權(quán)利要求
1.一種利用鋁灰無(wú)害化處理生產(chǎn)納米尖晶石的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟：
步驟(1)鋁灰預(yù)處理：將鋁灰與水按質(zhì)量比為1:10-15的比例配入到預(yù)處理桶中，攪拌反應(yīng)2-3h后進(jìn)行第一次脫水，第一次脫水后固含量為85-90%，得預(yù)處理料;
步驟(2)配料：將預(yù)處理料倒入配料桶，加入鋁灰配重計(jì)的1-5%的淀粉，30-60%的納米金屬氧化物顆粒，10-15%的硫酸鋁，30-45%的偏鋁酸鈉，加水至固含量為8-10%，加入pH調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)pH至6-8，攪拌5-10min后通入到球磨機(jī)中加水球磨1-3h，第二次脫水后得到二次脫水料;
步驟(3)氣洗成型：在二次脫水料中通入二氧化碳，隨后擠出成型，干燥后獲得生坯;
步驟(4)煅燒：將生坯送入煅燒設(shè)備中煅燒，冷卻后得到納米尖晶石材料。
2.如權(quán)利要求1所述的納米尖晶石的制備工藝，其特征在于，步驟(1)中，所述納米金屬氧化物顆粒為納米氧化鎂、納米氧化鋅、納米氧化錳、納米氧化鐵中的一種或多種。
3.如權(quán)利要求1所述的納米尖晶石的制備工藝，其特征在于，步驟(2)中，所述pH調(diào)節(jié)劑為檸檬酸和檸檬酸鈉;所述二次脫水的方法為離心脫水，所述二次脫水料的含水量為5-10%。
4.如權(quán)利要求1所述的納米尖晶石的制備工藝，其特征在于，步驟(3)中，所述干燥的工藝為：50-60℃條件下干燥至含水量低于2%。
5.如權(quán)利要求1所述的納米尖晶石的制備工藝，其特征在于，步驟(4)中，煅燒的工藝為：室溫-300℃按3-5℃/min速率升溫，300-1000℃按5-8℃/min速率升溫，1000-終溫按8-15℃/min速率升溫，保溫10-30min;所述終溫為1250-1550℃;步驟(4)中，冷卻的速率為0.5-5℃/s。
6.一種用于權(quán)利要求1-5任一所述納米尖晶石的制備工藝的裝備，其特征在于，該裝備包括按納米尖晶石的制備工藝物料流轉(zhuǎn)順序依次連接的：預(yù)處理桶(1)、第一脫水機(jī)(2)、配料桶(3)、球磨機(jī)(4)、第二脫水機(jī)(5)、氣洗部件(6)、成型設(shè)備(7)、干燥設(shè)備(8)、煅燒設(shè)備(9)、冷卻設(shè)備(10)。
7.如權(quán)利要求6所述的裝備，其特征在于，所述預(yù)處理桶(1)包括桶體(1-5)、熱風(fēng)管(1-3)、尾氣收集口(1-1)、進(jìn)料口(1-2)與出料口(1-4)，所述熱風(fēng)管(1-3)環(huán)繞桶體(1-5)，所述進(jìn)料口(1-2)設(shè)于桶體(1-5)上端，所述出料口(1-4)設(shè)于桶體(1-5)底部;所述尾氣收集口(1-1)設(shè)于桶體(1-5)頂端。
8.如權(quán)利要求7所述的裝備，其特征在于，所述熱風(fēng)管(1-3)包括連接冷卻設(shè)備(10)的進(jìn)風(fēng)口(1-3-1)和連接干燥設(shè)備(8)的出風(fēng)口(1-3-2)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝備，其特征在于，所述熱風(fēng)管(1-3)為焊接于桶體(1-5)的半圓管。
10.如權(quán)利要求6所述的裝備，其特征在于，所述氣洗部件(6)包括連接第二脫水機(jī)(5)的水平絞龍(6-2)和連接成型設(shè)備(7)的筒體(6-1)，所述水平絞龍(6-2)與筒體(6-1)通過(guò)焊接連接;所述筒體(6-1)底部設(shè)有通氣孔(6-3)。
說(shuō)明書
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及耐火材料領(lǐng)域，具體涉及一種利用鋁灰無(wú)害化處理生產(chǎn)納米尖晶石的制備工藝及裝備。
背景技術(shù)
