CN104788112A - 一种电熔刚玉材料及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种电熔刚玉材料及其生产方法，主要组成为：94.5％～98.7％的Al2O3，其中α-Al2O3≥84％；0.16％～2％的Cr2O3；方法是：将粒度≤10mm的铝铬渣、粒度≤1mm的工业铝灰和粒度≤10mm的石油焦混合均匀，烘干后，加入到电弧炉进行熔炼，铝铬渣中的Cr2O3和杂质六价铬被还原成单质铬，Na2O被还原成金属Na蒸发掉，Al2O3经熔炼转化为α-Al2O3刚玉相；熔炼完毕后，保温培育晶型，经破碎，选料，精整，得到刚玉块料。优点是|：利用铝铬渣和工业铝灰为原料生产成本低，工艺合理，解决铝铬渣和工业冶金铝灰固体废弃物排放问题，对环境友好，产品符合优质耐火材料要求。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料领域，特别涉及一种电熔刚玉材料及其生产方法。
背景技术
刚玉料具有抗熔渣侵蚀、抗耐磨性和热震稳定性好的特点，是一种优良的耐火材料，不仅能够应用到耐火制品，还能用于耐火散料和磨料领域。刚玉料中的主要成分Al2O3含量≥94.5％，其他物质如Cr2O3≤2％，TiO2含量≤3％。目前，刚玉料的生产是以工业氧化铝为原料，有两种生产方法，一种是烧结法，经≥1200℃温度下高温烧结两小时，使普通工业Al2O3转化为α-Al2O3培育成刚玉相；另一种是电熔法，将工业氧化铝通过电弧炉熔炼，使普通工业Al2O3转化为α-Al2O3培育成刚玉相。
工业冶金铝灰是用重熔铝锭融化后喷制铝豆或铝粉收尘得到的灰粉，主要成分为金属铝和氧化铝，粒度为0-1mm。铝铬渣是用铝热法生产金属铬的固体废渣，含有Al2O3和Cr2O3的固熔体，其中Al2O3+Cr2O3质量百分含量一般大于90％，并含有7％～10％的单质金属铬以及Na2CrO4、CaO、Fe2O3、Na2O、K2O、SiO2等杂质。其中，杂质Na2CrO4是可溶性铬盐，Cr(VI)是国家禁排的一类危险废物。工业铝灰和铝铬渣都是能够综合利用的再生资源，但目前对这些工业废料的处理都不够重视，但如果不及时处理，会对环境造成直接或间接危害。
CN 103896609A公开了“一种铬刚玉料及其生产方法”，该方法利用石油焦为还原剂还原铝铬渣并剔除Cr(VI)，并添加一定比例的工业氧化铝粉使铬刚玉中的Cr2O3含量不小于3％，该方法充分利用了铝铬渣废弃资源，但石油焦对铝铬渣的还原率较低，需要添加一定比例的工业氧化铝，使铬刚玉中的Cr2O3含量降低到≥3％，增加了产品的生产成本，并且得到的产品属于铬刚玉料，其在应用上受到一定限制，只能应用在有色行业的耐火制品。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供了一种利用铝铬渣和工业铝灰电熔还原冶炼电熔刚玉材料及其生产方法，生产成本低，工艺合理，解决铝铬渣和工业铝灰固体废弃物排放问题，对环境友好。
本发明的技术方案是：
一种铬刚玉料，按质量百分比含量为由以下成分组分：
一种电熔刚玉材料的制造方法，具体步骤如下：
a.原材料及加工
取铝铬渣块料进行粉碎至粒度≤10mm；取还原剂工业铝灰粒度≤1mm；取还原剂石油焦进行粉碎至粒度≤10mm；
b.混合均化
将粒度≤10mm的铝铬渣、粒度≤1mm的工业铝灰和粒度≤10mm的石油焦混合均匀，烘干成水分质量百分含量≤0.5％的干混料，所述铝铬渣与石油焦、工业铝灰的质量比分别为100:3～100:6、100:0.5～100:3；
