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CN107915411A - 一种铝灰的资源化利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝灰的资源化利用方法，包括：将工业二次铝灰研磨0.5～5h，再过40目筛，得到铝灰微粉；按重量份计，将25～65份铝灰微粉、20～35份SiO2、10～30份CaO、4～12份TiO2、5～12份MgO和0～5份着色剂混合均匀，再置于熔融炉内进行熔融处理，得到熔融后熔液；将所述熔融后熔液倒入模具内冷却成型得到玻璃态块材，然后对所述玻璃态块材进行热处理，从而得到微晶玻璃材料。本发明可以将铝灰制成结构稳定的微晶玻璃材料，从而有效克服了现有湿法提取铝灰中有用成分易于产生有毒有害挥发物的缺点，实现了铝灰的无害化处理和资源化利用。

Description

一种铝灰的资源化利用方法
技术领域
本发明涉及铝灰处理技术领域，尤其涉及一种铝灰的资源化利用方法。
背景技术
铝制品在航空航天、建材、高铁、汽车等领域均具有重要的应用。近年来，国内铝工业发展迅猛，但铝冶炼生产过程中会产生大量的固体危险废物铝灰。二次铝灰的成分非常复杂，其中的金属铝(3～9wt.％)是经过炒灰处理后夹杂在灰渣中微小铝颗粒，在考虑回收成本的前提下，很难通过化学方法或者物理方法实现进一步资源化回收。经测定：工业二次铝灰中含有3～9wt.％金属铝颗粒，40～70wt.％氧化铝，10～20wt.％的NaCl、KCl等可溶性盐，5～10wt.％的SiO2、MgO等氧化物，3～6wt.％的Na3AlF6、NaF、CaF2等氟化物，以及一定量的AlN、Al4C3等，还可能含有少量的重金属、硫化物等。其中，金属铝颗粒、AlN、Al4C3等物质活性较大，遇水或在潮湿空气中会产生易燃有毒的气体，具有高度环境危害性；含氟化合物和少量重金属具有可浸出毒性，可能对水体及空气造成严重污染；可溶性盐类也极易进入河流中造成环境污染；因此铝灰难以通过传统的填埋手段进行处理，否则会对环境造成严重危害。
发明内容
针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种铝灰的资源化利用方法，可以将铝灰制成结构稳定并具有优良物化性能的微晶玻璃材料，从而能够有效克服现有湿法提取铝灰中有用成分易于产生有毒有害挥发物的缺点，实现铝灰的资源化利用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种铝灰的资源化利用方法，包括以下步骤：
步骤A、将工业二次铝灰研磨0.5～5h，再过40目筛，从而得到铝灰微粉；
步骤B、按重量份计，将25～65份铝灰微粉、20～35份SiO2、10～30份CaO、4～12份TiO2、5～12份MgO和0～5份着色剂混合均匀，再置于熔融炉内进行熔融处理，从而得到熔融后熔液；
步骤C、将所述熔融后熔液倒入模具内冷却成型得到玻璃态块材，然后对所述玻璃态块材进行热处理，从而得到微晶玻璃材料。
优选地，所述对所述玻璃态块材进行热处理包括：对所述玻璃态块材先在形核温度下进行2～8h的热处理，然后在析晶温度下进行1～5h的热处理。
优选地，所述的形核温度为750℃～800℃。
优选地，所述的析晶温度为850℃～950℃。
优选地，在所述的熔融处理过程中，将挥发物通过水洗方法进行收集。
优选地，所述的着色剂采用NiO、Ni2O3、Fe2O3、Fe3O4、Co2O3、Cr2O3、CrO3、MnO2、KMnO4、K2MnO4、CuO、Cu2O、V2O5中的至少一种。
优选地，所述的CaO采用等物质的量的CaCO3和/或Ca(OH)2替代。
优选地，所述的MgO采用等物质的量的MgCO3和/或Mg(OH)2替代。
