还原铝铬渣作为耐火原料取代白刚玉的可行性研究

从铝热法制备金属铬所得铬渣中回收铬、铝工艺研究林盛;吴亮;李晓鹏;任秀玲;刘岩【摘要】Chromic residue obtained from preparation of metal chromiumby aluminothermic reaction, was used to recover alumina and sodium chromate by adopting a combined process consisting of roasting with molten alkali, leaching with water, carbonation decomposition, concentration and crystallization. Effects of particle size of chromic residue, alkali/residue ratio, roasting time and temperature on the recovery rate were explored. Results showed that the leaching rates of chromium and aluminum increased with an increase in the alkali/residue ratio, roasting time and temperature, as well as a decrease in the particle size of the residue. The optimal technological conditions were obtained through orthogonal experiment L9(34), including roasting at a temperature of 700 ℃ for 4 h, with particle size of residue at 0�045 mm and alkali/residue ratioof 6∶1. Consequently, the chromate salt ( calculated in terms of sodium bichromate) and alumina were obtained with purity of 88.5% and 95.4%, at total recovery of 85.6% and 96.4%, respectively, and sodium was recovered in the form of sodium carbonate and sodium bicarbonate.%采用在熔融碱中焙烧⁃水浸⁃碳酸化分解⁃浓缩结晶工艺从铝热法生产金属铬所得炉渣中回收氧化铝和铬酸钠，探讨了铬渣粒度、碱渣比、焙烧时间以及温度等因素对铬和铝浸出率的影响。

铝铬渣性能及其在铁沟浇注料中的应用基础研究近年来优质耐火原料供应紧张,耐火制品生产企业利润日趋微薄;与此同时,冶金行业所产生的废弃固体炉渣较多,造成的环境污染日趋严重。

本文在对冶金行业产生的废弃炉渣——铝铬渣性能进行较为系统研究的基础上,根据铝铬渣的特性用其替代部分高档耐火原料,以减轻优质耐火原料供应和行业利润提高所承受的双重压力,并为处理工业固体废弃物开辟一条新路。

本文对铝铬渣的化学组分、物相、显微结构、力学性能、热学性能、耐火度和抗渣性能进行了分析;以棕刚玉、铝铬渣、碳化硅、球状沥青、刚玉微粉、金属铝粉和单质硅粉为原料,以铝酸盐水泥CA-80为结合剂制备了Al₂O₃-SiC-C铁沟浇注料;研究了铝铬渣的加入量和粒度对Al₂O₃-SiC-C铁沟浇注料物相组成、显微结构、力学性能、抗氧化性能、耐磨性能和抗渣侵蚀性能的影响。

结果表明:（1）铝铬渣中的Al₂O₃含量高,体积密度大,吸水率较低;铝铬渣中主要物相为铝铬固溶体和β-Al₂O₃;铝铬渣的颗粒强度高;耐火度大于1790°C;导热系数和热膨胀系数低;抗铁渣侵蚀性能良好。

可以作为耐火原料应用于耐火制品的生产和使用。

（2）随着铝铬渣加入量的增加,经1500°C埋碳烧结后,浇注料体积密度逐渐增大,体积发生了一定的膨胀;常温抗折强度和常温耐压强度皆逐渐提高;浇注料在1500°C时的抗氧化能力先增强后减弱;在1450°C下的高温抗折强度先增大后减小;高温耐磨性下降;随铝铬渣加入量的增大,浇注料抗铁水渗透性能较好,抗铁渣侵蚀性能有所降低,但对试样整体结构未产生大的改变。

刚玉渣配制炼铁用耐火浇注料可行性研究摘要：刚玉渣是一种优质的耐火资源，本实验旨在开发出一种应用于炼铁领域的刚玉渣耐火浇注料，替代成本较高的商品浇注料，有效降低炼铁的耐材消耗成本，并取得显著的经济效益。

关键词：刚玉渣，耐火材料，炼铁，资源利用引言目前，攀钢采用铝热法生产高钒铁，原料为金属铝和石灰，产生的炉渣属CaO～A12O3系，其A12O3含量高达60％以上，被称为刚玉渣（又叫钒铁渣）。

