CN102351224A - 铝型材工业废水碱渣制备活性氧化铝的工艺方法 - Google Patents

Abstract

铝型材工业废水碱渣制备活性氧化铝的工艺方法，其特征在于依序包括如下步骤：（1）将铝型材废渣用蒸馏水清洗1~5次，以彻底去除中和调节和混凝沉淀过程中残留在碱渣中的钠离子及其它可溶性杂质；（2）将步骤（1）获得的铝型材废渣混入添加剂后进行研磨20-80分钟，使铝型材废渣颗粒达到微米级；（3）将球磨之后的碱渣放进烘箱中进行50-100℃烘干，去除部分水分，冷却之后进行造粒，采用球形造粒法将碱渣制备成直径在2~10mm大小的球形颗粒；（4）将造好的颗粒放进烘箱中进行干燥，彻底去除颗粒中残留的水分；（5）将完全干燥的颗粒放进450-800℃马弗炉中进行煅烧1-6小时，自然冷却至室温；从而获得活性氧化铝。本发明与已有技术相比，具有能有效利用铝型材工业废水碱渣的、避免铝型材工业废水碱渣污染环境的优点。

Description

铝型材工业废水碱渣制备活性氧化铝的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种铝的加工方法。

背景技术

铝合金是用量仅次于钢铁而位居第二的金属结构材料，由于铝合金化学性质活泼，为了提高其耐腐蚀性能与装饰性能，铝合金型材常需要表面处理。在铝型材表面处理的主要工序包括脱脂、碱蚀、酸洗、氧化、封孔及着色等过程，在这些工序中，大约1~2%的铝合金以离子形式溶解在槽液中。同时铝型材处理过程中会从各处理槽中带走大量液体，需用大量的水来清洗，据统计处理每平方米铝型材约耗 65~ 180L水，1个年产量10万吨的铝型材企业，用于铝材表面处理各工序清洗的年用水量约为200万m³，这些工业废水中含有大量的铝离子及少量的锌、镍、铜等金属离子。为避免直接排放造成环境污染，一般采用中和调节及混凝沉淀法工艺进行处理，得到废水污泥，污泥进一步脱水即为含铝废渣。铝型材废水碱渣纯度极高， 铝的氧化物、氢氧化物及其水合物的含量达到90％以上。计算表明，仅一条年产铝型材20000吨的氧化着色生产线，每年产生废渣约4000吨，数量极大。目前，我国铝型材工厂每年产生的废水碱渣数百万吨，如果采取直接填埋的处理方式，造成生产资源与土地资源的浪费，还带来二次污染，因此，对铝型材工业废水碱渣进行资源化利用具有重要意义。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种能有效利用铝型材工业废水碱渣的、避免铝型材工业废水碱渣污染环境的铝型材工业废水碱渣制备活性氧化铝的工艺方法。

本发明是这样实现的，依序包括如下步骤：

（1）将铝型材废渣用蒸馏水清洗1~5次，以彻底去除中和调节和混凝沉淀过程中残留在碱渣中的钠离子及其它可溶性杂质；

（2）将步骤（1）获得的铝型材废渣混入添加剂后进行研磨20-80分钟，使铝型材废渣颗粒达到微米级；添加剂包括起扩孔作用的组分或者包括起粘结作用的组分和起扩孔作用的组分，起粘结作用的组分是聚乙烯醇、聚乙二醇、甲基纤维素、铝溶胶、硝酸中的一种或者两种以上的混合物，起扩孔作用的组分是硝酸铵、碳酸氢铵、碳酸铝铵、硝酸铝、硝酸中的一种或者两种以上的混合物，甲基纤维素是羟乙基甲基纤维素、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或者两种以上的混合物，添加剂用量为混合物总用量的0.3-6.0wt%；