优选地，所述工业二次铝灰中含有的AlN和Al4C3通过空气中高温氧化的方法进行无害化去除。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的铝灰的资源化利用方法对工业二次铝灰进行研磨，使铝灰中的活性微小铝颗粒延展成片状，增大了铝颗粒直径，再通过筛分将铝片和铝灰微粉分离，使铝片得以回收，而铝灰微粉与含硅矿物、含钙矿物、含镁矿物、形核剂按照一定配比混合均匀后，可通过熔融处理、模具冷却成型和热处理制成微晶玻璃材料；铝灰微粉中含量较大的Al2O3、SiO2、MgO等氧化物可作为制备微晶玻璃的主要原材料，可在玻璃材料中起到促进玻璃网络结构形成和改进玻璃性质的作用；铝灰微粉中的NaCl、KCl等盐类可以作为玻璃澄清剂和助溶剂；铝灰微粉中的Na3AlF6、NaF、CaF2能起到形核剂作用；铝灰微粉中的Al4C3、AlN等活性物质在熔融处理中会氧化成CO2和N2，不会对环境产生危害；铝灰微粉中剩余的少量有害挥发性组分(如氟化物)可在熔融处理中通过水洗方法进行回收；这不仅能够很好的解决工业二次铝灰中氟化物、Al4C3、AlN等物质的环境污染问题，实现了铝灰在微晶玻璃材料制备过程中对环境的无害排放，而且所制备出的微晶玻璃材料结构稳定、具有优良物化性能，能够用作建筑装饰材料。可见，本发明充分利用了工业二次铝灰的成分特性，实现了将铝灰转化利用为结构稳定且具有优良物化性能的微晶玻璃材料，从而能够有效克服现有湿法提取铝灰中有用成分易于产生有毒有害挥发物的缺点，实现了铝灰的资源化利用。
具体实施方式
下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面对本发明所提供的铝灰的资源化利用方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
一种铝灰的资源化利用方法，包括以下步骤：
步骤A、将工业二次铝灰研磨0.5～5h，再过40目筛，从而得到铝灰微粉。
步骤B、按重量份计，将25～65份铝灰微粉、20～35份SiO2、10～30份CaO、4～12份TiO2、5～12份MgO和0～5份着色剂混合均匀，再置于熔融炉内进行熔融处理，从而得到熔融后熔液。
步骤C、将所述熔融后熔液倒入模具内冷却成型得到玻璃态块材，然后对所述玻璃态块材进行热处理，从而得到微晶玻璃材料。
具体地，本发明所提供的铝灰的资源化利用方法可以包括以下实施方案：
(1)所述工业二次铝灰是指工业生产中产生的含有F、As或/和Pb、Cr、Cd重金属元素的具有危险固体废物属性的二次铝灰。这些工业二次铝灰经0.5～5h研磨后可以使铝灰中的活性微小铝颗粒延展成片状，增大了铝颗粒的直径，从而再经过40目筛的筛分可以将铝片和铝灰微粉分离，使铝片得以回收，而铝灰微粉可用于制备微晶玻璃材料。
(2)根据铝灰微粉组成成分的特点，将铝灰微粉与含硅矿物、含钙矿物、含镁矿物、形核剂按照一定配比混合均匀后，可通过熔融处理、模具冷却成型和热处理制成的微晶玻璃材料。铝灰微粉中含量较大的Al2O3、SiO2、MgO等氧化物可作为制备微晶玻璃的主要原材料，可在玻璃材料中起到促进玻璃网络结构形成和改进玻璃性质的作用；铝灰微粉中的NaCl、KCl等盐类可以作为玻璃澄清剂和助溶剂；铝灰微粉中的Na3AlF6、NaF、CaF2能起到形核剂作用；铝灰微粉中的Al4C3、AlN等活性物质在熔融处理中会氧化成CO2和N2，不会对环境产生危害；铝灰微粉中剩余的少量有害挥发性组分(如氟化物)可在熔融处理中通过水洗方法进行回收；这不仅能够很好的解决工业二次铝灰中氟化物、Al4C3、AlN等物质的环境污染问题，实现了铝灰在微晶玻璃材料制备过程中对环境的无害排放，而且所制备出的微晶玻璃材料结构稳定、具有优良物化性能，可用作建筑装饰材料。
(3)所述对所述玻璃态块材进行热处理包括：对所述玻璃态块材先在形核温度下进行2～8h的热处理，然后在析晶温度下进行1～5h的热处理，这有助于使制得的微晶玻璃材料具有更好的结构稳定性和物化性能。其中，所述形核温度最好为750℃～800℃，所述析晶温度最好为850℃～950℃。
(4)所述的着色剂采用NiO、Ni2O3、Fe2O3、Fe3O4、Co2O3、Cr2O3、CrO3、MnO2、KMnO4、K2MnO4、CuO、Cu2O、V2O5中的至少一种。
(5)步骤B中所述的CaO可采用等物质的量的CaCO3和/或Ca(OH)2替代。而步骤B中所述的MgO可采用等物质的量的MgCO3和/或Mg(OH)2替代。
综上可见，本发明实施例可以将铝灰制成结构稳定并具有优良物化性能的微晶玻璃材料，从而能够有效克服现有湿法提取铝灰中有用成分易于产生有毒有害挥发物的缺点，实现铝灰的资源化利用。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的铝灰的资源化利用方法进行详细描述。
实施例1