c.高温熔炼
将经烘干的干混料加入到电弧炉进行熔炼，铝铬渣中的Cr2O3和杂质六价铬被C和Al还原成单质Cr0沉降至炉底，Na2O被C还原成金属Na蒸发掉，Al2O3经熔炼转化为α-Al2O3刚玉相，熔炼后料液中Cr2O3的质量百分含量≤2％；
d.保温培育晶型
熔炼完毕后，将电弧炉的炉壳从炉台移出并保温培育晶型，保温时间≥48h；
e.破碎精整
将经保温培育晶型的固熔体脱离电弧炉的壳体，破碎，将被碳和铝还原的金属铬选出，精整，得到刚玉块料。
步骤c高温熔炼时，熔炼温度为2000℃～2200℃，熔炼时间为10h～12h。
所述铝铬渣与石油焦、工业铝灰的质量比分别为100:3～100:4、100:2～100:3。
所述铝铬渣中Al2O3的质量百分含量为70％～84％，Cr2O3的质量百分含量为10％～16％。
所述工业铝灰中金属Al的质量百分含量为40％～45％，Al2O3的质量百分含量为50％～55％。
步骤d保温时间为48h～60h。
所述电弧炉的型号为3200KVA电弧炉。
所述铝铬渣中Al2O3的质量百分含量为80％～82％，Cr2O3的质量百分含量为12％～14％。
所述工业铝灰中金属Al的质量百分含量为43％～45％，Al2O3的质量百分含量为50％～54％。
本发明的有益效果：
(1)以铝铬渣和工业铝灰为原料，加入的工业铝灰中的Al和石油焦中的C作为还原剂，生产成本低，工艺合理，该复合还原剂—工业铝灰和石油焦起到两个功能，一是还原铝铬渣中的Cr2O3，另一个是消除污染物Cr(VI)(Na2CrO4)；工业铝灰中的Al和石油焦中的C将铝铬渣中的Na2CrO4和Cr2O3还原为单质铬，在热量足够的情况下，该复合还原剂的还原效果非常好，其中，Al对Cr2O3的还原率＞99％，C对Cr2O3的还原率在80％～90％之间；而C对Na2CrO4还原非常好，能够达到99.5％以上；产品中的Cr2O3含量可以降低至0.16％～2％。
(2)将铝铬渣中的Al2O3全部转化为α-Al2O3，铝铬渣中的Cr2O3和Cr(VI)还原为单质金属铬沉降至炉底与刚玉材料彻底分离，并将Cr(VI)还原解毒，使该材料转化为刚玉型，更加纯净化，产品中α-Al2O3刚玉型≥84wt％，铝铬尖晶石相≥6wt％，总杂质含量≤2wt％，其中Cr(VI)≤0.0005wt％、Na2O≤0.5wt％、CaO≤0.8wt％。
(3)该产品充分利用了工业废渣，解决了铝铬渣和工业铝灰固体废弃物排放问题，对环境友好，按每年3.4万吨铝铬渣的转化量推算，每年可节约铝矾土矿5万吨，铬矿1万吨。生产的产品符合优质耐火材料要求，不仅应用于制砖，还能用于浇注料、捣打料和磨料等领域。
具体实施方式
实施例1
a.原材料及加工
取Al2O3含量为80wt％、Cr2O3含量为13wt％的铝铬渣块料进行粉碎至粒度≤10mm；取粒度≤1mm的工业铝灰(工业冶金铝灰)，其中Al2O3含量为53.6wt％和Al含量为43.5wt％的；取还原剂石油焦进行粉碎至粒度≤10mm；
b.混合均化
将步骤a中准备的原料，取5000kg铝铬渣、25kg工业铝灰和300kg石油焦充分混合均匀，用皮带运送到干燥窑，烘干成水分质量百分含量≤0.5％的干混料；
c.高温熔炼
将3200KVA固定式电弧炉开启冷却水，送电升温，将经烘干的干混料加入到3200KVA固定式电弧炉并将电弧炉的三相石墨电极埋住冶炼至熔融状态，熔炼温度为2000℃～2200℃，熔炼时间为10h，铝铬渣中的Cr2O3和杂质六价铬被C和Al还原成单质Cr0沉降至炉底，Na2O被C还原成金属Na蒸发掉，Al2O3经熔炼转化为α-Al2O3刚玉相，熔炼后料液中Cr2O3的质量百分含量≤2％；