[0002]含鋁尖晶石是一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于陶瓷、耐火材料和磨料等行業(yè)。其化學(xué)成分主要為鋁氧化物(Al2O3)和鎂、鋅、鐵等其他氧化物，具有優(yōu)異的耐高溫、耐腐蝕和耐磨性能。由于其獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，含鋁尖晶石在現(xiàn)代工業(yè)中扮演著不可或缺的角色。
[0003]含鋁尖晶石因其優(yōu)異的耐高溫性能而被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)高溫窯爐的耐火磚和襯里材料，如澆注料、不定形耐火材料和耐火纖維等。這些耐火材料能夠承受高達(dá)1800攝氏度的高溫，確保窯爐在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中的穩(wěn)定性和安全性。此外，含鋁尖晶石還具有良好的抗熱震性能，使其在頻繁溫度變化的環(huán)境中依然保持穩(wěn)定。
[0004]常規(guī)工藝制備的含鋁尖晶石材料大多選用高純度的含鋁化合物以及其他元素化合物，如CN103449503A一種納米鋅鋁尖晶石的制備方法。其制備方法為將鋅鹽加入水中溶解，加入鋁源，攪拌10～30分鐘，加入擴(kuò)孔劑，攪拌，在20～100℃老化30～60分鐘，干燥，500～1200℃焙燒;原料摩爾配比為Zn∶Al∶水=1∶2∶16~35;以氧化鋅的質(zhì)量為100%計(jì)算，擴(kuò)孔劑的加入量為0.5～30%;擴(kuò)孔劑為蔗糖、丙三醇、碳酸銨、碳酸氫銨、聚苯乙烯乳液、聚乙二醇中的一種或幾種;劉民生,馬愛(ài)瓊,王臻發(fā)表的論文《Al2O3原料種類對(duì)固相反應(yīng)法合成鋅鋁尖晶石的影響》等均為純化合物制備，生產(chǎn)成本較高。
[0005]二次鋁灰?，也稱為黑灰，主要是一次鋁灰提取金屬鋁后的廢棄物或鋁精煉過(guò)程產(chǎn)生的含鋁廢渣。二次鋁灰是一種危險(xiǎn)廢物，里面含有大量氟化物、氰化物、碳化鋁、氨化鋁等有毒有害物質(zhì)。二次鋁灰中的
氧化鋁含量通常在60%上下，同時(shí)含有氟化鹽、氯化物和其他重金屬氧化物等有毒有害物質(zhì);AlN、Al4C3遇水產(chǎn)生NH3和CH4等氣體，其氣味惡臭，氟化物和氰化物遇水溶出會(huì)污染自然水體，需要進(jìn)行無(wú)害化處理。CN105294135A提出了一種利用鋁灰直接制備鋁尖晶石耐火材料的方法及其制備的材料。其技術(shù)方案為：將50～90wt%的鋁灰與10～50wt%含鎂或含鋅原料混合，并加入所述混合料0.1～0.5wt%的助燒劑，球磨混勻后成型，將成型后的坯體于高溫反應(yīng)爐內(nèi)，以2～10℃/min的升溫速率升溫至1000～1400℃，保溫1～5h，隨后冷卻至室溫，即得鋁尖晶石耐火材料，采用鋁灰固體廢物為原料，原料適用范圍廣，較好地解決了鋁灰綜合利用及其對(duì)環(huán)境的二次污染問(wèn)題。但鋁灰中成分復(fù)雜，直接使用鋁灰會(huì)造成產(chǎn)品性能不足，如耐火度不足，重金屬污染擴(kuò)大等問(wèn)題。CN115947611B涉及一種二次鋁灰制備耐火材料的方法。本發(fā)明提供的制備方法對(duì)二次鋁灰資源化應(yīng)用的方向進(jìn)行了分類，當(dāng)二次鋁灰中二氧化硅的質(zhì)量百分含量<5%時(shí)，可以用來(lái)制備堿性的堿性鎂鋁質(zhì)耐火材料;當(dāng)二次鋁灰中二氧化硅的質(zhì)量含量≥5%時(shí)，可以用來(lái)制備酸性的酸性鎂鋁硅質(zhì)耐火材料。本發(fā)明對(duì)二次鋁灰進(jìn)行分類，經(jīng)一步燒結(jié)，得到耐火材料。本發(fā)明提供的方法對(duì)二次鋁灰分類，在降低二次鋁灰處理成本的同時(shí)，采用一步燒結(jié)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)二次鋁灰低成本的無(wú)害化處置和資源化利用，簡(jiǎn)化了二次鋁灰的處理步驟，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，而且制備得到的耐火材料具有密度高的特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于耐火材料領(lǐng)域中。但其未將其中的重金屬和鹵化鹽排除，仍會(huì)造成產(chǎn)品性能不足，如耐火度不足，重金屬污染擴(kuò)大等問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
