本发明属于刚玉-六铝酸钙技术领域。具体涉及一种以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙及其制备方法。
背景技术：
铝铬渣是冶炼金属铬所衍生的炉渣，其主要化学成分为al2o3、cr2o3和mgo，并伴随cao、k2o、tio2和fe2o3等杂质组分，尤其铝铬渣中含有一定量的cr6+化合物，不仅严重污染环境，而且对其应用也造成了一定障碍。通过熔融还原消除cr6+化合物，并对al2o3和cr2o3进行分离，进而利用铝铬渣中的主要组分制备刚玉等耐火材料是目前成熟的技术手段。刚玉-六铝酸钙是耐火材料领域广泛使用的复相耐火原料，不仅耐火度高，且结合了刚玉相高温强度大和六铝酸钙导热系数小的特点，进一步提升了刚玉-六铝酸钙复相耐火原料的高温蠕变及荷重软化温度等高温性能。
目前，制备刚玉-六铝酸钙主要采用固相烧结法和电熔法。
采用固相烧结法一般以刚玉、活性氧化铝及含钙盐为主要原料，以铝酸钙水泥为结合剂，经混合成型后高温烧成。固相烧结法虽然能通过优化配比与温度控制合成刚玉-六铝酸钙复相材料，但由于六铝酸钙多呈片状或板状形貌而难以烧结致密、尤其中间产物较多(铝酸钙、二铝酸钙等)，影响了材料的纯度。
采用电熔法则主要以天然高铝矾土矿或铝土矿等为铝源，以石灰石或熟石灰等为钙源，经高温熔融后调节配比，进而制得刚玉-六铝酸钙复相材料。电熔法可以制备致密度高、结晶好的刚玉-六铝酸钙复相材料，但高纯的天然高铝矾土矿或铝土矿成本较高，而低品位的天然高铝矾土矿或铝土矿杂质含量(主要为sio2)较高，影响了刚玉-六铝酸钙复相材料的纯度，进而降低了材料的高温性能。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种生产成本低、资源利用率高、对设备无特殊要求和环境友好的以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙的制备方法；用该方法制备的以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙的致密度高、烧结性能好和耐火度高。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案的具体步骤是：
第一步、按铝铬渣︰石灰石的质量比为100︰(15～20)配料，在球磨机中混磨至粒度≤0.1mm，得到混合料。
第二步、将所述混合料加入电弧炉中，在1550～1750℃条件下，先保温20～30分钟，再向所述电弧炉中加入占所述混合料10～15wt％的焦炭，继续保温35～60分钟；然后除去浮渣层，随炉冷却至室温，出炉，破碎，得到颗粒料。
第三步、向所述颗粒料中加入占所述颗粒料20～25wt％的水，在球磨机中湿磨至粒度≤80μm，得到湿磨料。
第四步、向所述湿磨料中加入占所述湿磨料5～8wt％的ρ-氧化铝，混合3～5分钟，得到预混料。
第五步、将所述预混料加入练泥机中，真空挤泥成型，困料12～24小时；再置于电阻炉中升温至1000～1100℃，保温2～5小时，随炉冷却，制得以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙。
所述铝铬渣为铝热法冶炼金属铬所衍生的炉渣，所述铝铬渣的主要化学成分是：al2o3含量为70～80wt％；cr2o3含量为5～10wt％；mgo含量为5～10wt％。
所述石灰石的caco3含量≥97wt％。
所述焦炭的c含量≥95wt％。
所述ρ-氧化铝的al2o3含量≥99wt％；所述ρ-氧化铝的粒度为60～80μm。
所述真空挤泥的真空压力为0.05～0.1pa。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本发明以冶炼金属铬所衍生的铝铬渣为主要原料，经破碎后电熔，充分利用了铝铬渣自身杂质组分助熔，显著降低了电熔温度，且对设备无特殊要求经，显著降低了以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙的制备成本。
2、本发明通过熔融还原对al2o3和cr2o3进行分离，在提高资源利用率的同时，还消除了cr6+污染，环境友好。
3、本发明将电熔还原后的颗粒料二次烧结，并结合湿磨-挤泥工艺，在提高烧结活性的同时，降低了烧结反应温度；还能消除ca、ca2等中间产物，提高以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙的纯度。
本发明制备的以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙经测定：体积密度为2.9～3.4g/cm3；显气孔率为2～7％；耐火度为1700～1750℃。
因此，本发明具有生产成本低、资源利用率高、对设备无特殊要求和环境友好的特点；所制备的以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙的致密度高、烧结性能好和耐火度高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料和有关技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述铝铬渣为铝热法冶炼金属铬所衍生的炉渣，所述铝铬渣的主要化学成分是：al2o3含量为70～80wt％；cr2o3含量为5～10wt％；mgo含量为5～10wt％。
所述石灰石的caco3含量≥97wt％。
所述焦炭的c含量≥95wt％。
所述ρ-氧化铝的al2o3含量≥99wt％；所述ρ-氧化铝的粒度为60～80μm。
所述真空挤泥的真空压力为0.05～0.1pa。
实施例1
一种以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
第一步、按铝铬渣︰石灰石的质量比为100︰(15～17)配料，在球磨机中混磨至粒度≤0.1mm，得到混合料。
第二步、将所述混合料加入电弧炉中，在1550～1630℃条件下，先保温20～30分钟，再向所述电弧炉中加入占所述混合料10～12wt％的焦炭，继续保温35～45分钟；然后除去浮渣层，随炉冷却至室温，出炉，破碎，得到颗粒料。
