專利名稱：利用鋁型材廠陽極氧化廢渣制備的六鋁酸鈣及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生態(tài)環(huán)境材料，即固體廢棄物的綜合利用，更具體涉及一種利用鋁型材廠陽極氧化廢渣制備的六鋁酸鈣及其制備方法。
背景技術(shù)：
采用陽極氧化法對鋁型材進(jìn)行表面處理的工序包括酸洗、堿洗及陽極氧化，在每一工序都會產(chǎn)生大量的乳白色含鋁膠體廢液,這種廢液的主要成分為含鋁物質(zhì),呈膠體狀, 分散度高。為避免這種廢液直接排放造成環(huán)境污染，必須將廢液中的大量含鋁物質(zhì)沉淀下來并過濾去除，即得到廢渣。這種廢渣的產(chǎn)量很高，以年產(chǎn)5萬噸的中型鋁廠為例，每年可回收廢渣I萬多噸，國內(nèi)鋁型材企業(yè)有幾百家，每年產(chǎn)生工業(yè)廢渣數(shù)量驚人，該廢渣主要成分是含鋁的膠體物質(zhì)，其微觀結(jié)構(gòu)接近一水軟鋁石(Y -A100H),在加熱時可先轉(zhuǎn)化為 Y-Al2O3并最終轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的Ci-Al2O3，可以替代傳統(tǒng)的工業(yè)氧化鋁原料。曾有報道利用該廢渣合成莫來石，堇青石，鈦酸鋁等含鋁工業(yè)制品，為這些廢渣的綜合利用提供了很好的思路，在天然礦物原料價格持續(xù)走高的背景下，這些工業(yè)廢渣的二次充分利用具有持久的生命力。因此不斷拓寬和研究該廢渣新的再利用渠道和途徑也顯得非常必要。如不加利用就直接廢棄，也會對資源造成很大的浪費(fèi)。六鋁酸鈣是一種優(yōu)良的耐火材料，具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)、高熔點(diǎn)、高溫體積穩(wěn)定性、抗熱震性等優(yōu)越性能，在鋼鐵、煉鋁、陶瓷、石化等高溫行業(yè)中已成功得到應(yīng)用。其常規(guī)合成方法一般采用工業(yè)氧化鋁和其他含鈣礦物或廢渣作為主原料，經(jīng)過科學(xué)配比和一系列工藝高溫煅燒而得。在原料成本組成中，因工業(yè)氧化鋁市場售價遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于含鈣原料，而且其用量也遠(yuǎn)高于含鈣原料，因此含鋁原料的總成本大大高于含鈣原料成本，本發(fā)明以鋁型材廠陽極氧化廢渣為主原料替代傳統(tǒng)的工業(yè)氧化鋁等含鋁原料， 采用燒結(jié)法制備六鋁酸鈣材料，可顯著降低原料成本。經(jīng)檢索，國內(nèi)外尚未有利用鋁型材廠陽極氧化廢渣制備六鋁酸鈣材料的報導(dǎo)，該項(xiàng)目屬于國內(nèi)外首家研究發(fā)明的技術(shù)。本發(fā)明屬于固體廢棄物的綜合利用新技術(shù)范疇，不僅為鋁型材廠陽極氧化廢渣的綜合利用提供了新的思路和方向，拓寬其再利用的渠道，而且能減輕其對環(huán)境的壓力，又節(jié)約了生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有很好的推廣應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用鋁型材廠陽極氧化廢渣制備的六鋁酸鈣及其制備方法，該制備方法不僅有利于廢物利用，而且制備的材料為具有高附加值和無污染的優(yōu)質(zhì)耐火材料。一種利用鋁型材廠陽極氧化廢渣制備的六鋁酸鈣的原料及各原料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是鋁型材廠陽極氧化廢渣78被％和石灰石22wt% ;或鋁型材廠陽極氧化廢渣79wt%和石灰石 21wt%0所述的鋁型材廠陽極氧化廢渣中Al2O3的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是80-90%。所述的石灰石中CaCO3的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是90_95%。
一種利用鋁型材廠陽極氧化廢渣制備的六鋁酸鈣的制備方法的具體步驟為按原料配比將鋁型材廠陽極氧化廢渣和石灰石置于球磨機(jī)中研磨12小時，研磨的漿料過濾脫水，100°C烘干，破碎得到30目的統(tǒng)料；加入結(jié)合劑PVA (2-3wt%)，在混料機(jī)中混合均勻，困料12小時，將混料壓制成型；成型試樣在100°C烘干12小時，再置于窯爐中1400-1600°C 反應(yīng)燒結(jié)2-5小時，冷卻至室溫，得到六鋁酸鈣材料。本發(fā)明的主要創(chuàng)新點(diǎn)和特色如下
