×490×15的棚板坯體，經1350-1390℃燒結，保溫時間為5小時，得到二種棚板產品。該產品抗折強度為15-20Mpa，體積密度為1.8-2.0g/cm3，顯氣率為25-30％，吸水率為15-18％。最高使用溫度為1300℃。
權利要求
1.用鋁型材廠工業污泥制造堇青石與莫來石耐火材料的方法，其特征在于其步驟為(1)以鋁型材廠污泥、粘土、石英、滑石為主原料，合成堇青石與莫來石材料，合成溫度為1300-1420℃，合成最高保溫時間為2.0-10.0小時；(2)粗粒度合成料為30-50wt％，中粒度合成料為20-30wt％，細粒度合成料為30-35wt％，添加0-10wt％的結合劑，制造不同規格尺寸的耐火材料和窯具材料，其制造工藝配料→成型→烘干→燒成→檢驗，燒結溫度為1300-1420℃，燒結保溫時間為2.0-8.0小時。
2.根據權利要求1所述的用鋁型材廠工業污泥合成堇青石與莫來石耐火材料的方法，其特征在于以鋁型材廠污泥、粘土、石英、滑石粉為主原料，合成堇青石材料，其化學組成MgO含量為5-15wt％，Al2O3含量為30-40wt％，SiO2含量為46-56wt％。
3.根據權利要求1所述的用鋁型材廠工業污泥合成堇青石與莫來石耐火材料的方法，其特征在于合成材料中主要存在堇青石，莫來石，尖晶石晶相。
4.根據權利要求1所述的用鋁型材廠工業污泥合成堇青石與莫來石耐火材料的方法，其特征在于其制造工藝配料→濕法研磨→陳腐→脫水烘干→成型→烘干→燒成→合成料破碎→分級→不同粒度的合成料。
5.根據權利要求1至4所述任一的用鋁型材廠工業污泥合成堇青石與莫來石耐火材料的方法，用合成料制造的耐火材料，其特征在于耐火材料包含窯具材料。
全文摘要
本發明公開了一種用鋁型材廠工業污泥制造堇青石與莫來石耐火材料的方法，其步驟為(1)以鋁型材廠污泥、粘土、石英、滑石粉為主原料，合成堇青石與莫來石材料，合成溫度為1300－1420℃，合成最高保溫時間為2.0－10.0小時；(2)粗粒度合成料為30－50wt％，中粒度合成料為20－30wt％，細粒度合成料為30－35wt％，添加0－10wt％的結合劑，其制造工藝配料→成型→烘干→燒成→檢驗，燒結溫度為1300－1420℃，燒結保溫時間為2.0－8.0小時，該發明屬于固體廢棄物的綜合利用和變廢為寶的項目，由于污泥粒子超細，比表積大，活性高，能促進固相反應和燒結，熱穩定性好，使用壽命長，不易變形，不落渣，能燒成高質量制品。由于原料成本低，降低生產成本，經濟效益十分顯著，具有很強的市場競爭力。
文檔編號B09B3/00GK1448366SQ0311675
公開日2003年10月15日 申請日期2003年4月28日 優先權日2003年4月28日
發明者阮玉忠, 于巖, 吳任平, 杜育紅, 林春鶯 申請人:福州大學