[0006]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種利用鋁灰無(wú)害化處理生產(chǎn)納米尖晶石的制備工藝及裝備，能夠有效去除鋁灰中的含鹵鹽、重金屬，使得納米尖晶石材料具有更好的耐火度;節(jié)能環(huán)保，充分利用了余熱資源，提高了能量運(yùn)用效率，節(jié)約成本。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
一種利用鋁灰無(wú)害化處理生產(chǎn)納米尖晶石的制備工藝，包括以下步驟：
步驟(1)鋁灰預(yù)處理：將鋁灰與水按質(zhì)量比為1:10-15的比例配入到預(yù)處理桶中，攪拌反應(yīng)2-3h后進(jìn)行第一次脫水，第一次脫水后固含量為85-90%，得預(yù)處理料;
步驟(2)配料：將預(yù)處理料倒入配料桶，加入鋁灰配重計(jì)的1-5%的淀粉，30-60%的納米金屬氧化物顆粒，10-15%的硫酸鋁，30-45%的偏鋁酸鈉，加水至固含量為8-10%，加入pH調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)pH至6-8，攪拌5-10min后通入到球磨機(jī)中加水球磨1-3h，第二次脫水后得到二次脫水料;
步驟(3)氣洗成型：在二次脫水料中通入二氧化碳，隨后擠出成型，干燥后獲得生坯;
步驟(4)煅燒：將生坯送入煅燒設(shè)備中煅燒，冷卻后得到納米尖晶石材料。
[0008]鋁灰預(yù)處理過(guò)程能將鋁灰中的大部分氮化鋁、氯化物、氟化物去除。例如高溫條件下氯化鹽會(huì)與爐內(nèi)的氧氣反應(yīng)，生成氯氣，氯氣與耐火材料的化學(xué)作用是尖晶石耐火磚損壞的主要原因之一。氯氣作為一種強(qiáng)氧化性氣體，在與尖晶石耐火磚接觸時(shí)，可能會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致磚體渣化，進(jìn)而影響其結(jié)構(gòu)和性能。這種化學(xué)作用不僅會(huì)損害尖晶石耐火磚的表面，還可能滲透到磚體內(nèi)部，造成更深入的損傷。此外，氯氣的侵入還會(huì)加劇熱沖擊和機(jī)械磨損的影響，進(jìn)一步加速了磚體的損壞過(guò)程。
[0009]本方案在預(yù)處理過(guò)程中發(fā)生水解反應(yīng)AlN+H2O→NH3+Al(OH)3，該反應(yīng)在熱水環(huán)境中反應(yīng)會(huì)加快。在第一次脫水后，預(yù)處理料中已脫除大部分的鹵素鹽，提高了鋁灰中的鋁含量。并且由于鹵素鹽大多為酸性鹽，分解的部分AlN，生成的氨氣可以中和預(yù)處理桶中水體的pH，生成Al(OH)3，F(xiàn)e(OH)3，Zn(OH)2等多種金屬沉淀物。這些沉淀物在球磨機(jī)中隨著球磨進(jìn)程分散于物料中，為后續(xù)固相反應(yīng)生成納米尖晶石提供活性點(diǎn)位。
[0010]步驟(2)中，預(yù)處理料加水稀釋并球磨主要作用有四點(diǎn)：1.提高流動(dòng)性和分散性，為配料的均勻性提供保障;2.加入了硫酸鋁與偏鋁酸鈉，雙水解反應(yīng)能在物料球磨過(guò)程中生成了細(xì)小的納米Al(OH)3，提高反應(yīng)活性;3.球磨過(guò)程將鋁灰和納米氧化物組合顆粒在微觀尺度上混勻，有利于固相反應(yīng)的發(fā)生;4.進(jìn)一步溶出殘留在鋁灰團(tuán)料中的鹵素，在第二次脫水中排出。淀粉主要作用有三點(diǎn)：1.后續(xù)成型中作為粘接劑;2.充當(dāng)造孔劑，淀粉會(huì)在煅燒過(guò)程中分解，留下氣孔，使納米尖晶石材料獲得均勻細(xì)密的微孔;3.淀粉顆粒作為一個(gè)凝聚核，有利于二次脫水。