I)原料與技術(shù)創(chuàng)新利用鋁型材廠陽極氧化廢渣制備六鋁酸鈣材料，具有生態(tài)環(huán)保技術(shù)和原料的創(chuàng)新，具有重大環(huán)保意義。2)經(jīng)檢索，國內(nèi)外尚未有利用鋁型材廠陽極氧化廢渣制備六鋁酸鈣材料的報導(dǎo)， 該項(xiàng)目屬于國內(nèi)外首家研究發(fā)明的技術(shù)。3)充分利用廢渣的特性，提高產(chǎn)品質(zhì)量廢渣粒子超細(xì)，表面積大，活性高，有利于固相反應(yīng)形成六鋁酸鈣，降低燒結(jié)溫度，在相同燒結(jié)溫度下，得到的六鋁酸鈣純度更高。節(jié)約能源和原料加工費(fèi)用，并可以提高六鋁酸鈣的高溫性能。4)低生產(chǎn)成本相比常規(guī)合成六鋁酸鈣所用的工業(yè)氧化鋁，本方法原料成本極低， 經(jīng)濟(jì)效益和社會效益十分顯著，具有很強(qiáng)的市場竟?fàn)幠芰Α?)制備的六鋁酸鈣是CaO-Al2O3系中Al2O3含量最高的鋁酸鈣相，其理論密度為 3. 38g/cm3,熔點(diǎn)高達(dá)1875°C。六鋁酸鈣具有一系列的優(yōu)良性能與含氧化鐵的熔渣形成固溶體的范圍大，在堿性環(huán)境中有足夠強(qiáng)的抗化學(xué)侵蝕能力，在還原氣氛中高度穩(wěn)定，熱導(dǎo)率從常溫至高溫均保持在較低水平，再加上其優(yōu)良的高溫體積穩(wěn)定性、抗熱震性、抗渣等性能使其在高溫工業(yè)中有著十分廣泛的應(yīng)用前景。


圖I是實(shí)施例1-5的六鋁酸鈣材料的XRD圖譜。
具體實(shí)施例方式該原料配方重量配比為鋁型材廠陽極氧化廢渣78被％和石灰石22wt% ;或鋁型材廠陽極氧化廢洛79wt%和石灰石21wt%。所述的鋁型材廠陽極氧化廢渣中Al2O3的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是80-90%。所述的石灰石中CaCO3的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是90_95%。利用鋁型材廠陽極氧化廢渣制備六鋁酸鈣材料的制備方法具體步驟為
1)按配方將鋁型材廠陽極氧化廢渣和石灰石置于球磨機(jī)中球磨12小時，研磨的漿料過濾脫水、100°C烘干和破碎，得到小于30目的統(tǒng)料；
2)加入結(jié)合劑PVA，在混料機(jī)中混合均勻，困料12小時，將混料壓制成型；
3)成型試樣100°C烘干12小時；
4)試樣置于窯爐中反應(yīng)燒結(jié)，反應(yīng)燒結(jié)溫度為1400-1600°C，反應(yīng)燒結(jié)保溫時間為2-5 小時，隨爐冷卻至室溫，得到高純度的六鋁酸鈣材料。實(shí)施例I
本例原料配方的重量配比鋁型材廠陽極氧化廢渣為78wt%，石灰石為22wt%。按配方將兩種原料稱重，置于球磨機(jī)中研磨12小時，研磨的漿料過濾脫水、100°C烘干和破碎，得到小于30目的統(tǒng)料；加入結(jié)合劑PVA，在混料機(jī)中混合均勻，困料12小時，將混料壓制成型；成型試樣在100°C烘干12小時；試樣置于窯爐中反應(yīng)燒結(jié)，反應(yīng)燒結(jié)溫度為1400°C， 保溫時間為5小時，隨爐冷卻至室溫，得到的六鋁酸鈣材料中含CA6 (CaAl12O19) : 85%， CA2 (CaAl4O7) : 6. 6%, Al2O3:8. 4% (質(zhì)量比，下同)。實(shí)施例2
本例原料配方的重量配比鋁型材廠陽極氧化廢渣為78wt%，石灰石為22wt%。按配方將兩種原料稱重，置于球磨機(jī)中研磨12小時，研磨的漿料過濾脫水、100°C烘干和破碎，得到小于30目的統(tǒng)料；加入結(jié)合劑PVA，在混料機(jī)中混合均勻，困料12小時，將混料壓制成型；成型試樣在100°C烘干12小時；試樣置于窯爐中反應(yīng)燒結(jié)，反應(yīng)燒結(jié)溫度為1500°C， 保溫時間為4小時，隨爐冷卻至室溫，得到的六鋁酸鈣材料中含CA6 (CaAl12O19) : 88%， CA2 (CaAl4O7) :5· 1%，Al2O3:6. 9%。實(shí)施例3
本例原料配方的重量配比鋁型材廠陽極氧化廢渣為78wt%，石灰石為22wt%。按配方將兩種原料稱重，置于球磨機(jī)中研磨12小時，研磨的漿料過濾脫水、100°C烘干和破碎，得到小于30目的統(tǒng)料；加入結(jié)合劑PVA，在混料機(jī)中混合均勻，困料12小時，將混料壓制成型；成型試樣在100°C烘干12小時；試樣置于窯爐中反應(yīng)燒結(jié)，反應(yīng)燒結(jié)溫度為1600°C， 保溫時間為4小時，隨爐冷卻至室溫，得到的六鋁酸鈣材料中含CA6 (CaAl12O19) : 89%， CA2(CaAl4O7) 2:4. 8%, Al2O3:6. 2%。實(shí)施例4
