铝集尘灰及铝金属冶炼炉渣再利用方法
【专利摘要】一种铝集尘灰及铝金属冶炼炉渣再利用方法，其将炼铝炉渣加工为炉渣颗粒，使上述炉渣颗粒的粒径大于200网目且小于400网目，让符合条件的炉渣颗粒与一黏结剂水溶液混合，形成一坯料，之后对该坯料加压塑形，形成一耐火材料粗坯，再将该耐火材料粗坯在1050℃～1450℃工作温度下进行烧结，并经降温形成一耐火材料。藉此，可控制炉渣颗粒的粒径，使炉渣颗粒的氮含量有效降低，且当该炉渣颗粒混合黏结剂水溶液后，可以有效减少因水与氮化铝反应而逸出氨气的现象，以减少耐火材料粗坯或耐火材料的龟裂或爆裂现象，而达到制作成本低廉以及耐火材料表面细致度佳的功效。
【专利说明】铝集尘灰及铝金属冶炼炉渣再利用方法
【技术领域】
[0001]本发明有关于一种铝集尘灰及铝金属冶炼炉渣再利用方法，特别是指一种可控制炉渣颗粒的粒径，使炉渣颗粒的氮含量有效降低，且当该炉渣颗粒混合黏结剂水溶液后，可以有效减少因水与氮化铝反应而逸出氨气的现象，以减少耐火材料粗胚或耐火材料的龟裂或爆裂现象，而达到制作成本低廉以及耐火材料表面细致度佳的功效。
【背景技术】
[0002]铝的熔炼过程中会产生炉渣，炉渣中包含有铝的氧化物与氮化物，其中氮化物会与潮湿空气中的水分或雨水反应而形成氨气外逸，因此未经处理的炉渣对环境有一定程度的影响。
[0003]中国台湾发明专利第583155号，揭露一种将铝渣灰资源化利用的方法，主要是将炼铝炉渣分选回收金属铝后剩余的铝渣灰废弃物进行煅烧，制成耐火材料的原料，以达成铝渣灰资源化目的，并创造更高的经济价值；其方法是将铝渣灰利用高温窑炉煅烧成主要成分为氧化铝(矿物结晶相为刚玉)的材料，以做为耐火材料原料，不仅可有效解决铝渣灰废弃物处理的问题，且可节省生产耐火材料能源及避免资源的浪费。
[0004]上述中国台湾发明专利第583155号，虽然可以将铝渣灰处理成为耐火砖、耐火泥、浇注料的原料，但对于如何制作耐火砖以及如何确保制作耐火砖过程中的产品良率则完全未予揭露。
[0005]此外，民国100年三月出版的《矿冶》期刊，其中第51页起刊载有“炼铝炉渣为原料制作耐火材料之研究”，其中揭露耐火材料的制作方式为将炼铝炉渣(粒径介于100—200mesh)依照配比来和黏结剂水溶液(羧甲基纤维素水溶液)进行混拌，经由单轴加压(20吨)成形和高温烧结(1100 - 14000C )来制作耐火材料。
[0006]但依上述“炼铝炉渣为原料制作耐火材料之研究”所揭露的内容制作耐火材料(耐火砖)，却发现存在有下列缺失:
1.炼铝炉渣与黏结剂水溶液混合并加压成为耐火材料粗胚后，在烧结之前，该耐火材料粗胚会因加压有龟裂或爆裂现象。
[0007]2.耐火砖中粗胚的氮含量偏高，遇湿会因下列化学反应而逸出刺鼻的氨气。A1N+3H20 —Al (OH) 3 丨 +NH3 ?