[0011]步驟(3)中，氣洗主要是為了調(diào)節(jié)二次脫水料中的pH，中和步驟(2)中生成的少量未溢出的氨氣;形成少量碳酸鹽，為煅燒納米尖晶石材料提供微孔。
[0012]作為優(yōu)選，步驟(1)中，所述納米金屬氧化物顆粒為納米氧化鎂、納米氧化鋅、納米氧化錳、納米氧化鐵中的一種或多種。
[0013]具體操作時(shí)可以通過(guò)添加不同的納米金屬氧化物顆粒的比例來(lái)調(diào)整最終納米尖晶石材料性能。
[0014]作為優(yōu)選，步驟(2)中，所述pH調(diào)節(jié)劑為檸檬酸和檸檬酸鈉。
[0015]步驟(2)中，pH調(diào)節(jié)是為了水解反應(yīng)能夠更加充分，而選用檸檬酸則是為了將有害重金屬元素在第二次脫水過(guò)程中去除。緩沖液除了調(diào)節(jié)pH之外，偏酸性環(huán)境下，檸檬酸根還能夠絡(luò)合一些有害重金屬元素，在后續(xù)加入絮凝劑后脫水過(guò)程中排除重金屬元素。
[0016]雖然球磨后的物料體系粒徑小，但體系中有大量的Al(OH)3，起到了絮凝劑的作用，使物料團(tuán)聚，方便脫水。
[0017]作為優(yōu)選，所述二次脫水的方法為離心脫水，所述二次脫水料的含水量為5-10%。
[0018]作為優(yōu)選，步驟(3)中，所述干燥的工藝為：50-60℃條件下干燥至含水量低于2%。
[0019]生坯含水量過(guò)高容易在煅燒時(shí)開裂，本方案先將生坯烘干至水量低于2%，再送入煅燒設(shè)備中煅燒。煅燒設(shè)備可以是任何能夠滿足煅燒溫度需求的設(shè)備，例如回轉(zhuǎn)窯、電窯等等。
[0020]作為優(yōu)選，步驟(4)煅燒的工藝為：室溫-300℃按3-5℃/min速率升溫，300-1000℃按5-8℃/min速率升溫，1000-終溫按8-15℃/min速率升溫，保溫10-30min;所述終溫為1250-1550℃。
[0021]作為優(yōu)選，步驟(4)中，冷卻的速率為0.5-5℃/s。
[0022]冷卻速率過(guò)快，尤其是剛煅燒完時(shí)，冷卻速率過(guò)快會(huì)導(dǎo)致暗裂紋生成，甚至是直接開裂報(bào)廢。暗裂紋可能是由于冷卻速率過(guò)快還會(huì)引起晶粒與晶界上的玻璃相收縮差異大引起。
[0023]室溫-300℃按3-5℃/min速率升溫，為了充分將生坯中的殘留水分排出，防止水分造成開裂;300-1000℃溫段大部分氫氧化物、碳酸鹽分解，按5-8℃/min速率升溫能夠保證氣體或水分均勻溢出，獲得良好的微孔分布效果;1000-終溫按8-15℃/min速率升溫是為了快速形核，使形核數(shù)量多，同時(shí)保溫時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，防止晶粒過(guò)分長(zhǎng)大或微孔過(guò)大，超出納米經(jīng)尺度。
[0024]一種用于利用鋁灰無(wú)害化處理生產(chǎn)納米尖晶石的制備工藝的裝備，該裝備包括按納米尖晶石的制備工藝物料流轉(zhuǎn)順序依次連接的：預(yù)處理桶、第一脫水機(jī)、配料桶、球磨機(jī)、第二脫水機(jī)、氣洗部件、成型設(shè)備、干燥設(shè)備、煅燒設(shè)備、冷卻設(shè)備。
[0025]本方案所述利用鋁灰無(wú)害化處理生產(chǎn)納米尖晶石的制備工藝物料流轉(zhuǎn)過(guò)程為：鋁灰進(jìn)入到預(yù)處理桶，處理完成通入第一脫水機(jī)，第一次脫水完成重新稀釋后進(jìn)入配料桶，配料完成后進(jìn)入球磨機(jī)，球磨完成進(jìn)入第二脫水機(jī)，第二次脫水完成進(jìn)入氣洗部件，隨后進(jìn)入成型設(shè)備，成型后進(jìn)入干燥設(shè)備，干燥后進(jìn)入煅燒設(shè)備，煅燒完成后進(jìn)入冷卻設(shè)備，冷卻后獲得成品。上述各部分之間的物料流轉(zhuǎn)，即各設(shè)備之間的連接均通過(guò)常規(guī)的管道、絞龍或傳送設(shè)備實(shí)現(xiàn)。
