CN108002818A - 废旧耐火材料的回收再利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种废旧耐火材料的回收再利用的方法，其工艺流程步骤为将废旧耐火材料分类、拣选，以再生料总质量为基准，按照85%~90%的Al2O3，0.5%~3.5%的SiO2，1.5%~4.5％的MgO，0.5%~1.5%的ZrO2，余量为杂质的配比进行配料、破碎、磁选除铁、颗粒分级、加热干燥，加料混练后高压烧制成型，冷却后得到再生高铝砖。本发明利用废旧耐火材料生成再生高铝砖，工艺简单，可以减少对废旧耐火材料的浪费，有利于废料的再生利用和附加值的提高；以废旧耐火材料作为原料生产出的再生高铝砖具有良好的耐热震性和耐压性能，具有可观的经济效益。

Description

废旧耐火材料的回收再利用的方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种再生利用率高的废旧耐火材料的回收再利用的方法。
背景技术
近年来，随着我国钢铁产量的迅猛增长，国内耐火材料的消耗量也大大增加，其中废旧的耐火材料所占比例达到耐火材料总消耗量的45%，而当前废旧耐火材料的处理方式仍旧是大多数被当作工业垃圾掩埋，仅有少量被粗糙利用。废旧耐火材料被当作垃圾处理掉，这不仅增加了处理费用，对环境造成了一定的污染，又浪费了宝贵的资源，十分可惜。目前，国内的废弃耐火材料再利用率不高，其利用方式过于简单、单一化，没有与先进的技术相结合。
中国专利文献上公开了“一种资源化利用废弃镁钙质耐火材料的方法”，其公告号为CN 105481351A，该发明通过切割、粉碎、筛分、配料、制粒、烧结等工艺环节对废弃镁钙质耐火材料的挂渣层、变质层采取了回收利用，可以大量处理废弃镁钙砖，实现镁钙质耐火材料的资源化利用。但是，该发明对废弃镁钙质耐火材料的回收利用率并不高，此外，并未对再生产品的基本性能指标做检测，其性能不能得到保证。因此，如何强化节约资源与环保意识，以技术创新为动力，提高废旧耐火材料的再生利用率，开发高性能再生产品是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明为了克服目前国内废弃耐火材料处理方式不合理，造成资源浪费，再生利用率不高的问题，提供了一种再生利用率高的废旧耐火材料的回收再利用的方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
废旧耐火材料的回收再利用的方法，包括以下步骤：
（1）将废旧耐火材料分为镁碳质、铝镁碳质、铝碳质和铝碳化硅碳质四种类别；
（2）拣选步骤（1）中已分类的废旧耐火材料，以再生料总质量为基准，按照以下成分含量配比进行配料：85%~90%的Al2O3，0.5%~3.5%的SiO2，1.5%~4.5％的MgO，0.5%~1.5%的ZrO2，余量为杂质，得到再生料；
（3）将再生料进行破碎，获得再生颗粒料，并对再生颗粒料进行磁选除铁；
（4）将磁选除铁后的再生颗粒料进行颗粒分级；
（5）将分级后的再生颗粒料进行加热干燥；
（6）先根据以下重量份的配比进行称料：再生颗粒料65份，热固性树脂15份、石墨8份、氧化铝再生微粉12份、刚玉粉料10份、沥青5份，再进行加料混练，加料顺序为：先加入再生颗粒料，再加入占热固性树脂总量2/3的热固性树脂，接着依次加入石墨、氧化铝再生微粉、剩余的热固性树脂，最后加入刚玉粉料和结合剂，于60~80℃条件下混料20~30min；
（7）将步骤（6）所得的混合物进行高压成型，在1200℃~1500℃的高温隧道窑内进行烧成，保温6~8h，冷却后得到再生高铝砖。