攀钢生产钒铁每年要副产15000吨以上的刚玉渣，其中50刚玉渣8000吨以上，80刚玉渣7000吨以上。

由于刚玉渣中含有1.0%～1.5%的V2O5，目前大部分出售给周边小厂提取其中的残钒，提钒后的残渣成为废弃物，没有从根本上解决刚玉渣的综合利用问题。

刚玉渣是一种优质的耐火资源，研究表明，刚玉渣中Al2O3+MgO含量大于80%，是一种人造铝镁质耐火原料，耐火度大于1770℃。

1刚玉渣的性质1.1 刚玉渣的化学成份铝热法冶炼钒铁的还原剂为金属铝，氧化钙为调渣剂，因此刚玉渣主要成份为氧化铝、氧化钙，炉衬材料氧化镁，以及夹杂的的钒氧化物等。

铝热法刚玉渣化学成份见表1。

表1 刚玉渣化学成份%刚玉渣在冶炼过程中与炉衬材料MgO结合，有一部分MgO扩散到刚玉渣中去，还有一部分在出渣时粘结在刚玉渣表面，从而形成铝镁系炉渣，见图2所示。

其中Al2O3+MgO含量大于80%，CaO含量大于10%，仅从化学成份分析该渣属于优质的铝镁系耐火原料，可以作为耐火材料使用。

1.2 刚玉渣的物相特性将刚玉渣物相组成与铝酸钙水泥物相做对比可以看出，刚玉渣成份与铝酸钙水泥成份接近，主要物相为CA、CA2、α-Al2O3等，SiO2、Fe2O3含量都较低，唯一不同在于刚玉渣中混入MgO，部分MgO与Al2O3反应生成尖晶石相，部分MgO呈游离状，从物相分析说明刚玉渣成份接近铝酸钙水泥的成份，由于铝酸钙水泥的物相CA、CA2是铝酸钙水泥的主要组成部分，可以水化产生强度，是铝酸盐水泥的主要强度来源，因此从物相组成分析刚玉渣也具有水化性能，能产生一定的强度[1]。

冶金渣对铬刚玉质耐火材料的侵蚀性研究铝铬渣是铝热还原反应冶炼铬铁合金或金属铬所产生的一种固体废弃物,对铝铬渣进行均化、除杂和成分调节处理后便可得到一种优质耐火资源——铬刚玉。

冶炼金属铬产生的铝铬渣资源化利用的可行性较高,因此对铝铬渣进行有效资源化处理和利用已经引起国内外材料研究者以及环保部门的广泛关注和重视。

铬刚玉质耐火材料具有良好的力学性能、高温性能,并且由于其在熔融炉渣中的低溶解度而具有较高的耐化学腐蚀性和抗渣性能,这些优良的性能使其在玻璃纤维炉、煤气化炉、炭黑反应器、焚烧炉和不同的固体废弃物玻璃化工艺中的使用上和资源化利用上有着重大的意义和广阔的前景。

虽然铬刚玉砖具有良好的性能,但传统的铬刚玉砖大多是利用刚玉与铬铁矿或氧化铬绿直接合成,原料价格较高,也增加了高温行业炉窑的基础建设和运转材料成本。

目前关于铬刚玉抗渣性能的系统研究比较少,本课题以铝铬渣为主要原料,以磷酸二氢铝溶液为结合剂,在实验室较为系统深入地探索了不同碱度炉渣和几种常见冶金炉渣对以铝铬渣为主要原料制备的铬刚玉质耐火材料的侵蚀情况,并对铬刚玉砖抗SiO₂-Fe₂O₃系炉渣的侵蚀机理进行了深入研究,得到如下有意义的结果:1.不同碱度和不同冶金炉渣对铬刚玉砖的侵蚀机理基本相似,侵蚀过程中包含了两个同时进行的物质迁移反应过程:一个是铬刚玉砖中的组分向渣中的溶解,一个是炉渣向铬刚玉砖中的渗透、扩散。

刚玉和铝铬固溶体具有优良的抗渣侵蚀性能,熔渣对铬刚玉砖的侵蚀主要作用在基质部分,包括与基质中组分的反应和向砖内部的渗透。

2.炉渣中Fe₂O₃和MgO与铬刚玉砖中的Cr₂O₃和Al₂O₃在炉渣与试样的界面生成高熔点的铁铝镁铬复合尖晶石,尖晶石层的出现一方面可以堵塞砖中的孔隙通道,提高反应层的致密性,另一方面高熔点的尖晶石层能有效地阻碍炉渣对砖的侵蚀、渗透,从而提高铬刚玉砖的抗渣侵蚀性能。