[0026]作為優(yōu)選，所述預(yù)處理桶包括桶體、熱風(fēng)管、尾氣收集口、進(jìn)料口與出料口，所述熱風(fēng)管環(huán)繞桶體，所述進(jìn)料口設(shè)于桶體上端，所述出料口設(shè)于桶體底部;所述尾氣收集口設(shè)于桶體頂端。
[0027]作為優(yōu)選，所述熱風(fēng)管包括連接冷卻設(shè)備的進(jìn)風(fēng)口和連接干燥設(shè)備的出風(fēng)口。
[0028]作為優(yōu)選，所述熱風(fēng)管為焊接于桶體的半圓管。
[0029]作為優(yōu)選，所述氣洗部件包括連接第二脫水機(jī)的水平絞龍和連接成型設(shè)備的筒體，所述水平絞龍與筒體通過(guò)焊接連接;所述筒體底部設(shè)有通氣孔。
[0030]熱水能夠促進(jìn)反應(yīng)發(fā)生，本方案對(duì)預(yù)處理桶進(jìn)行了設(shè)計(jì)。預(yù)處理桶表面焊接環(huán)繞筒體的半圓管，即筒體本身為熱風(fēng)管管壁。本方案通過(guò)氣冷為煅燒后的納米尖晶石材料降溫，空氣從納米尖晶石材料出料端進(jìn)入冷卻裝置為納米尖晶石材料降溫，這過(guò)程加熱了空氣。加熱后的熱空氣從冷卻裝置的進(jìn)料端引入通過(guò)熱風(fēng)管進(jìn)風(fēng)口引入環(huán)繞筒體的熱風(fēng)管中。熱空氣在熱風(fēng)管的流動(dòng)過(guò)程能夠?yàn)轭A(yù)處理桶中的水加熱，促進(jìn)水解反應(yīng)的發(fā)生，同時(shí)逸出氨氣。這樣的設(shè)計(jì)也充分利用了余熱，節(jié)約能源。熱風(fēng)管通過(guò)引風(fēng)設(shè)備將冷卻設(shè)備中的熱風(fēng)抽出。通過(guò)對(duì)熱風(fēng)管的空氣流速控制，可以控制冷卻設(shè)備中的冷卻速率、干燥設(shè)備中的干燥速率。鑒于冷卻設(shè)備中高溫段為與煅燒爐連接段，此處冷卻速率不宜過(guò)快，否則易產(chǎn)生暗裂紋甚至直接開裂。因此，熱風(fēng)管流速應(yīng)控制在1-4m3/S。
[0031]為了防止物料沉積板結(jié)，預(yù)處理桶還可以設(shè)置一些攪拌器、超聲設(shè)備等。其中超聲設(shè)備還能夠起到促進(jìn)反應(yīng)的效果。熱風(fēng)管的出風(fēng)口連接生坯的干燥設(shè)備，出風(fēng)口溫度仍有70℃左右，且較為干燥，可以用于烘干生坯(生坯烘干溫度約為50-70℃，大約烘30-60min，能將坯體水分烘至1-2%)。
[0032]二次脫水料進(jìn)入到氣洗部件的水平絞龍中，通過(guò)水平絞龍向筒體方向轉(zhuǎn)運(yùn)，再通過(guò)重力作用進(jìn)入到成型設(shè)備中。二氧化碳?xì)怏w從筒體底部進(jìn)入，順著筒體進(jìn)入到水平絞龍中，并在第二脫水機(jī)中逸散。這過(guò)程中，水平絞龍能夠帶動(dòng)物料翻轉(zhuǎn)，使得二氧化碳能夠與二次脫水料充分接觸，提高反應(yīng)效率。
[0033]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本方案的優(yōu)勢(shì)為：
工藝上：通過(guò)在預(yù)處理能夠有效去除鋁灰中的含鹵鹽、重金屬，使得尖晶石固相反應(yīng)的鋁灰具有更加受控的成分組成;摻入了淀粉，作為粘接劑和造孔劑，能夠在煅燒時(shí)完全反應(yīng)，且不引入新的元素，同時(shí)淀粉顆粒作為一個(gè)凝聚核，有利于二次脫水;通過(guò)氣洗工藝，調(diào)節(jié)了二次脫水料的pH，引入了少量碳酸鹽，為煅燒后的納米尖晶石材料提供了更多的微氣孔結(jié)構(gòu)，提高保溫效果;煅燒工藝的設(shè)計(jì)能夠調(diào)節(jié)納米尖晶石材料中的微孔和晶粒大小，使得納米尖晶石材料具有更好地耐火度;
設(shè)備上：利用了冷卻余熱為預(yù)處理桶加熱，隨后對(duì)生坯進(jìn)行烘干，充分應(yīng)用了余熱，具有節(jié)能環(huán)保的效果;設(shè)計(jì)了氣洗裝置，能夠在轉(zhuǎn)運(yùn)二次脫水料過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的pH和組成上的調(diào)節(jié)。