步骤（1）中，在分类的同时去除废旧耐火材料表面的粘渣层杂质。在再生料中加入适量的氧化镁可以作为促烧剂，使得制品烧结过程中更加致密化，同时还能够通过填充制品中气孔，提高再生高铝砖的体积密度，使得再生高铝砖的性能得到相应的提升。在再生高铝砖的配方中加入了少量的氧化锆，可以对再生高铝砖产生明显的增韧效果，其原理如下：该体系中的氧化铝的热膨胀系数大，弹性模量高，烧结冷却后对氧化锆颗粒的束缚作用强，临界直径Dc较大，四方氧化锆颗粒可以更多更有效地保留下来，因此，对再生高铝砖的增韧效果也比较明显，从而达到提高其耐热震性的效果，得到的再生高铝砖的强度大，不易破碎，使用周期长。
热固性树脂的碳化率高、粘结性好，成型的坯体强度高，可以增强再生高铝砖的性能，在加料混练过程中分两步加入热固性树脂，可以使得混料更为均匀，增加了再生高铝砖的致密度。石墨具有耐高温、导热、导电、润滑、可塑和抗腐蚀等性能，加入石墨可使制得的再生高铝砖的导热性、抗热震性显著提高。使用高温隧道窑烧制，利用逆流原理工作，其具有预热带、烧成带、冷却带三部分的温度，能够保持一定的温度范围，容易掌握再生高铝砖的烧成规律，因此制得的再生高铝砖的质量较好，破损率低。
作为优选，以再生颗粒料总质量为基准，步骤（4）中颗粒分级后所得的再生颗粒料的粒级及质量百分含量分别为：5~3mm的颗粒占25%~35%、3~1mm的颗粒占45%~55%和0.5~0.1mm的颗粒占10%~25%。
坯料的颗粒组成对坯体的致密度有很大的影响，在大颗粒的组成中加入一定数目尺寸较小的颗粒，填充于大颗粒的间隙，可以使得坯体的气孔率下降，体积密度增大，使胚体变成具有一定尺寸、形状和结构强度的制品，使得材料的体积密度、耐压强度以及高温性能均得以提高，显著提升再生高铝砖的理化性能。
作为优选，步骤（5）中加热干燥的工艺条件为：升温速率5~10℃/min，升温至350℃后保温5~8h，控制升温速率使得再生高铝砖的烧制过程中受热均匀，不易开裂，增大使用强度。
作为优选，所述热固性树脂为T60含碳树脂和酚醛树脂，所述T60含碳树脂和酚醛树脂的质量比为1：（2~4）。
本发明使用了T60含碳树脂和酚醛树脂为结合剂，使用过程不产生有害烟气，具有环保特性。具体的，T60含碳树脂在200℃以下仍可以保持较好的流动性，而酚醛树脂在200℃以下时就开始发生固化，固化速率较快，二者在适当比例下使用可获得较好的挤压深度。此外，T60 含碳树脂高温固化后，会在形成“蘑菇状”泥包，增大再生高铝砖附着面积，提高了再生高铝砖的耐冲刷性能，从而延长使用寿命。
作为优选，所述石墨的粒径为50~150目。
作为优选，步骤（7）中高压成型的压力范围为200~260Mpa，此压力范围内制得的高铝砖体积密度高，性能好。
本发明具有如下有益效果：
（1）利用废旧耐火材料生成再生高铝砖，工艺简单，可以减少对废旧耐火材料的浪费；
（2）废旧耐火材料的资源化利用有利于废料的再生利用和附加值的提高；
（3）以废旧耐火材料作为原料生产出的再生高铝砖具有良好的耐热震性和耐压性能，具有可观的经济效益。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
（1）将废旧耐火材料分为镁碳质、铝镁碳质、铝碳质和铝碳化硅碳质四种类别；
（2）拣选步骤（1）中已分类的废旧耐火材料，以再生料总质量为基准，按照以下成分含量配比进行配料：85%的Al2O3，0.5%的SiO2，1.5％的MgO，0.5%的ZrO2，余量为杂质，得到再生料；
（3）将再生料进行破碎，获得再生颗粒料，并对再生颗粒料进行磁选除铁；