d.保温培育晶型
熔炼完毕后，将电弧炉的炉壳从炉台移出并保温培育晶型，保温时间52h，使Al2O3与质量含量≤2％的Cr2O3合成铝铬尖晶石相；
e.破碎精整
将经保温培育晶型的固熔体脱离电弧炉的壳体，采用400×250破碎机破碎，将被碳和铝还原的金属铬选出，精整，得到刚玉块料。取样检测理化成分，理化成分如表1所示。
实施例2
a.原材料及加工
取Al2O3含量为82wt％、Cr2O3含量为12wt％的铝铬渣块料进行粉碎至粒度≤10mm；取粒度≤1mm的工业铝灰，其中Al2O3含量为50.3wt％和Al含量为45wt％的；取还原剂石油焦进行粉碎至粒度≤10mm；
b.混合均化
将步骤a中准备的原料，取5000kg铝铬渣、50kg工业铝灰和250kg石油焦充分混合均匀，用皮带运送到干燥窑，烘干成水分质量百分含量≤0.5％的干混料；
c.高温熔炼
将3200KVA固定式电弧炉开启冷却水，送电升温，将经烘干的干混料加入到3200KVA固定式电弧炉并将电弧炉的三相石墨电极埋住冶炼至熔融状态，熔炼温度为2000℃～2200℃，熔炼时间为11h，铝铬渣中的Cr2O3和杂质六价铬被C和Al还原成单质Cr0沉降至炉底，Na2O被C还原成金属Na蒸发掉，Al2O3经熔炼转化为α-Al2O3刚玉相，熔炼后料液中Cr2O3的质量百分含量≤2％；
d.保温培育晶型
熔炼完毕后，将电弧炉的炉壳从炉台移出并保温培育晶型，保温时间49h，使Al2O3与质量含量≤2％的Cr2O3合成铝铬尖晶石相；
e.破碎精整
将经保温培育晶型的固熔体脱离电弧炉的壳体，采用400×250破碎机破碎，将被碳和铝还原的金属铬选出，精整，得到刚玉块料。取样检测理化成分，理化成分如表1所示。
实施例3
a.原材料及加工
取Al2O3含量为80.5wt％、Cr2O3含量为13.5wt％的铝铬渣块料进行粉碎至粒度≤10mm；取粒度≤1mm的工业铝灰，其中Al2O3含量为51.3wt％和Al含量为44.7wt％的；取还原剂石油焦进行粉碎至粒度≤10mm；
b.混合均化
将步骤a中准备的原料，取5000kg铝铬渣、100kg工业铝灰和200kg石油焦充分混合均匀，用皮带运送到干燥窑，烘干成水分质量百分含量≤0.5％的干混料；
c.高温熔炼
将3200KVA固定式电弧炉开启冷却水，送电升温，将经烘干的干混料加入到3200KVA固定式电弧炉并将电弧炉的三相石墨电极埋住冶炼至熔融状态，熔炼温度为2000℃～2200℃，熔炼时间为12h，铝铬渣中的Cr2O3和杂质六价铬被C和Al还原成单质Cr0沉降至炉底，Na2O被C还原成金属Na蒸发掉，Al2O3经熔炼转化为α-Al2O3刚玉相，熔炼后料液中Cr2O3的质量百分含量≤2％；
d.保温培育晶型
熔炼完毕后，将电弧炉的炉壳从炉台移出并保温培育晶型，保温时间50h，使Al2O3与质量含量≤2％的Cr2O3合成铝铬尖晶石相；
e.破碎精整
将经保温培育晶型的固熔体脱离电弧炉的壳体，采用400×250破碎机破碎，将被碳和铝还原的金属铬选出，精整，得到刚玉块料。取样检测理化成分，理化成分如表1所示。
实施例4
a.原材料及加工
取Al2O3含量为81wt％、Cr2O3含量为13.7wt％的铝铬渣块料进行粉碎至粒度≤10mm；取粒度≤1mm的工业铝灰，其中Al2O3含量为50.3wt％和Al含量为45wt％的；取还原剂石油焦进行粉碎至粒度≤10mm；
b.混合均化