附圖說(shuō)明
[0034]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0035]圖1為本發(fā)明的裝備示意圖。
[0036]圖2為本發(fā)明預(yù)處理桶的結(jié)構(gòu)圖。
[0037]圖3為本發(fā)明預(yù)處理桶結(jié)構(gòu)圖的剖面圖。
[0038]圖4為本發(fā)明氣洗部件的結(jié)構(gòu)圖。
[0039]圖5為本發(fā)明氣洗部件的剖面圖。
[0040]圖中：1、預(yù)處理桶，2、第一脫水機(jī)，3、配料桶，4、球磨機(jī)，5、第二脫水機(jī)，6、氣洗部件，7、成型設(shè)備，8、干燥設(shè)備，9、煅燒設(shè)備，10、冷卻設(shè)備，1-1、尾氣收集口，1-2進(jìn)料口、1-3熱風(fēng)管、1-3-1進(jìn)風(fēng)口、1-3-2出風(fēng)口、1-4出料口、1-5桶體、6-1筒體、6-2水平絞龍、6-3通氣孔、6-4第二脫水機(jī)出料口、6-5成型設(shè)備進(jìn)料口。
具體實(shí)施方式
[0041]以下由特定的具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說(shuō)明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0042]實(shí)施例1，一種利用鋁灰無(wú)害化處理生產(chǎn)納米尖晶石的制備工藝，結(jié)合圖1所示，包括以下步驟：
步驟(1)鋁灰預(yù)處理：將鋁灰與水按質(zhì)量比為1:15的比例配入到預(yù)處理桶1中，攪拌反應(yīng)3h后通過(guò)第一脫水機(jī)2進(jìn)行第一次脫水，第一次脫水后固含量為90%，得預(yù)處理料;
步驟(2)配料：將預(yù)處理料倒入配料桶3，加入鋁灰配重計(jì)的3%的淀粉，45%的納米金屬氧化物顆粒，12%的硫酸鋁，30%的偏鋁酸鈉，加水至固含量為8%，加入pH檸檬酸調(diào)節(jié)pH至7，攪拌8min后通入到球磨機(jī)4中加水球磨2h，通過(guò)第二脫水機(jī)5二次脫水后得到含水量為8%的二次脫水料;
步驟(3)氣洗成型：二次脫水料進(jìn)入到氣洗部件6中，在二次脫水料中通入二氧化碳，隨后進(jìn)入到成型設(shè)備7中擠出成型，成型后進(jìn)入干燥設(shè)備8，在60℃條件下干燥至含水為1.5%的生坯;
步驟(4)煅燒：將生坯送入煅燒設(shè)備9中煅燒，煅燒的工藝為：室溫-300℃按3℃/min速率升溫，300-1000℃按5℃/min速率升溫，1000-1350℃按12℃/min速率升溫，保溫30min，煅燒完成后送入冷卻設(shè)備10，以1℃/s的冷卻速率冷卻后得到納米尖晶石材料;
所述納米金屬氧化物顆粒為質(zhì)量比1:1:1的納米氧化鎂，納米氧化鋅和納米氧化錳。
[0043]如圖2所示為本發(fā)明預(yù)處理桶1的結(jié)構(gòu)圖，預(yù)處理桶1包括桶體1-5，熱風(fēng)管1-3，尾氣收集口1-1，進(jìn)料口1-2與出料口1-4，所述熱風(fēng)管1-3環(huán)繞桶體1-5，所述進(jìn)料口1-2設(shè)于桶體1-5上端，所述出料口1-4設(shè)于桶體1-5底部;所述尾氣收集口1-1設(shè)于桶體1-5頂端。鋁灰從進(jìn)料口1-2進(jìn)入桶體1-5，步驟(1)的鋁灰預(yù)處理反應(yīng)在桶體1-5中進(jìn)行，反應(yīng)后生成的氨氣以及其他尾氣通過(guò)尾氣收集口1-1集中處理，反應(yīng)完成的出料口1-4進(jìn)入到第一脫水機(jī)2。如圖3所示，結(jié)合圖1可見，熱風(fēng)管1-3的進(jìn)風(fēng)口1-3-1連接冷卻設(shè)備10，出風(fēng)口1-3-2連接干燥設(shè)備8，熱風(fēng)管1-3為焊接于桶體1-5的半圓管。熱風(fēng)管1-3進(jìn)風(fēng)口1-3-1連接冷卻設(shè)備10，冷卻設(shè)備10中的熱空氣自熱風(fēng)管1-3進(jìn)風(fēng)口1-3-1進(jìn)入到熱風(fēng)管1-3，熱風(fēng)管1-3環(huán)繞桶體1-5，熱風(fēng)管1-3中的熱空氣能夠加熱桶體1-5，進(jìn)而能夠提高預(yù)處理桶1中水體的溫度，促進(jìn)反應(yīng)。熱風(fēng)管1-3中的熱空氣為桶體1-5加熱后從出風(fēng)口1-3-2進(jìn)入到干燥設(shè)備8，正好能夠滿足干燥生坯所需的溫度，能源效率較高。