铬渣在青钢烧结生产中的应用Chromium slag is a kind of by-product of stainless steel production. It is mainly composed of chromium oxide, iron oxide and other elements. It has the characteristics of high hardness, good wear resistance, strong corrosion resistance and good thermal stability. It is an ideal raw material for the production of high-grade refractory materials.铬渣在青钢烧结生产中应用十分广泛，主要是用来制造耐火材料。

在青钢烧结生产过程中，铬渣可以用来替代高品质耐火材料，如石英砂、石膏等，以节省成本，提高质量。

铬渣在烧结过程中，可以作为填料，提高烧结后的耐火性能，而且可以把烧结过程中的热量均匀地分布，从而提高烧结后的耐火性能。

Chromium slag is widely used in green steel sintering production, mainly for the production of refractory materials. In the process of green steel sintering production, chromium slag can be used to replace high-quality refractory materials such as quartz sand and gypsum to save cost and improve quality. In sintering process, chromium slag can be used as filler to improve the refractoriness after sintering, and can evenly distribute the heat in sintering process, so as to improve the refractoriness after sintering. 另外，铬渣还可以用于制造高温耐火材料，如耐火砖、耐火砂、耐火粉等，可以把铬渣和其它原料一起烧结，制造出耐高温的耐火材料，具有良好的耐火性能，抗热震性能，耐腐蚀性能等。

第53卷第3期2021年3月Vol.53No.3Mar.,2021无机盐工业INORGANIC CHEMICALS INDUSTRYDoi:10.11962/1006-4990.2020-0267利用铝热还原金属铬炉渣制备彩色氧化锆陶瓷刘玉洪尹春林马顺友颜欣袁小超冷建军张进2(1.四川省银河化学股份有限公司，四川绵阳622656；2.西南石油大学新能源与材料学院)摘要：为提升氧化锆陶瓷的使用性能,米用氧化钇稳定的四方氧化锆为基体(yttria stabilized tetragonal zirconia, 3Y-TZP),将铝热法生产金属珞所得炉渣(铝珞渣)按照不同比例(质量分数为5%~15%)加入，利用无压烧结在1400益保温2h制备岀彩色氧化锆陶瓷。

通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计及万能材料试验机测试了试样的物相、显微结构及力学性能。

结果表明:掺杂铝珞渣可以制备岀粉红色系氧化锆复合陶瓷，其物相主要为四方氧化锆、单斜氧化锆和含珞的氧化铝,并且铝珞渣的加入促使更多的四方氧化锆保留到室温。

铝珞渣的加入不利于试样的烧结致密性，随着其含量增加复合陶瓷烧结后的体积收缩率降低，基体内岀现部分孔隙。

但是,铝珞渣的加入提升了试样的力学性能，当其加入量为5%(质量分数)时,氧化锆复合陶瓷的显微硬度和抗折强度均达到最大值,分别为1755.3HV和421.3MPa。

关键词:彩色氧化锆陶瓷;铝热还原;炉渣;陶瓷增韧;力学性能中图分类号:TQ174 文献标识码：A文章编号：1006-4990(2021)03-0078-06Preparation of colored zirconia ceramics by adding alumina-chromeslag from aluminothermic reductionLiu Yuhong1,Yin Chunlin1,Ma Shunyou1袁Yan Xin1袁Yuan Xiaochao1,Leng Jianjun1, Zhang Jin2(1.S ichuan Y i nhe Chemical Co.,Ltd.,Mianyang622656,China；2.School of N ew Energy andMat-erials,Southwest Petroleum Universit-y)Abstract:Colored zirconia ceramics were prepared by pressureless sintering at1400益for2h with yttrium stabilized zirco­nia(3Y-TZP)as substrate and slag from aluminothermic reduction(alumina-chrome slag, mass fraction of5%~15%)as additive in order to improve the performance of ZrO2ceramics.The phase,microstructure and mechanical properties of samples were characterized by XRD,SEM, microhardness tester and universal material testing machine,respectively.It is demonstrated that the pink ZrO2composite ceramics can be prepared with alumina-chrome slag additive,which consists of tetragonal ZrO2, monoclinal ZrO2and(Cr-doped)-Al2O3.Moreover,the addition of alumina-chrome slag promotes more tetra­gonal ZrO2to be retained at room temperature.The addition of alumina-chrome slag hindered the sintering compactness of samples.The sintering volume shrinkage rate of ZrO2composite ceramics was decreased by increasing the content of alumina-chrome slag and pores were observed in the substrate.However,the mechanical properties of composite ceramics was impro­ved by addition of aluminachrome slag.When the content of alumina-chrome slag was5%, the microhardness and flexural strength of ZrO：ceramics reached the maximum value of1755.3HV and421.3MPa,respectively.Key words: colore zirconia ceramics；aluminothermic reduction；slag；ceramic toughening；mechanical properties氧化锆(ZrO2)陶瓷材料具有一系列优异的物理和化学性能，例如高硬度、高强度、耐腐蚀以及好的抗热震性能等咱1］。

