利用铝灰加工配制耐火材料

一、铝灰

众所周知，原料是耐火材料的基础，高质量的耐火原料才能生产好的产品。对耐火原料基本要求就是耐火性能，即耐火度1580℃以上的原材料才能作为耐火原料。铝灰中除了Al₂O₃以外，还含有较多耐火性能较低的杂质成分，因此，一般不能用铝灰直接配制耐火材料，需要进一步加工处理，除去杂质，提高Al₂O₃含量，才能考虑用作耐火材料。以下就铝灰加工处理方法作简要介绍。

二、铝灰的浮选法提纯

采用油酸钠为捕收剂，当pH值固定在8.6左右，捕收剂用量为1000g/t时，浮选后铝灰w(Al₂O₃)含量由原来43.14%提高到86.41%,回收率68.89%。可以替代铝矾土冶炼氧化铝基电熔材料。

三、制取α-Al2O3

α-Al₂O₃是刚玉等高级耐火材料的主要原料。用铝灰提取的基本原理是：在400~600℃的温度下，铝灰中的金属铝、氧化铝与NaOH和NaNO3反应生成可溶于水的金属盐，并用水将其溶出，实现铝与其他杂质分离之后，使用晶种分解法处理含铝溶液，最终得到α-Al₂O₃。得出的制备条件是：碱灰比(mNaOH/m 铝灰)1.3，盐灰比(mNaNO3/m 铝灰)0.7，按比例要求配合，混合均匀，在500℃下熔炼，熔炼时间60min;用去离子水在60℃恒温水溶中浸出熔炼产物，浸出时间30min，固液比1∶4，铝浸出率最高达92.71%，浸出后抽滤，固液分离，浸出液经过净化，调整苛性比，晶种分解和煅烧获得氧化铝。

采用加压碱浸、微波活化辅助的方法回收铝灰中氧化铝。首先将铝灰破碎、筛分、水洗，与NaOH溶液按固液比1∶7混合搅拌均匀，然后在高压釜内，于140℃，1.15MPa反应6h，经进一步固液分离、酸中和、水洗分离后，将产物置于输出功率5W/g的微波设备干燥活化7min，抽风速度为30m/min，最终可得Al₂O₃产品。

还有人通过王水浸取法及添加氧化钇制备高硬度γ-Al2O3。首先铝灰在室温下溶解在王水中，然后在pH为9~10的条件下沉淀，加入0~20%氧化钇粒子，经压实后于1550~1650 ℃煅烧可得高硬度γ-Al2O3。

四、制取纳米氧化铝

在刚玉耐火制品中引入α-Al2O3粉，降低烧结温度，节约能源，提高其性能。例如：在用电熔刚玉(Al2O3 99.5%)的配料中，加入4%~8%的α-Al2O3微粉和1%~ 2%的α-Al2O3纳米粉，制品的烧成温度由1700 ~1800℃降至1400℃。采用硫酸浸取铝灰制备纳米氧化铝的工艺方法是：首先在80℃搅拌条件下，用硫酸溶液多次浸取铝灰中的铝离子，经过滤分离得到硫酸铝溶液，然后将碳酸氢铵溶液加入到硫酸铝溶液中，在40℃条件下搅拌反应60min，生成前驱体碳酸铝铵沉淀和硫酸铵溶液，经陈化，真空抽滤分离，硫酸铝铵沉淀洗涤干燥后于1200℃煅烧1h，得到粒径约70nm的α-Al₂O₃粉。

五、利用铝灰冶炼棕刚玉

耐火材料用棕刚玉一般是用特级铝矾土冶炼而成，Al₂O₃含量94.5%~97%，是中、高档耐火材料的主要原料，尤其不定形耐火材料用量较多。近年来，为了节能环保，降低生产成本，有人在研究用铝灰冶炼棕刚玉，其中低温冶炼制备棕刚玉的效果较好。其生产过程是：将1份铝灰(小于0.10 mm)放入2~5份90~100 ℃热水中，浸泡6~10h，将水排出，并加入排出等质量的90~100℃热水浸泡2~14h，浸泡为放热反应，不断搅拌，保持水温90~100℃，确保铝灰不沉积，将浸泡后的铝灰分离出来后用流动水漂洗，漂洗水流为3~6m/min，然后用真空过滤机过滤，再经80~110℃烘干至水分低于20%，即完成预处理。在电弧炉中熔炼：在铝灰中加入0.5%~4%的沉淀剂铁屑，在炉中1700~1800℃冶炼6~8h，熔融还原铝灰中的SiO₂，Fe₂O₃，TiO₂等氧化物，冷却后经粉碎，磁选和筛分得到棕刚玉产品。