[0044]如圖4、圖5所示，氣洗部件6包括連接第二脫水機(jī)出料口6-4的水平絞龍6-2和連接成型設(shè)備進(jìn)料口6-5的筒體6-1，水平絞龍6-2與筒體6-1通過(guò)焊接連接;所述筒體6-1底部設(shè)有通氣孔6-3，二氧化碳即通過(guò)通氣孔6-3進(jìn)入氣洗部件6。通過(guò)第二脫水機(jī)5二次脫水后得到的二次脫水料在第二脫水機(jī)出料口6-4進(jìn)入到水平絞龍6-2中，由于氣洗部件6通有二氧化碳?xì)怏w，水平絞龍6-2轉(zhuǎn)運(yùn)二次脫水料將其翻轉(zhuǎn)推進(jìn)，二次脫水料能夠充分接觸二氧化碳，直至落入筒體6-1，落入筒體6-1即進(jìn)入到成型設(shè)備進(jìn)料口6-5，進(jìn)而在成型設(shè)備7中成型。
[0045]實(shí)施例2，與實(shí)施例1的不同之處在于，步驟(1)中，鋁灰與水按質(zhì)量比為1:10;步驟(2)中加入鋁灰配重計(jì)的1%的淀粉，60%的納米金屬氧化物顆粒，10%的硫酸鋁，40%的偏鋁酸鈉。
[0046]實(shí)施例3，與實(shí)施例1的不同之處在于，步驟(2)中加入鋁灰配重計(jì)的5%的淀粉，60%的納米金屬氧化物顆粒，15%的硫酸鋁，40%的偏鋁酸鈉;步驟(4)中，煅燒的工藝為：室溫-300℃按5℃/min速率升溫，300-1000℃按8℃/min速率升溫，1000-1550℃按15℃/min速率升溫，保溫10min;冷卻速率為5℃/s。
[0047]對(duì)比例1，與實(shí)施例1的不同之處在于，未進(jìn)行預(yù)處理，具體為：
步驟(1)配料：在配料桶3中將鋁灰與以鋁灰配重計(jì)的：3%的淀粉，45%的納米金屬氧化物顆粒，12%的硫酸鋁，30%的偏鋁酸鈉混合，加水至固含量為8%，加入pH檸檬酸調(diào)節(jié)pH至7，攪拌8min后通入到球磨機(jī)4中加水球磨2h，通過(guò)第二脫水機(jī)5二次脫水后得到含水量為8%的二次脫水料;
步驟(2)氣洗成型：二次脫水料進(jìn)入到氣洗部件6中，在二次脫水料中通入二氧化碳，隨后進(jìn)入到成型設(shè)備7中擠出成型，成型后進(jìn)入干燥設(shè)備8，在60℃條件下干燥至含水為1.5%的生坯;
步驟(3)煅燒：將生坯送入煅燒設(shè)備9中煅燒，煅燒的工藝為：室溫-300℃按3℃/min速率升溫，300-1000℃按5℃/min速率升溫，1000-1350℃按12℃/min速率升溫，保溫30min，煅燒完成后送入冷卻設(shè)備10，以1℃/s的冷卻速率冷卻后得到納米尖晶石材料;
所述納米金屬氧化物顆粒為質(zhì)量比1:1:1的納米氧化鎂，納米氧化鋅和納米氧化錳。
[0048]對(duì)比例2，與實(shí)施例1的不同之處在于，不經(jīng)過(guò)氣洗，即通氣孔6-3關(guān)閉。
[0049]對(duì)比例3，與實(shí)施例1的不同在于，未用檸檬酸或檸檬酸鹽進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，而選用醋酸和碳酸氫鈉作為pH調(diào)節(jié)劑。
[0050]對(duì)比例4，與實(shí)施例1的不同在于，步驟(2)配料中未加入淀粉。
[0051]對(duì)比例5，與實(shí)施例1的不同在于，冷卻速率為8℃/s。
[0052]對(duì)比例6，與實(shí)施例1的不同在于，步驟(3)煅燒：將生坯送入煅燒設(shè)備9中煅燒，煅燒的工藝為：室溫-300℃按6℃/min速率升溫，300-1000℃按3℃/min速率升溫，1000-1350℃按3℃/min速率升溫，保溫1h，煅燒完成后送入冷卻設(shè)備10，以1℃/s的冷卻速率冷卻后得到納米尖晶石材料。