第三步、向所述颗粒料中加入占所述颗粒料20～22wt％的水，在球磨机中湿磨至粒度≤80μm，得到湿磨料。
第四步、向所述湿磨料中加入占所述湿磨料5～7wt％的ρ-氧化铝，混合3～5分钟，得到预混料。
第五步、将所述预混料加入练泥机中，真空挤泥成型，困料12～24小时；再置于电阻炉中升温至1000～1040℃，保温2～4小时，随炉冷却，制得以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙。
本实施例制备的以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙经测定：体积密度为2.9～3.1g/cm3；显气孔率为2～4％；耐火度为1700～1720℃。
实施例2
一种以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
第一步、按铝铬渣︰石灰石的质量比为100︰(16～18)配料，在球磨机中混磨至粒度≤0.1mm，得到混合料。
第二步、将所述混合料加入电弧炉中，在1590～1670℃条件下，先保温20～30分钟，再向所述电弧炉中加入占所述混合料11～13wt％的焦炭，继续保温40～50分钟；然后除去浮渣层，随炉冷却至室温，出炉，破碎，得到颗粒料。
第三步、向所述颗粒料中加入占所述颗粒料21～23wt％的水，在球磨机中湿磨至粒度≤80μm，得到湿磨料。
第四步、向所述湿磨料中加入占所述湿磨料5～7wt％的ρ-氧化铝，混合3～5分钟，得到预混料。
第五步、将所述预混料加入练泥机中，真空挤泥成型，困料12～24小时；再置于电阻炉中升温至1020～1060℃，保温2～4小时，随炉冷却，制得以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙。
本实施例制备的以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙经测定：体积密度为3.0～3.2g/cm3；显气孔率为3～5％；耐火度为1710～1730℃。
实施例3
一种以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
第一步、按铝铬渣︰石灰石的质量比为100︰(17～19)配料，在球磨机中混磨至粒度≤0.1mm，得到混合料。
第二步、将所述混合料加入电弧炉中，在1630～1710℃条件下，先保温20～30分钟，再向所述电弧炉中加入占所述混合料12～14wt％的焦炭，继续保温45～55分钟；然后除去浮渣层，随炉冷却至室温，出炉，破碎，得到颗粒料。
第三步、向所述颗粒料中加入占所述颗粒料22～24wt％的水，在球磨机中湿磨至粒度≤80μm，得到湿磨料。
第四步、向所述湿磨料中加入占所述湿磨料6～8wt％的ρ-氧化铝，混合3～5分钟，得到预混料。
第五步、将所述预混料加入练泥机中，真空挤泥成型，困料12～24小时；再置于电阻炉中升温至1040～1080℃，保温3～5小时，随炉冷却，制得以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙。
本实施例制备的以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙经测定：体积密度为3.1～3.3g/cm3；显气孔率为4～6％；耐火度为1720～1740℃。
实施例4
一种以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
第一步、按铝铬渣︰石灰石的质量比为100︰(18～20)配料，在球磨机中混磨至粒度≤0.1mm，得到混合料。
第二步、将所述混合料加入电弧炉中，在1670～1750℃条件下，先保温20～30分钟，再向所述电弧炉中加入占所述混合料13～15wt％的焦炭，继续保温50～60分钟；然后除去浮渣层，随炉冷却至室温，出炉，破碎，得到颗粒料。
第三步、向所述颗粒料中加入占所述颗粒料23～25wt％的水，在球磨机中湿磨至粒度≤80μm，得到湿磨料。
第四步、向所述湿磨料中加入占所述湿磨料6～8wt％的ρ-氧化铝，混合3～5分钟，得到预混料。
第五步、将所述预混料加入练泥机中，真空挤泥成型，困料12～24小时；再置于电阻炉中升温至1060～1100℃，保温3～5小时，随炉冷却，制得以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙。
本实施例制备的以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙经测定：体积密度为3.2～3.4g/cm3；显气孔率为5～7％；耐火度为1730～1750℃。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本具体实施方式以冶炼金属铬所衍生的铝铬渣为主要原料，经破碎后电熔，充分利用了铝铬渣自身杂质组分助熔，显著降低了电熔温度，且对设备无特殊要求经，显著降低了以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙的制备成本。
2、本具体实施方式通过熔融还原对al2o3和cr2o3进行分离，在提高资源利用率的同时，还消除了cr6+污染，环境友好。
3、本具体实施方式将电熔还原后的颗粒料二次烧结，并结合湿磨-挤泥工艺，在提高烧结活性的同时，降低了烧结反应温度；还能消除ca、ca2等中间产物，提高以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙的纯度。
本具体实施方式制备的以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙经测定：体积密度为2.9～3.4g/cm3；显气孔率为2～7％；耐火度为1700～1750℃。
因此，本具体实施方式具有生产成本低、资源利用率高、对设备无特殊要求和环境友好的特点；所制备的以铝铬渣为主料的刚玉-六铝酸钙的致密度高、烧结性能好和耐火度高。