六、合成Sialon粉

Sialon陶瓷是20世纪70年代后迅速发展起来的一类高温结构材料，Sialon材料以优越的力学性能、热学性能和化学稳定性，被认为是最有希望的高温陶瓷材料之一。Sialon为Si₃N₄-AlN-Al₂O₃-SiO₂系固溶体，采用纯化学原料制备，成本高。采用铝灰、炭黑和粉煤灰为原料，用碳热铝热复合还原氮化工艺制备Sialon粉体。称好料，进行球磨12h(用Si₃N₄球，无水乙醇为介质)，然后进行干燥、过筛、压成圆片，再进行煅烧，自然冷却后磨成粉，研究了原料组成、合成温度对生成物相的影响。结果表明：在原料中当Si/Al为1(铝灰为33%，粉煤灰为50%)时，加入17%炭黑，合成温度1450℃，得到的主要物相为Si₃Al₃O₃N₅(β-Sialon，Z=3)和SiAl₄O₂N₄(15R)的产物;在Si/Al为1.5时，加入80%粉煤灰，1450℃可制备较纯的Si₃Al₃O₃N₅粉。

七、6制备镁铝尖晶石

镁铝尖晶石是重要的耐火原料，以它为颗粒，镁砂为细粉，制备与刚玉配制钢包用浇注料。以铝灰、铝矾土和电熔镁砂为原料，铁屑为沉淀剂，焦炭为还原剂，采用高温电熔法合成富铝镁铝尖晶石。试验表明：加入铝灰20%，40%，60%生产的镁铝尖晶石，其综合指标超过铝矾土基镁铝尖晶石的技术指标;加入40%铝灰时，综合指标最好，其含Al₂O₃82.48%，SiO₂ 0.35%，MgO 14.10%，CaO1.12%，Fe2O3 0.5%(质量分数)显气孔率0.9%，体积密度3.48 g/cm3，耐火度>1800 ℃;铝灰加入40%，60%生产的尖晶石中含有六铝酸钙(CA6)相。

八、制备TiN-Al2O3复相耐火原料

TiN-Al2O3复合材料具有优异的高温稳定性，耐磨性及力学性能，是一种优异的耐火材料。以金红石和铝灰为原料，以铝灰中的金属铝为还原剂，采用铝热还原氮化法合成TiN-Al₂O₃复合粉体。

其原理是：根据反应6TiO₂+8Al+3N₂=6TiN+4Al₂O₃计算铝灰和金红石理论质量比为16∶27。具体做法是：先称好料，放入球磨机中，干磨12h，以40MPa压力，干压成型坯体，然后放入石墨坩埚，在流动氨气中，600~1400℃，保温5h煅烧。在1300℃煅烧的产品按理论用量合成的产物主要是TiN，α-Al₂O₃，少量倍长石和MgAl₂O₄。经计算，TiN为30.4%，α-Al₂O₃为45.8%，随铝灰增加α-Al₂O₃增多，TiN减少，当铝灰过量50%时，TiN为26.4%，α-Al₂O₃为55.0%。TiN-Al₂O₃复合材料的抗折强度达520.2MPa。

九、电熔莫来石

利用铝灰电熔莫来石。具体步骤是：第一步是铝灰预处理过程，首先在1100 ℃下煅烧铝灰，使金属铝部分转变为Al₂O₃，然后将煅烧的铝灰放入水槽中，加入盐酸进行清洗，然后烘干;第二步是电熔，按铝灰、铝矾土与硅石的质量分数比为：30%~80%：0~ 50%：10%~20%的范围内，混合均匀后加入电弧炉中，熔炼，倒出，冷却，破粉碎，分选，得到莫来石。