（4）将磁选除铁后的再生颗粒料进行颗粒分级，以再生颗粒料总质量为基准，中颗粒分级后所得的再生颗粒料的粒级及质量百分含量分别为：5~3mm的颗粒占35%、3~1mm的颗粒占55%和0.5~0.1mm的颗粒占10%；
（5）将分级后的再生颗粒料于10℃/min的升温速率进行加热干燥，升温至350℃后保温8h；
（6）先根据以下重量份的配比进行称料：再生颗粒料65份，热固性树脂15份（T60含碳树脂5份，酚醛树脂10份），石墨8份，氧化铝再生微粉12份，刚玉粉料10份，沥青5份，再进行加料混练，加料顺序为：先加入再生颗粒料，再加入占热固性树脂总量2/3的热固性树脂，接着依次加入平均粒径为50目的石墨、氧化铝再生微粉、剩余的热固性树脂，最后加入刚玉粉料和沥青，于60℃条件下混料20min；
（7）将步骤（6）所得的混合物在200Mpa进行高压成型，在1200℃~1500℃的高温隧道窑内进行烧成，保温6h，冷却后得到再生高铝砖。
实施例2
（1）将废旧耐火材料分为镁碳质、铝镁碳质、铝碳质和铝碳化硅碳质四种类别；
（2）拣选步骤（1）中已分类的废旧耐火材料，以再生料总质量为基准，按照以下成分含量配比进行配料：90%的Al2O3，3.5%的SiO2，4.5％的MgO，1.5%的ZrO2，余量为杂质，得到再生料；
（3）将磁选除铁后的再生料进行破碎，获得再生颗粒料，并对再生颗粒料进行磁选除铁；
（4）将再生颗粒料进行颗粒分级，以再生颗粒料总质量为基准，中颗粒分级后所得的再生颗粒料的粒级及质量百分含量分别为：5~3mm的颗粒占30%、3~1mm的颗粒占45%和0.5~0.1mm的颗粒占25%；
（5）将分级后的再生颗粒料于5℃/min的升温速率进行加热干燥，升温至350℃后保温5h；
（6）先根据以下重量份的配比进行称料：再生颗粒料65份，热固性树脂15份（T60含碳树脂3份，酚醛树脂12份），石墨8份，氧化铝再生微粉12份，刚玉粉料10份，沥青5份，再进行加料混练，加料顺序为：先加入再生颗粒料，再加入占热固性树脂总量2/3的热固性树脂，接着依次加入平均粒径为100目的石墨、氧化铝再生微粉、剩余的有机硅树脂，最后加入刚玉粉料和沥青，于80℃条件下混料30min；
（7）将步骤（6）所得的混合物在260Mpa进行高压成型，在1200℃~1500℃的高温隧道窑内进行烧成，保温8h，冷却后得到再生高铝砖。
实施例3
（1）将废旧耐火材料分为镁碳质、铝镁碳质、铝碳质和铝碳化硅碳质四种类别；
（2）拣选步骤（1）中已分类的废旧耐火材料，以再生料总质量为基准，按照以下成分含量配比进行配料：8,7%的Al2O3，2%的SiO2，3％的MgO，1%的ZrO2，余量为杂质，得到再生料；
（3）将磁选除铁后的再生料进行破碎，获得再生颗粒料，并对再生颗粒料进行磁选除铁；
（4）将再生颗粒料进行颗粒分级，以再生颗粒料总质量为基准，中颗粒分级后所得的再生颗粒料的粒级及质量百分含量分别为：5~3mm的颗粒占25%、3~1mm的颗粒占52%和0.5~0.1mm的颗粒占23%；
（5）对分级后的再生颗粒料于5℃/min的升温速率进行加热干燥，升温至350℃后保温5h；
（6）先根据以下重量份的配比进行称料：再生颗粒料65份，热固性树脂15份（T60含碳树脂3.75份，酚醛树脂11.25份），石墨8份，氧化铝再生微粉12份，刚玉粉料10份，沥青5份，再进行加料混练，加料顺序为：先加入再生颗粒料，再加入占热固性树脂2/3的热固性树脂，接着依次加入平均粒径为150目的石墨、氧化铝再生微粉、剩余的热固性树脂，最后加入刚玉粉料和沥青，于70℃条件下混料25min；
（7）将步骤（6）所得的混合物在230Mpa进行高压成型，在1200℃~1500℃的高温隧道窑内进行烧成，保温8h，冷却后得到再生高铝砖。
