本发明属于刚玉-六铝酸钙技术领域。具体涉及一种基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙及其制备方法。
背景技术：
铝铬渣是铝热还原反应冶炼金属铬、铬铁等合金所衍生的副产物。在冶炼金属铬时利用金属铝与铬矿中的cr2o3发生还原反应制取金属铬，金属铝粉与cr2o3在熔融的状态下发生激烈的化学反应，生成的al2o3迅速向刚玉相转变，同时与未反应完全的cr2o3固溶，生成铝铬固溶体，即铝铬渣。铝铬渣中含有约0.08～0.11mg/g的cr6+(中国含铬废渣cr6+控制标准为0.008mg/g)，其已被纳入《国家危险废物名录(2016)》，代码：315-003-21。铝铬渣一般被当作工业垃圾处理，堆积成害，给社会和企业带来了巨大的环境和经济负担，故对铝铬渣进行无害化应用具有重大意义。
六铝酸钙(cao·6al2o3)，简写ca6，是cao-al2o3体系中al2o3含量最高的铝酸盐相，其理论密度为3.38g/cm3，熔点高达1875℃。由于其热膨胀系数与al2o3相近，可以与al2o3以任意比例配合使用，形成刚玉-六铝酸钙复合耐火材料，其具有耐火度高、导热率低和抗碱性能优良等特点。
目前，刚玉-六铝酸钙耐火原料的制备主要采用烧结法，如“一种微孔高强刚玉-六铝酸钙复合耐火原料及其制备方法”(cn102718514b)专利技术、“一种六铝酸钙及其制备方法”(cn105036167a)专利技术和“一种低温制备轻质六铝酸钙的方法”(cn103553101b)专利技术等，均采用高纯的钙质原料(cao、caco3或ca(oh)2)和铝质原料经机械混合后于高温窑炉内烧结得到六铝酸钙。其工艺对温度的控制要求较高，所制备的六铝酸钙原料中含有较高的一铝酸钙(ca)、二铝酸钙(ca2)等杂质，这些杂质相的存在会影响产品的抗水化性能和高温使用性能。此外，由于上述方法均采用高纯原料，生产成本较高。
“一种利用钙渣制备六铝酸钙陶瓷粉体的方法”(cn101456575)专利技术和“一种利用铝型材厂阳极氧化废渣制备的六铝酸钙及其制备方法”(cn102602970b)专利技术，均采用工业固体废弃物作为原料，虽降低了六铝酸钙的制造成本，但是由于其所用原料杂质成分较高，且未能有效去除，使制备的六铝酸钙中伴随一些低熔相，降低了产品质量。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单、生产成本低、节约高品质原料资源和减少环境污染的基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙的制备方法；用该方法制备的基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙纯度高和物相分布均匀。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案的步骤是：
步骤一、按铝铬渣︰碳粉的质量比为100︰(0.7～1.2)，将所述铝铬渣和所述碳粉置于球磨机中，球磨至粒度≤100μm，得到球磨粉料。
步骤二、按所述球磨粉料︰石灰石的质量比为100︰(8～13)，将所述球磨粉料和所述石灰石混合0.5～1小时，得到混合粉料。
步骤三、将所述混合粉料加入真空电弧炉中，先升温至1950～2050℃，保温1～2小时；再降温至1800～1850℃，保温3～5小时；然后随炉冷却，即得基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙；所述基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙为所述真空电弧炉上部的灰白色产物。
所述铝铬渣为冶炼铬铁合金所产生的炉渣，所述铝铬渣的主要物相为铝铬固溶体相；所述铝铬渣的主要化学成分是：al2o3含量为80～85wt％，cr2o3含量为10～15wt％，cao含量为1～3wt％，mgo含量为0.5～1wt％，sio2含量≤1wt％。
所述碳粉为炭黑或为焦炭，所述碳粉的c含量≥95wt％。
所述石灰石的caco3含量≥96wt％，所述石灰石的粒径≤100μm。
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、本发明将铬渣和碳粉球磨后与石灰石混合，经高温处理，即得基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙，工艺简单。
2、本发明以铝铬渣为主要原料，不仅减少环境污染，且能节约高品质原料资源，还能显著降低生产成本。
3、本发明利用铝铬渣和碳粉的碳化反应，通过组分调节和温度控制，实现铝铬渣中mgo、sio2和cr2o3等杂质组分的剥离，提高了基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙的纯度。
4、本发明利用铝铬渣自身杂质组分助熔，利用熔体各组分的离子扩散促进六铝酸钙相和刚玉相的形成，经电熔均化工艺处理，实现六铝酸钙相和刚玉相的均匀分布。
本发明制备的基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙经测定：刚玉相含量为86～91wt％；六铝酸钙相含量为9～14wt％；耐火度>1790℃。
因此，本发明具有工艺简单、生产成本低、节约高品质原料资源和减少环境污染的特点；所制备的基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙纯度高和物相分布均匀。
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，并非对其保护范围的限制。
所述铝铬渣为冶炼铬铁合金所产生的炉渣，所述铝铬渣的主要物相为铝铬固溶体相；所述铝铬渣的主要化学成分是：al2o3含量为80～85wt％，cr2o3含量为10～15wt％，cao含量为1～3wt％，mgo含量为0.5～1wt％，sio2含量≤1wt％。
所述碳粉为炭黑或为焦炭，所述碳粉的c含量≥95wt％。