将步骤a中准备的原料，取5000kg铝铬渣、150kg工业铝灰和150kg石油焦充分混合均匀，用皮带运送到干燥窑，烘干成水分质量百分含量≤0.5％的干混料；
c.高温熔炼
将3200KVA固定式电弧炉开启冷却水，送电升温，将经烘干的干混料加入到3200KVA固定式电弧炉并将电弧炉的三相石墨电极埋住冶炼至熔融状态，熔炼温度为2000℃～2200℃，熔炼时间为11h，铝铬渣中的Cr2O3和杂质六价铬被C和Al还原成单质Cr0沉降至炉底，Na2O被C还原成金属Na蒸发掉，Al2O3经熔炼转化为α-Al2O3刚玉相，熔炼后料液中Cr2O3的质量百分含量≤2％；
d.保温培育晶型
熔炼完毕后，将电弧炉的炉壳从炉台移出并保温培育晶型，保温时间48h，使Al2O3与质量含量≤2％的Cr2O3合成铝铬尖晶石相；
e.破碎精整
将经保温培育晶型的固熔体脱离电弧炉的壳体，采用400×250破碎机破碎，将被碳和铝还原的金属铬选出，精整，得到刚玉块料。取样检测理化成分，理化成分如表1所示。
表1本发明实施例1～实施例3理化成分检测结果(wt％)
Claims (10)
1.一种铬刚玉料，其特征是：按质量百分比含量为由以下成分组分：
2.一种电熔刚玉材料的制造方法，其特征是：
具体步骤如下：
a.原材料及加工
取铝铬渣块料进行粉碎至粒度≤10mm；取还原剂工业铝灰粒度≤1mm；取还原剂石油焦进行粉碎至粒度≤10mm；
b.混合均化
将粒度≤10mm的铝铬渣、粒度≤1mm的工业铝灰和粒度≤10mm的石油焦混合均匀，烘干成水分质量百分含量≤0.5％的干混料，所述铝铬渣与石油焦、工业铝灰的质量比分别为100:3～100:6、100:0.5～100:3；
c.高温熔炼
将经烘干的干混料加入到电弧炉进行熔炼，铝铬渣中的Cr2O3和杂质六价铬被C和Al还原成单质Cr0沉降至炉底，Na2O被C还原成金属Na蒸发掉，Al2O3经熔炼转化为α-Al2O3刚玉相，熔炼后料液中Cr2O3的质量百分含量≤2％；
d.保温培育晶型
熔炼完毕后，将电弧炉的炉壳从炉台移出并保温培育晶型，保温时间≥48h；
e.破碎精整
将经保温培育晶型的固熔体脱离电弧炉的壳体，破碎，将被碳和铝还原的金属铬选出，精整，得到刚玉块料。
3.根据权利要求2所述的电熔刚玉材料的制造方法，其特征是：步骤c高温熔炼时，熔炼温度为2000℃～2200℃，熔炼时间为10h～12h。
4.根据权利要求2所述的电熔刚玉材料的制造方法，其特征是：所述铝铬渣与石油焦、工业铝灰的质量比分别为100:3～100:4、100:2～100:3。
5.根据权利要求2所述的电熔刚玉材料的制造方法，其特征是：所述铝铬渣中Al2O3的质量百分含量为70％～84％，Cr2O3的质量百分含量为10％～16％。
6.根据权利要求2所述的电熔刚玉材料的制造方法，其特征是：所述工业铝灰中金属Al的质量百分含量为40％～45％，Al2O3的质量百分含量为50％～55％。
7.根据权利要求2所述的电熔刚玉材料的制造方法，其特征是：步骤d保温时间为48h～60h。
8.根据权利要求2所述的电熔刚玉材料的制造方法，其特征是：所述电弧炉的型号为3200KVA电弧炉。
9.根据权利要求5所述的电熔刚玉材料的制造方法，其特征是：所述铝铬渣中Al2O3的质量百分含量为80％～82％，Cr2O3的质量百分含量为12％～14％。
10.根据权利要求6所述的电熔刚玉材料的制造方法，其特征是：所述工业铝灰中金属Al的质量百分含量为43％～45％，Al2O3的质量百分含量为50％～54％。
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