一种铝灰的资源化利用方法，包括以下步骤：
步骤a1、将工业二次铝灰研磨3h，研磨介质为Φ＝15mm的氧化锆珠，研磨后过40目筛，从而得到铝片和铝灰微粉。
步骤b1、按重量份计，将50份铝灰微粉、31份SiO2、10份CaO、4份TiO2和5份MgO混合均匀，再置于熔融炉内加热至1500℃进行熔融处理，从而得到熔融后熔液。
步骤c1、将所述熔融后熔液倒入模具内冷却成型得到玻璃态块材，然后对所述玻璃态块材先在780℃下进行4h的热处理，再在950℃下进行3h的热处理，从而得到高铝微晶玻璃材料。
具体地，本发明实施例1所制备的微晶玻璃材料，其铝灰微晶析出主晶相为钠长石和钙长石，玻璃莫氏硬度达到6.5，稳定性好，耐磨和抗弯性良好，适用于建筑高档地砖或墙砖材料。
实施例2
一种铝灰的资源化利用方法，包括以下步骤：
步骤a2、将工业二次铝灰研磨3h，研磨介质为Φ＝15mm的氧化锆珠，研磨后过40目筛，从而得到铝片和铝灰微粉。
步骤b2、按重量份计，将50份铝灰微粉、31份SiO2、10份CaO、4份TiO2、5份MgO和0.1份Co2O3混合均匀，再置于熔融炉内加热至1500℃进行熔融处理，从而得到熔融后熔液。
步骤c2、将所述熔融后熔液倒入模具内冷却成型得到玻璃态块材，然后对所述玻璃态块材先在780℃下进行4h的热处理，再在880℃下进行3h的热处理，从而得到高铝微晶玻璃材料。
具体地，本发明实施例2所制备的微晶玻璃材料，其铝灰微晶整体析晶均匀，呈均一的蓝色，玻璃硬度达到6.5，耐磨和抗弯性良好，适用于建筑高档地砖或墙砖材料。
综上可见，本发明实施例可以将铝灰制成结构稳定的微晶玻璃材料，从而有效克服了现有湿法提取铝灰中有用成分易于产生有毒有害挥发物的缺点，实现了铝灰的无害化处理和资源化利用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种铝灰的资源化利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、将工业二次铝灰研磨0.5～5h，再过40目筛，从而得到铝灰微粉；
步骤B、按重量份计，将25～65份铝灰微粉、20～35份SiO2、10～30份CaO、4～12份TiO2、5～12份MgO和0～5份着色剂混合均匀，再置于熔融炉内进行熔融处理，从而得到熔融后熔液；
步骤C、将所述熔融后熔液倒入模具内冷却成型得到玻璃态块材，然后对所述玻璃态块材进行热处理，从而得到微晶玻璃材料。
2.根据权利要求1所述的铝灰的资源化利用方法，其特征在于，所述对所述玻璃态块材进行热处理包括：对所述玻璃态块材先在形核温度下进行2～8h的热处理，然后在析晶温度下进行1～5h的热处理。
3.根据权利要求2所述的铝灰的资源化利用方法，其特征在于，所述的形核温度为750℃～800℃。
4.根据权利要求2所述的铝灰的资源化利用方法，其特征在于，所述的析晶温度为850℃～950℃。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的铝灰的资源化利用方法，其特征在于，在所述的熔融处理过程中，将挥发物通过水洗方法进行收集。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的铝灰的资源化利用方法，其特征在于，所述的着色剂采用NiO、Ni2O3、Fe2O3、Fe3O4、Co2O3、Cr2O3、CrO3、MnO2、KMnO4、K2MnO4、CuO、Cu2O、V2O5中的至少一种。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的铝灰的资源化利用方法，其特征在于，所述的CaO采用等物质的量的CaCO3和/或Ca(OH)2替代。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的铝灰的资源化利用方法，其特征在于，所述的MgO采用等物质的量的MgCO3和/或Mg(OH)2替代。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的铝灰的资源化利用方法，其特征在于，所述工业二次铝灰中含有的AlN和Al4C3通过空气中高温氧化的方法进行无害化去除。
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