[发明专利]一种含铝灰的高炉出铁沟浇注料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含铝灰的高炉出铁沟浇注料及其制备方法，属耐火材料技术领域。

背景技术

铝灰是电解铝或铸造铝生产工艺中产生的熔渣经冷却加工后的固体废弃物。刚出炉的铝渣通常含有50％～70％的金属铝，经过常规的回收处理后，剩余的废铝灰中仍含有15～30％的金属铝，因品位较低，一般不再进一步提取铝而废弃。同时铝灰中还存在10～25％的Al₂O₃和5～20％的AlN，另外含有较高碱金属和重金属化合物，堆积在厂区或填埋，不仅造成资源的浪费，同时也带来环境的污染。如能实现铝渣的高效回收和铝灰资源的循环使用，将有效地减少对生态环境造成的影响。

目前国内外铝灰的处理方式除填埋外，铝灰的循环再利用主要有以下几种途径：(1)合成聚合氯化铝(净水剂)：聚合氯化铝具有净化效率高、生产工艺简单等特点，已广泛应用于工业废水和生活废水的处理，但生产净水剂产生大量的有害化工废料，存在产生二次污染问题；(2)炼钢保护渣(覆盖剂、脱硫剂等)：国内铝灰成份复杂，处理起来较困难，对钢液容易产生污染，无法推广应用；(3)制备棕刚玉、镁铝尖晶石耐火原材料：此途径能够有效提高铝灰利用的附加值，但是铝灰中仍将有一定量的SiO₂和AlN等可用的成分被浪费；(4)用于混凝土或建筑材料，由于铝灰中的金属铝会和水反应产生气泡，导致建筑材料内部结构疏松，不稳定，造成使用危险；(5)铝酸钙产品：由于采用水洗、蒸发、结晶的方法分离出大量铝的化合物和少量的含硅和镁的化合物，除去非金属产物中的金属铝和氮化铝，加入CaO源，煅烧得到，工艺过程复杂，且将有一定量的SiO₂和AlN等可用的成分被浪费。

从以上铝灰的综合利用可以看出，目前的几种利用途径存在工艺过程复杂、产生二次污染、消耗大量能源、部分矿物成分浪费或工业化生产技术尚不成熟等问题。铝灰除了Al和Al₂O₃之外，还存在AlN和MgAl₂O₄(镁铝尖晶石)等物相，AlN由于导热性好、热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料。其抗熔融金属侵蚀的能力强，是熔铸纯铁、铝或铝合金理想的材料。MgAl₂O₄具有较高的熔点、热膨胀小、热应力低、热振稳定性好，同时它具有较稳定的化学性质，对碱性熔渣具有较强的抵抗能力。基于保护环境的前提，在提倡节能减排、工业固体废弃物资源化利用的今天，将铝灰零排放高效利用是实现其价值最大化的关键。

我国是世界钢铁产量大国，消耗大量的耐火材料，其中，高炉出铁沟用浇注料是大量消耗的耐火材料之一。国内大中型高炉出铁沟用耐火材料浇注料除要求其具有较高的强度外，还必须满足以下要求：①炉前作业周期短，对筑沟或修补沟的时间应尽可能地压缩到最小限度，因此，浇注料添加水量要少，流动性要好，并能快速烘烤；②具有良好的抗热震性和抗氧化性；③具有较高的填充密度和体积稳定性；④具有较强的抗铁水和熔渣的冲刷与侵蚀能力；⑤为避免对炉前环境的污染，浇注料中不应含有焦油等有害物质。

目前我国大中型高炉出铁沟用耐火材料能够满足以上要求的材质主要是Al₂O₃-SiC-C质浇注料，主原料多采用电熔氧化铝、棕刚玉等，配以碳化硅和低挥发性炭质材料，并掺入一定量的快干剂(如：金属铝粉)、抗氧化剂(如：硅粉)、分散剂(如：三聚磷酸钠或六偏磷酸钠)、中温增强剂等材料。其中，目前使用最广泛的快干剂为金属铝粉。在浇注料中添加少量铝粉的主要作用是使浇注料可以快速干燥、快速烘烤而不易产生爆裂和剥落，同时能显著提高养护和烘干后的强度。由于含有铝粉的浇注料与适量的水混合后，发生如式(1)的放热反应，生成氢氧化铝凝胶并产生氢气。

Al+3H₂O→Al(OH)₃+1.5H₂↑+953.4kJ            (1)

根据式(1)，随着反应的进行，浇注料内部的温度逐渐升高，氢气量逐渐增多，这样，浇注料在凝结硬化过程中能够脱掉部分游离水，同时有一定量的氢气缓缓逸出，使浇注料内部形成很均匀的微小的开口气孔。因此，在烘烤过程中浇注料内部的水分就能在较短时间内顺利排除，不易产生爆裂。