（3）将球磨之后的碱渣放进烘箱中进行50-100℃烘干，去除部分水分，冷却之后进行造粒，采用球形造粒法将碱渣制备成直径在2~10mm大小的球形颗粒；

（4）将造好的颗粒放进烘箱中进行干燥，彻底去除颗粒中残留的水分；

（5）将完全干燥的颗粒放进450-800℃马弗炉中进行煅烧1-6小时，自然冷却至室温；

从而获得活性氧化铝。

本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：

对废水碱渣进行水洗之后可以显著降低碱渣中含有的钠离子和其它可溶性杂质，经球磨之后，碱渣颗粒超细，并且主要为结晶不完全的氧化铝水合物及无定型凝胶，因此适合于制备高活性，高比表面积的活性氧化铝；对制备的球形颗粒的干燥采用逐步提高温度和逐步降低周围介质的湿度能有效防止裂纹的产生，并且使颗粒的致密度和强度保持在较高值。煅烧后所制备的球形活性氧化铝是结晶不完整的γ-Al₂O₃以及部分γ-AlOOH。颗粒表面为片状和扁豆状的晶体，由于粒子超细，粒子之间形成的毛细管力很大，粘结力强，因此粒子以团聚形式存在，相互交错地重叠在一起，构成蓬松的网络结构，形成了大量大小不一、形状不规则的微孔。在450-800℃煅烧1-6h时可获得比表面积达到250m²/g、孔容积达到0.45cm³/g以上的活性氧化铝，可以用作气体、液体、金属离子的吸附剂。

本发明与已有技术相比，具有能有效利用铝型材工业废水碱渣的、避免铝型材工业废水碱渣污染环境的优点。

具体实施方式：

本发明是这样实现的，

实施例1 ：

本发明在利用铝型材厂废水碱渣制备活性氧化铝时需对铝型材工业废水碱渣进行充分的水洗，以彻底去除铝型材工业废水碱渣在絮凝沉降过程中附带的可溶性杂质与钠离子及部分锌、镍、铜等金属离子。球磨过程中，铝型材工业废水碱渣颗粒的粒径随球磨时间的增加逐渐变小，在球磨1小时之后，颗粒可以达到4μm左右，还有部分超细粒子，这部分超细铝型材工业废水碱渣属于不稳定态，高能态，活性高，在高温下粒子的扩散，固相反应和烧结推动力都很大，有利于烧结。

球磨之后的铝型材工业废水碱渣进行干燥，去除部分水分，这样有利于进行造粒。由于本方法使用的球磨方式为湿磨，铝型材工业废水碱渣中含有大量的水分，不利于颗粒的成型，当铝型材工业废水碱渣中的水分逐步蒸发后，达到颗粒成型的临界状态就可以停止干燥，进行造粒。氧化铝水合物属于多孔性物料，结构中孔道互相连接，孔道的开口与截面的大小参差不齐。颗粒在干燥时，由于毛细管作用，水分蒸发时很不均匀。所以要求干燥在逐步提高温度和逐步降低周围介质湿度的条件下用较长的时间完成，并且需适时搅拌颗粒。干燥温度控制在75℃，升温速度为100℃/h，干燥时间在3h左右，如果采用较高温度下的快速干燥常会导致颗粒强度降低和裂缝产生。

将干燥后的铝型材工业废水碱渣进行球形造粒，颗粒直径控制在2~10mm之间，并将颗粒放进烘箱中彻底干燥，干燥完之后放进马弗炉中进行煅烧。由于铝型材厂工业污泥主要成分是低结晶的氧化铝水合物及一部分无定形体，随着煅烧温度的提高，铝型材工业废水碱渣发生如下变化过程：

工业污泥中γ-Al₂O₃转化成α-Al₂O₃所需的转化温度高，1000℃以下反应方程式如下：

 

 煅烧过程的物理化学变化可归结为热分解、再结晶和烧结三个过程。通过热分解，除去载体物料中易挥发的化学结合水，使载体转化为需要的化学组成，形成稳定结构；通过煅烧再结晶的过程，使载体获得一定晶型、晶粒、孔结构及比表面积；通过微晶烧结，提高机械强度。

热分解一般为吸热过程，提高温度有利于热分解的进行。随着热分解进行，物料内的水分及易挥发成分不断逸出，是内表面积有所增加，出现细小微孔结构。再结晶过程使孔结构和比表面积发生比较大的变化。再结晶后，产物中的微晶数目将比基体物质中多几倍，从而使比表面积显著增加。另外，再结晶过程也影响产物的晶型转变。烧结与煅烧温度、煅烧时间及煅烧气氛有关。升温速度控制在10℃/min以下时，颗粒不易产生裂纹，而且有较大的强度。煅烧温度在550℃，煅烧时间在5h时，大量的Al₂O₃晶核长大成为微晶, 从而可以获得较大的比表面积与孔容积，比表面为240m²/g，孔容为0.51cm³/g。