3.即使烧结前的耐火材料粗胚未发生龟裂或爆裂，但耐火材料粗胚在高温烧结过程中，耐火砖会因高温烧结产生龟裂或爆裂现象。
[0008]4.耐火砖的表面细致度不佳(较为粗糙)。
[0009]探究造 成上列缺失的原因，主要在于该研究所揭露的制造方法，其炼铝炉渣中的氮化物(氮化铝)含量偏高(约9506ppm)，由于该研究无法有效降低炼铝炉渣中氮化物的含量，因此该耐火材料粗胚中的氮化物遇黏结剂水溶液所产生的氨气外逸现象，是造成耐火材料粗胚龟裂或爆裂的主因。
[0010]因此，如何有效降低炼铝炉渣中氮化物的含量，是减少后续氨气外逸及耐火材料粗胚龟裂或爆裂现象的主要关键。
【发明内容】
[0011]本发明提供一种铝集尘灰及铝金属冶炼炉渣再利用方法，其主要目的在于，可控制炉渣颗粒的粒径，使炉渣颗粒的氮含量有效降低，且当该炉渣颗粒混合黏结剂水溶液后，可以有效减少因水与氮化铝反应而逸出氨气的现象，以减少耐火材料粗胚或耐火材料的龟裂或爆裂现象，而达到制作成本低廉以及耐火材料表面细致度佳的功效。
[0012]本发明一种铝集尘灰及铝金属冶炼炉渣再利用方法，包括下列步骤:
步骤一:将炼铝炉渣加工为炉渣颗粒；
步骤二:使上述炉渣颗粒的粒径大于200网目且小于400网目；
步骤三:使符合步骤二条件的炉渣颗粒与一黏结剂水溶液混合，形成一胚料；
步骤四:对该胚料加压塑形，形成一耐火材料粗胚；
步骤五:对该耐火材料粗胚在1050°C~1450°C工作温度下进行烧结，并经降温形成一耐火材料。
[0013]上述方法中，在步骤二中进一步执行一炉渣颗粒氮含量检测程序，以确认炉渣颗粒的氮含量介于4400ppm~7000ppm之间。
[0014]上述方法中，该 黏结剂水溶液为水与羧甲基纤维素的混合溶液，该黏结剂添加量介于 3wt% ~12 wt%0
[0015]上述方法中，该步骤四的压力介于25吨~250吨之间。
[0016]与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为:
1.藉由控制炉渣颗粒的粒径，使其大于200网目(mesh)且小于400网目(mesh)，可以使炉渣颗粒中的氮含量降至4705ppm-6880ppm，有效解决耐火材料的龟裂或爆裂、龟裂或爆裂等问题。
[0017]2.控制炉渣颗粒的粒径符合上述网目，只需以研磨方式即可达成，成本低廉且加工迅速。
[0018]3.炉渣颗粒中的氮含量降低，耐火材料粗胚的氨气外逸现象可以随之有效降低。
[0019]4.控制炉渣颗粒的粒径控制于200网目~400网目之间，耐火砖的表面细致度更佳。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明步骤一示意图。
[0021]图2为本发明步骤二示意图。
[0022]图3为本发明步骤三示意图。
[0023]图4为本发明步骤四示意图。
[0024]图5为本发明步骤五示意图。
[0025]图6为侦测不同粒径炼铝炉渣的相对含氮量对照图。
[0026]主要组件符号说明 炼铝炉渣I ;炉渣颗粒Ia ；
400网目的炉渣颗粒IOa ；
黏结剂2 ；
胚料3 ;
耐火材料粗胚4 ；
耐火材料5。
【具体实施方式】
[0027]请参阅图1~图5，分别为本发明步骤一示意图、本发明步骤二示意图、本发明步骤三示意图、本发明步骤四示意图以及本发明步骤五示意图。如图所示，本发明为一种铝集尘灰及铝金属冶炼炉渣再利用方法，其至少包含下列步骤:
步骤一:将炼铝炉渣I以研磨方式进行造粒，形成炉渣颗粒la。
[0028]步骤二:筛选粒径介于200网目(mesh)至400网目之间的炉渣颗粒la，本发明实施例中是以筛选400网目的炉渣颗粒IOa为耐火砖原料，对该400网目的炉渣颗粒IOa执行一氮含量检测程序，确认其氮含量介于4000ppm-4500ppm之间。
[0029]步骤三:将该400网目的炉渣颗粒IOa与黏结剂2混合，形成一胚料3，该黏结剂2水溶液为含羧甲基纤维素的混合溶液，本实施例黏结剂2水溶液添加量为8 wt%。
[0030]步骤四:对上述胚料3施以25吨~250吨的加压力量，并塑形为一耐火材料粗胚4，该过程可以在一砖型模具中执行加压操作而完成。
[0031]步骤五:对该耐火材料粗胚4在1050°C至1450°C的工作温度下进行烧结，并经降温形成一耐火材料5，而烧结过程中以1400°C为较佳温度。