[0053]選用的鋁灰主要成分見表1所示：
表1
[0054]實(shí)施例1-3和對(duì)比例1-5成型生坯的模具截面尺寸為20mm×15mm，成型時(shí)截取長(zhǎng)度為30mm，制備的成品性能檢測(cè)結(jié)果見表1。主要檢測(cè)項(xiàng)目有生坯Cl含量檢測(cè)、耐火度檢測(cè)、收縮率檢測(cè)、重金屬含量檢測(cè)。
[0055]生坯Cl含量檢測(cè)：未烘干生坯取樣滴定，測(cè)得生坯Cl含量;
耐火度檢測(cè)：將制備的納米尖晶石材料分五個(gè)溫度，重新加熱至1300℃及以上，加熱速率為20℃/min，觀察是否出現(xiàn)變化或破損;
收縮率檢測(cè)：制備的納米尖晶石材料與生坯的體積變化比例;
重金屬含量檢測(cè)：將制備的納米尖晶石材料破碎，通過(guò)熒光分析獲得。
[0056]結(jié)果見表2所示。
[0057]表2
[0058]從實(shí)施例1-3與對(duì)比例1-6的結(jié)果分析，本方案能夠提高納米尖晶石材料的耐火度，且能夠去除納米尖晶石材料中的重金屬。
[0059]對(duì)比例1未經(jīng)預(yù)處理，鋁灰中存在的鹵素導(dǎo)致耐火度較實(shí)施例1低。對(duì)比例2未經(jīng)氣洗，殘留的偏鋁酸根、氨氣等物質(zhì)可能影響了固相反應(yīng)起始溫度，例如氨氣與二次脫水料殘留水反應(yīng)生成的銨根離子會(huì)與殘留的鈣、鎂、鋅等離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)的絡(luò)合物，使固相反應(yīng)提前，晶粒變得粗大，導(dǎo)致晶界上的裂紋萌生更容易。晶粒變得粗大也是納米尖晶石材料收縮變大的原因之一，收縮偏大在一定程度可以作為耐火度降低的參考指標(biāo)。同時(shí)偏鋁酸根在二次脫水料殘留的水分中呈游離態(tài)，在后續(xù)干燥過(guò)程中會(huì)隨著水分蒸發(fā)偏析，這會(huì)導(dǎo)致固相反應(yīng)局部異常，即引入了副反應(yīng)，最終降低納米尖晶石材料的耐火度。而實(shí)施例1經(jīng)過(guò)氣洗能抑制絡(luò)合反應(yīng)，引入碳酸鹽，高溫反應(yīng)時(shí)生成微孔結(jié)構(gòu)，能夠抑制裂紋擴(kuò)張;同時(shí)使偏鋁酸根轉(zhuǎn)化為
氫氧化鋁，抑制偏析，使得固相反應(yīng)可控性更強(qiáng)，提高納米尖晶石材料的耐火度。對(duì)比例3選用了醋酸，醋酸為一元酸，無(wú)法去除重金屬，重金屬對(duì)耐火度的影響可能是因?yàn)樵陟褵^(guò)程的高溫固相反應(yīng)中，重金屬會(huì)進(jìn)入到尖晶石晶體中，使晶格發(fā)生畸變，容易成為裂紋源。且納米尖晶石材料物相組成一致性越高，耐火度越高，而重金屬摻雜會(huì)導(dǎo)致一致性下降，尤其是相鄰相的熱收縮性能不同，在使用過(guò)程中導(dǎo)致微裂紋萌生。實(shí)施例1選用的檸檬酸有多元羧基，能夠與重金屬絡(luò)合，在脫水過(guò)程去除絕大部分重金屬元素，因此具有更好的耐火度。對(duì)比例4未加入淀粉導(dǎo)致成型效果不佳，使得干燥后生坯表面存在一定的微裂紋，使得耐火度下降。對(duì)比例5和對(duì)比例6均是不合理的煅燒工藝導(dǎo)致耐火度低。對(duì)比例5較實(shí)施例1冷卻快，表面收縮不一致產(chǎn)生應(yīng)力，進(jìn)而萌生微裂紋;對(duì)比例6相較于實(shí)施例1生成晶粒過(guò)大，如上所述，裂紋萌生和擴(kuò)張更加容易，且對(duì)比例6氣孔率低，導(dǎo)致該納米尖晶石材料相對(duì)于實(shí)施例1保溫效果更差。
說(shuō)明書附圖(5)
聲明：
“利用鋁灰無(wú)害化處理生產(chǎn)納米尖晶石的制備工藝及裝備” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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