所述石灰石的caco3含量≥96wt％，所述石灰石的粒径≤100μm。
实施例1
一种基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、按铝铬渣︰碳粉的质量比为100︰(0.7～0.9)，将所述铝铬渣和所述碳粉置于球磨机中，球磨至粒度≤100μm，得到球磨粉料。
步骤二、按所述球磨粉料︰石灰石的质量比为100︰(8～10)，将所述球磨粉料和所述石灰石混合0.5～1小时，得到混合粉料。
步骤三、将所述混合粉料加入真空电弧炉中，先升温至1950～1990℃，保温1～2小时；再降温至1800～1820℃，保温3～3.8小时；然后随炉冷却，即得基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙；所述基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙为所述真空电弧炉上部的灰白色产物。
本实施例制备的基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙经测定：刚玉相含量为89～91wt％；六铝酸钙相含量为9～11wt％；耐火度>1790℃。
实施例2
一种基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、按铝铬渣︰碳粉的质量比为100︰(0.8～1.0)，将所述铝铬渣和所述碳粉置于球磨机中，球磨至粒度≤100μm，得到球磨粉料。
步骤二、按所述球磨粉料︰石灰石的质量比为100︰(9～11)，将所述球磨粉料和所述石灰石混合0.5～1小时，得到混合粉料。
步骤三、将所述混合粉料加入真空电弧炉中，先升温至1970～2010℃，保温1～2小时；再降温至1810～1830℃，保温3.4～4.2小时；然后随炉冷却，即得基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙；所述基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙为所述真空电弧炉上部的灰白色产物。
本实施例制备的基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙经测定：刚玉相含量为88～90wt％；六铝酸钙相含量为10～12wt％；耐火度>1790℃。
实施例3
一种基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、按铝铬渣︰碳粉的质量比为100︰(0.9～1.1)，将所述铝铬渣和所述碳粉置于球磨机中，球磨至粒度≤100μm，得到球磨粉料。
步骤二、按所述球磨粉料︰石灰石的质量比为100︰(10～12)，将所述球磨粉料和所述石灰石混合0.5～1小时，得到混合粉料。
步骤三、将所述混合粉料加入真空电弧炉中，先升温至1990～2030℃，保温1～2小时；再降温至1820～1840℃，保温3.8～4.6小时；然后随炉冷却，即得基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙；所述基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙为所述真空电弧炉上部的灰白色产物。
本实施例制备的基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙经测定：刚玉相含量为87～89wt％；六铝酸钙相含量为11～13wt％；耐火度>1790℃。
实施例4
一种基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、按铝铬渣︰碳粉的质量比为100︰(1.0～1.2)，将所述铝铬渣和所述碳粉置于球磨机中，球磨至粒度≤100μm，得到球磨粉料。
步骤二、按所述球磨粉料︰石灰石的质量比为100︰(11～13)，将所述球磨粉料和所述石灰石混合0.5～1小时，得到混合粉料。
步骤三、将所述混合粉料加入真空电弧炉中，先升温至2010～2050℃，保温1～2小时；再降温至1830～1850℃，保温4.2～5.0小时；然后随炉冷却，即得基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙；所述基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙为所述真空电弧炉上部的灰白色产物。
本实施例制备的基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙经测定：刚玉相含量为86～88wt％；六铝酸钙相含量为12～14wt％；耐火度>1790℃。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本具体实施方式将铬渣和碳粉球磨后与石灰石混合，经高温处理，即得基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙，工艺简单。
2、本具体实施方式以铝铬渣为主要原料，不仅减少环境污染，且能节约高品质原料资源，还能显著降低生产成本。
3、本具体实施方式利用铝铬渣和碳粉的碳化反应，通过组分调节和温度控制，实现铝铬渣中mgo、sio2和cr2o3等杂质组分的剥离，提高了基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙的纯度。
4、本具体实施方式利用铝铬渣自身杂质组分助熔，利用熔体各组分的离子扩散促进六铝酸钙相和刚玉相的形成，经电熔均化工艺处理，实现六铝酸钙相和刚玉相的均匀分布。
本具体实施方式制备的基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙经测定：刚玉相含量为86～91wt％；六铝酸钙相含量为9～14wt％；耐火度>1790℃。
因此，本具体实施方式具有工艺简单、生产成本低、节约高品质原料资源和减少环境污染的特点；所制备的基于铝铬渣的刚玉-六铝酸钙纯度高和物相分布均匀。