2016年第12期新浪微博：砖瓦杂志社墙材网2016Brick &Tile不锈钢渣替代生石灰生产蒸压粉煤灰砖的配方试验研究朱伟中袁洁吴潮姚嘉斌魏振鹏田建田强（酒钢集团甘肃润源环境资源科技有限公司，甘肃嘉峪关735100）摘要：试验选择以不锈钢渣替代部分石灰，以粉煤灰、矿渣、石灰、不锈钢渣四种原料为基料生产蒸压粉煤灰砖，生产的蒸压粉煤灰砖质量等级保证在MU15以上，达到提高固废原料掺加比例、减低成本、开拓不锈钢渣利用途径的目标。

关键词：蒸压粉煤灰砖；不锈钢渣1前言不锈钢尾渣中含有40%~55%的CaO ，生产蒸压粉煤灰砖主要原料之一为生石灰，其主要成分也为CaO 。

本试验利用不锈钢尾渣代替生灰石，达到提高固废原料掺加比例、降低外购原料石灰的用量，降低蒸压粉煤灰砖生产成本、开拓不锈钢渣利用途径的目的。

2原料试验用原料共四种，分别为粉煤灰、矿渣、不锈钢渣、石灰。

2.1粉煤灰试验使用粉煤灰为酒钢宏晟电热公司火力发电产生的固体废弃物高钙粉煤灰，具体成分详见表1。

2.2矿渣试验使用矿渣为酒钢宏兴固废公司7#高炉熔融渣水淬工艺产生的固体废弃物高炉矿渣，具体成分详见表2。

2.3不锈钢渣试验使用不锈钢渣为酒钢天风不锈钢厂产生的固体废弃物不锈钢渣，经初步回收金属料后的尾渣，具体成分详见表3。

2.4石灰试验使用石灰为外购石灰，石灰性能指标详见表4。

3试验设计及试验结果分析3.1试验设计以目前生产蒸压粉煤灰砖的配比为基础，使粉煤灰砖的Ca/Si 比基本保持一致，以替代0%（对照样）、50%，67%，100%石灰为目标，调节石灰、不锈钢渣、粉表1粉煤灰成分/wt%表2矿渣成分/wt%表3不锈钢渣成分/wt%表4石灰成分/wt%研究探讨中图分类号：TU522.09文献标识码：A文章编号：1001-6945（2016）12-0008-02Experimental study on autoclaved fly ash brick produced by stainless steel slag instead of limeAbstract:In the experiment,the partial lime is replaced by stainless steel slag and the autoclaved fly ash brick isproduced by using fly ash,slag,lime and stainless steel slag as raw materials.Production of autoclaved fly ash brick ensures the quality level in MU15and above,improves the solid waste raw material mixing ratio,reduce cost,and opens up the way of using stainless steel slagKey Words:autoclaved fly ash brick,stainless steel slag ZHU Wei-zhong YUAN Jie WU Chao YAO Jia-bin WEI Zhen-peng TIAN Jian TIAN Qiang82016年第12期新浪微博：砖瓦杂志社墙材网2016Brick &Tile煤灰及矿渣用量，制定不锈钢渣在粉煤灰砖中的配比试验方案，根据实验品的抗压等性能指标，筛选出最佳配比，优化试验配比试验后，进行中试试验。