对比例
采用市场上的高铝砖作为对比例。
对本实施例1-3和对比例的再生高铝砖进行性能检测：每个实施例分别制样3块，在110℃烘干至恒重后抽真空，检测体积密度与气孔率；每个实施例分别制样3块，在110℃烘干至恒重，检测常温耐压强度。理化指标检测结果如表1所示：
表1.理化指标结果
实施例 显气孔率（%） 体积密度（g/cm3） 热震稳定性（1100℃，次） 常温耐压强度(Mpa)
实施例1 4.1 2.95 28 42
实施例2 3.6 2.98 26 50
实施例3 3.8 2.96 27 45
对比例 3.65 2.95 25 48
根据对本实施例1-3和对比例的再生高铝砖检测的指标对比分析，采用本发明废旧耐火材料的回收再利用的方法制得的再生高铝砖的理化指标非常优异，达到了正常高铝砖的指标水平，能够应用于加热炉、热风管道和高炉渣沟的工作层，实现变废为宝的目的。
本发明利用废旧耐火材料生成再生高铝砖，工艺简单，可以减少对废旧耐火材料的浪费；废旧耐火材料的资源化利用有利于废料的再生利用和附加值的提高；以废旧耐火材料作为原料生产出的再生高铝砖不仅具有性价比高的优点，而且可实现废弃资源的再利用，有利于环境保护，具有良好的经济效益和社会效益。

Claims (6)

1.废旧耐火材料的回收再利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将废旧耐火材料分为镁碳质、铝镁碳质、铝碳质和铝碳化硅碳质四种类别；
（2）拣选步骤（1）中已分类的废旧耐火材料，以再生料总质量为基准，按照以下成分含量配比进行配料：85%~90%的Al2O3，0.5%~3.5%的SiO2，1.5%~4.5％的MgO，0.5%~1.5%的ZrO2，余量为杂质，得到再生料；
（3）将再生料进行破碎，获得再生颗粒料，并对再生颗粒料进行磁选除铁；
（4）将磁选除铁后的再生颗粒料进行颗粒分级；
（5）将分级后的再生颗粒料进行加热干燥；
（6）先根据以下重量份的配比进行称料：步骤（5）得到的再生颗粒料65份，热固性树脂15份，石墨8份，氧化铝再生微粉12份，刚玉粉料10份，沥青5份，再进行加料混练，加料顺序为：先加入再生颗粒料，再加入占热固性树脂总量2/3的热固性树脂，接着依次加入石墨、氧化铝再生微粉、剩余的热固性树脂，最后加入刚玉粉料和沥青，于60~80℃条件下混料20~30min；
（7）将步骤（6）所得的混合物进行高压成型，在1200℃~1500℃的高温隧道窑内进行烧成，保温6~8h，冷却后得到再生高铝砖。
2.根据权利要求1所述的废旧耐火材料的回收再利用的方法，其特征在于，以再生颗粒料总质量为基准，步骤（4）中颗粒分级后所得的再生颗粒料的粒级及质量百分含量分别为：5~3mm的颗粒占25%~35%、3~1mm的颗粒占45%~55%和0.5~0.1mm的颗粒占10%~25%。
3.根据权利要求1所述的废旧耐火材料的回收再利用的方法，其特征在于，步骤（5）中加热干燥的工艺条件为：升温速率5~10℃/min，升温至350℃后保温5~8h。
4.根据权利要求1所述的废旧耐火材料的回收再利用的方法，其特征在于，所述热固性树脂为T60含碳树脂和酚醛树脂，所述T60含碳树脂和酚醛树脂的质量比为1：（2~4）。
5.根据权利要求1所述的废旧耐火材料的回收再利用的方法，其特征在于，所述石墨的粒径为50~150目。
6.根据权利要求1-5任一所述的废旧耐火材料的回收再利用的方法，其特征在于，步骤（7）中高压成型的压力范围为200~260Mpa。
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