[0032]图6以两台GC和3组侦测器(气相层析+热导侦测器)+ (气相层析+火焰离子化侦测器+氮化学发光侦测器)的串联所组成(GC-TCD/FID/NCD)以侦测不同粒径炼铝炉渣的相对含氮量对照图，实验中取炼铝炉渣10公斤置于密闭式搅拌装置，仿真工厂运作操作参数，依比例加入羧甲基纤维素CMC黏结剂水溶液，控制搅拌单元转速进行搅拌，密闭式搅拌装置出气口设置一抽气泵，将反应器内气体抽至所建置一系列分析设备(之前已叙述)，进行连续在线分析。由图6可知，当炼铝炉渣粒径为已知技术所揭露的100-200网目时，其氮含量为9506ppm，但炼铝炉渣粒径介于200~325网目时，其氮含量则明显降低6880ppm，如果炼铝炉渣粒径介于325~400网目时，其氮含量则更明显降低至4705ppm，而炼铝炉渣粒径大于400网目时，氮含量只有4405ppm。因此，本发明控制炼铝炉渣的粒径大于200网目(mesh)且小于400网目(mesh)，其与已知技术相较，氮含量可以有效被控制为只有已知技术的49.49%至72.37%，效果极为显著。
[0033]由于炼铝炉渣与黏结剂水溶液混合并加压成为耐火材料粗胚后，在烧结之前，该耐火材料粗胚会有龟裂或爆裂现象，因此200网目以下耐火材料粗胚因含氮量较高导致氨气逸散量高，造成加压时龟裂或爆裂比率大于5% ；200网目以上耐火材料粗胚因含氮量较低导致氨气逸散量低，造成加压时龟裂或爆裂比率小于0.5%。
[0034]烧结前的耐火材料粗胚未发生龟裂或爆裂，但耐火材料粗胚在高温烧结过程中，耐火砖会因烧结时氨气逸散产生龟裂或爆裂，200网目以下耐火材料粗胚因含氮量较高导致氨气逸散量高，造成高温烧结时龟裂或爆裂比率大于5% ；200网目以上耐火材料粗胚因含氮量较低导致氨气逸散量低，造成高温时龟裂或爆裂比率小于0.5%。
[0035] 藉以使本发明至少具有以下功效:
5.藉由控制炉渣颗粒的粒径，使其大于200网目(mesh)且小于400网目(mesh)，可以使炉渣颗粒中的氮含量降至4705ppm-6880ppm，有效解决耐火材料的龟裂或爆裂、龟裂或爆裂等问题。
[0036]6.控制炉渣颗粒的粒径符合上述网目，只需以研磨方式即可达成，成本低廉且加工迅速。
[0037]7.炉渣颗粒中的氮含量降低，耐火材料粗胚的氨气外逸现象可以随之有效降低。
[0038]8.控制炉渣颗粒的粒径控制于200网目~400网目之间，耐火砖的表面细致度更佳。
[0039]综上所述，本发明铝集尘灰及铝金属冶炼炉渣再利用方法可有效改善已用的种种缺点，可控制炉渣颗粒的粒径，使炉渣颗粒的氮含量有效降低，且当该炉渣颗粒混合黏结剂水溶液后，可以有效减少因水与氮化铝反应而逸出氨气的现象，以减少耐火材料粗胚或耐火材料龟裂或爆裂现象，而达到制作成本低廉以及耐火材料表面细致度佳的功效；进而使本发明的产生能更进步、更实用、更符合消费者使用所须，确已符合发明专利申请要件，爰依法提出专利申请。
【权利要求】
1.一种铝集尘灰及铝金属冶炼炉渣再利用方法，其特征在于包括下列步骤: 步骤一:将炼铝炉渣加工为炉渣颗粒； 步骤二:使上述炉渣颗粒的粒径大于200网目且小于400网目； 步骤三:使符合步骤二条件的炉渣颗粒与一黏结剂水溶液混合，形成一胚料； 步骤四:对该胚料加压塑形，形成一耐火材料粗胚； 步骤五:对该耐火材料粗胚在1050°C~1450°C工作温度下进行烧结，并经降温形成一耐火材料。
2.如权利要求1所述的铝集尘灰及铝金属冶炼炉渣再利用方法，其特征在于，在步骤二中进一步执行一炉渣颗粒氮含量检测程序，以确认炉渣颗粒的氮含量介于4400ppm~7000ppm 之间。
3.如权利要求1所述的铝集尘灰及铝金属冶炼炉渣再利用方法，其特征在于，该黏结剂水溶液为水与羧甲基纤维素的混合溶液，该黏结剂添加量介于3wt%~12 wt%。
4.如权利要求1所述的铝集尘灰及铝金属冶炼炉渣再利用方法，其特征在于，该步骤四的压力介于25吨~2 50吨之间。
【文档编号】C04B5/00GK103964709SQ201310046708
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年2月6日 优先权日:2013年2月6日
【发明者】蒋世杰, 刘雅萍 申请人:嘉颉金属股份有限公司