本发明在利用铝型材工业废水碱渣制备高比表面与孔容的活性氧化铝的使用方法有如下步骤：

a、将铝型材工业废水碱渣用蒸馏水清洗1~3次，以彻底去除中和调节和混凝沉淀过程中残留在铝型材工业废水碱渣中的钠离子及其它可溶性杂质；

b、将水洗后的铝型材工业废水碱渣与加入的添加剂一起放进行星式球磨机中进行湿磨60分钟，使铝型材工业废水碱渣颗粒通过球磨达到微米级；添加剂是起扩孔作用的组分，起扩孔作用的组分是硝酸铵、碳酸氢铵、碳酸铝铵、硝酸铝、硝酸中的一种或者两种以上的混合物；添加剂的用量为混合物总用量的0.3-6.0wt%；

c、将球磨之后的铝型材工业废水碱渣放进烘箱中进行75℃烘干，去除部分水分，冷却之后进行造粒，采用球形造粒法将铝型材工业废水碱渣制备成直径在5mm大小的球形颗粒；

d、将造好的颗粒放进烘箱中进行干燥，彻底去除颗粒中残留的水分；

e、将完全干燥的颗粒放进550℃马弗炉中进行煅烧5小时，自然冷却至室温，

从而获得最终产品。

实施例2

本实施例与上述实施方式的不同之处在于将铝型材工业废水碱渣经过上述例1的水洗步骤之后，所添加的添加剂包括起粘结作用的组分和起扩孔作用的组分，起粘结作用的组分是聚乙烯醇、聚乙二醇、甲基纤维素、铝溶胶、硝酸中的一种或者两种以上的混合物，甲基纤维素是羟乙基甲基纤维素、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或者两种以上的混合物，其他步骤与上述例1相同，。

将起粘结作用的组分如（聚乙烯醇）与水混合后，以水浴方式充分加热，得到起粘结作用的组分水溶液（如聚乙烯醇水溶液），将铝型材工业废水碱渣与聚乙烯醇与硝酸铝溶液按1%、0.5%的质量比加入，并置于球磨机中球磨得到混合均匀的浆状物，其他步骤与上述例1相同。

聚乙烯醇（PVA）在活性氧化铝的制备过程中具备粘接剂的功能，同时也可以作为扩孔剂使用。有机物聚乙烯醇以水溶液的方式加入，能使所得制品的孔径分布均匀且活性孔多，并且可以减少活性氧化铝微裂纹的产生。

制备的球形颗粒在高温烧结时，聚乙烯醇充分燃烧分解成气体从活性氧化铝的坯体中逸出，在坯体中留下比较均匀的气孔。当在铝型材工业废水碱渣中加入聚乙烯醇与硝酸铝，烧结温度为600℃、保温时间为4h时，可得比表面260m²/g，孔容0.445cm³/g的活性氧化铝。

聚乙烯醇在加热过程中的变化如下：

 

如以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (1)

1. 铝型材工业废水碱渣制备活性氧化铝的工艺方法，其特征在于依序包括如下步骤：

（1）将铝型材废渣用蒸馏水清洗1~5次，以彻底去除中和调节和混凝沉淀过程中残留在碱渣中的钠离子及其它可溶性杂质；

（2）将步骤（1）获得的铝型材废渣混入添加剂后进行研磨20-80分钟，使铝型材废渣颗粒达到微米级；添加剂包括起扩孔作用的组分或者包括起粘结作用的组分和起扩孔作用的组分，起粘结作用的组分是聚乙烯醇、聚乙二醇、甲基纤维素、铝溶胶、硝酸中的一种或者两种以上的混合物，起扩孔作用的组分是硝酸铵、碳酸氢铵、碳酸铝铵、硝酸铝、硝酸中的一种或者两种以上的混合物，甲基纤维素是羟乙基甲基纤维素、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或者两种以上的混合物，添加剂用量为混合物总用量的0.3-6.0wt%；

（3）将球磨之后的碱渣放进烘箱中进行50-100℃烘干，去除部分水分，冷却之后进行造粒，采用球形造粒法将碱渣制备成直径在2~10mm大小的球形颗粒；

（4）将造好的颗粒放进烘箱中进行干燥，彻底去除颗粒中残留的水分；

（5）将完全干燥的颗粒放进450-800℃马弗炉中进行煅烧1-6小时，自然冷却至室温；

从而获得活性氧化铝。