本例原料配方的重量配比鋁型材廠陽極氧化廢渣為79wt%，石灰石為21wt%。按配方將兩種原料稱重，置于球磨機(jī)中研磨12小時，研磨的漿料過濾脫水、100°C烘干和破碎，得到小于30目的統(tǒng)料；加入結(jié)合劑PVA，在混料機(jī)中混合均勻，困料12小時，將混料壓制成型；成型試樣在100°C烘干12小時；試樣置于窯爐中反應(yīng)燒結(jié)，反應(yīng)燒結(jié)溫度為1550°C， 保溫時間為3小時，隨爐冷卻至室溫，得到的六鋁酸鈣材料中含CA6(CaAl12019)6:91%， CA2 (CaAl4O7) : 4%, Al2O3:5%。實(shí)施例5
本例原料配方的重量配比鋁型材廠陽極氧化廢渣為79wt%，石灰石為21wt%。按配方將兩種原料稱重，置于球磨機(jī)中研磨12小時，研磨的漿料過濾脫水、100°C烘干和破碎，得到小于30目的統(tǒng)料；加入結(jié)合劑PVA，在混料機(jī)中混合均勻，困料12小時，將混料壓制成型；成型試樣在100°C烘干12小時；試樣置于窯爐中反應(yīng)燒結(jié)，反應(yīng)燒結(jié)溫度為1600°C， 保溫時間為2小時，隨爐冷卻至室溫，得到的六鋁酸鈣材料中含CA6 (CaAl12O19) : 92%， CA2 (CaAl4O7) :3. 5%, Al2O3:4. 5%。實(shí)施例6
本例原料配方的重量配比鋁型材廠陽極氧化廢渣為79wt%，石灰石為21wt%。按配方將兩種原料稱重，置于球磨機(jī)中研磨12小時，研磨的漿料過濾脫水、100°C烘干和破碎，得到小于30目的統(tǒng)料；加入結(jié)合劑PVA，在混料機(jī)中混合均勻，困料12小時，將混料壓制成型；成型試樣在100°C烘干12小時；試樣置于窯爐中反應(yīng)燒結(jié)，反應(yīng)燒結(jié)溫度為1500°C， 保溫時間為4小時，隨爐冷卻至室溫，得到的六鋁酸鈣材料中含CA6 (CaAl12O19) : 90%， CA2 (CaAl4O7) :4. 8%, Al2O3:5. 2%。
表I六鋁酸鈣的性能參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種利用鋁型材廠陽極氧化廢渣制備的六鋁酸鈣，其特征在于所述的六鋁酸鈣的原料及各原料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是鋁型材廠陽極氧化廢渣78被％和石灰石22wt% ;或鋁型材廠陽極氧化廢洛79wt%和石灰石21wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用鋁型材廠陽極氧化廢渣制備的六鋁酸鈣，其特征在于 所述的鋁型材廠陽極氧化廢渣中Al2O3的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是80-90%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用鋁型材廠陽極氧化廢渣制備的六鋁酸鈣，其特征在于 所述的石灰石中CaCO3的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是90-95%。
4.一種如權(quán)利要求I所述的利用鋁型材廠陽極氧化廢渣制備的六鋁酸鈣的制備方法， 其特征在于所述的制備方法的具體步驟為1)按原料配比將鋁型材廠陽極氧化廢渣和石灰石置于球磨機(jī)中研磨12小時，研磨的漿料過濾脫水，100°C烘干，破碎得到30目的統(tǒng)料；2)加入2-3wt%的結(jié)合劑PVA，在混料機(jī)中混合均勻，困料12小時，將混料壓制成型；3)成型試樣在100°C烘干12小時，再置于窯爐中1400-1600°C反應(yīng)燒結(jié)2-5小時，冷卻至室溫，即得六鋁酸鈣材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用鋁型材廠陽極氧化廢渣制備的六鋁酸鈣及其制備方法，以鋁型材廠陽極氧化廢渣和石灰石為原料，將原料混合，壓制成型，經(jīng)高溫反應(yīng)，制備成六鋁酸鈣材料。本發(fā)明屬于固體廢棄物的綜合利用，不僅解決了鋁型材廠陽極氧化廢渣對環(huán)境的嚴(yán)重污染，又節(jié)約了生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有推廣應(yīng)用價值。
文檔編號C01F7/16GK102602970SQ20121006678
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日
發(fā)明者于巖, 王鍵, 謝繼玲, 鄭躍國 申請人:福州大學(xué)