一种球铝生产废料的综合利用方法
技术领域
本发明涉及金属氧化物粉体功能材料制备领域，尤其涉及一种球铝生产废料的综合利用方法。
背景技术
随着电子工业的发展，电子元件、集成电路趋于密集化、小型化，要保证电器的可靠运行，良好的散热是必不可少的。导热绝缘硅胶因其具有好的粘性、柔韧性、良好的压缩性能以及具有优良的热传导率，常用来作为通讯设备、计算机等电器IC基板的散热填充材料。而导热绝缘硅胶一般都是无机非金属导热绝缘粉体填料与硅胶进行复配复合而成。球形氧化铝正是基于其自身的材料特性被选定为大规模工业应用的导热填料。
球形氧化铝又称砂状氧化铝，是一种α型氧化铝。在α型氧化铝的晶格中，氧离子为六方紧密堆积，Al3+对称地份布在氧离子围成的八面体配位中心，晶格能很大，因此其熔点、沸点都很高。由于球形氧化铝是一种有着鲜明特点的无机粉体材料，其来源广泛、价格相对较低、绝缘性能好、耐高温和抗氧化，同时由于晶格能高，其本身强度高、硬度高、抗磨损性能较好，同时还具备较好的导热特性，因此目前在电子导热行业受到很大的关注。
目前球形氧化铝生产方法有好几种，生产工艺比较成熟、产品质量控制较好的方法是火焰熔融法。火焰熔融是直接将形貌不规则的氧化铝粉喷入火焰中，通过高温火焰环境将α型氧化铝熔化，氧化铝液滴在自身表面张力的作用下转化为球形，然后自然冷却成固定形态的球体。球形氧化铝再通过旋风分离、除尘收集等方式完成相关粉体回收。该生产方法具有工艺简单、球化出的产品导热率高、球形度好、粒度参数均一等特点，其生产成本又比使用等离子火焰喷射的方法更具备优势，是不同生产厂家实际使用的生产工艺。
一般来说，旋风分离通过合理的分离级数计算可得到不同粒径的产品。但除尘收集的氧化铝颗粒粒径份布复杂，产品质量品质极差，在导热填料行业无法应用，因而一般将其定义为一种工业废弃物。目前尚未在公开渠道找到相关回收利用球铝生产废料的方法。虽然该类废弃物无法满足企业产品供应需求，但考虑到本废弃物材料特性单一，性质稳定，可以另辟蹊径，将其当作一种可二次利用的“原料”，完成高附加值产品回收。
发明内容
本发明为克服现有技术存在的问题，提供一种球铝生产废料的综合利用方法，结合废料本身物理性质、化学性质，综合考虑末端转化产品的结合性等，可有效实现球铝生产废料的综合利用，大大开拓生产废料的综合利用价值，其产品可形成特定规格的分离用陶瓷制品，满足分离行业要求，具有很大的市场前景。采用该方法制备的水污染分离用陶瓷平板滤膜和空气除尘分离用陶瓷滤管，产品的综合性价比较高，结构内部贯通孔道阻力小，可有效降低现有分离过滤产品的分离压降。
本发明采用的技术方案是：
一种球铝生产废料的综合利用方法，包括以下步骤:
（1）对球铝生产废料进行分级，分离得到粒径为3～50μm的物料和粒径小于3μm的物料；
（2）对3～50μm的物料进行整形得到胚体料，胚体料D50粒径取值于[5,20]；
（3）对小于3μm的物料进行整形得到分离层用料，分离层用料D50粒径取值于[0.5,1.5]；
（4）胚体料混料复配，练泥挤出或压铸成型，得到原胚型料；
（5）干燥定型；
（6）烧结制得支撑原胚；
（7）分离层用料混料复配，球磨，制得喷膜浆料；
（8）对支撑原胚进行吹扫处理后喷涂喷膜浆料；
（9）喷浆后胚料放入到干燥箱中进行干燥，得到分离层附着均匀的分离初制品；
（10）将附着分离层的分离初制品进行烧结，得到分离用陶瓷制品。
进一步地，所述球铝生产废料为火焰熔融法球铝生产企业生产过程中排放废料，化学成份为99%以上的α型氧化铝、0～1000ppm的二氧化硅、0～500ppm的三氧化二铁、0～2000ppm的氧化钠，其粒径0.4～50μm。
进一步地，所述步骤（1）中，对球铝生产废料进行分级时采用空气旋流筛分或/和水力旋流筛分。
进一步地，所述步骤（2）和所述步骤（3）中，整形时采用球磨机、万能粉碎机、气流磨机中的一种或多种。
进一步地，所述步骤（5）中干燥时，选用微波干燥或微波干燥后再联用热风干燥。
进一步地，所述步骤（8）中喷涂时，雾化喷嘴选用气动雾化喷嘴，喷嘴形式选用锥形实心喷嘴。
本发明的有益效果是：
1.本发明提出一种球铝生产废料的综合利用方法，可将现有企业排放的一般工业废弃物转化为附加值较高的工业分离产品，提高球铝生产企业的综合利用率，实现资源的回收利用。
2.本发明制备的水污染分离用陶瓷平板滤膜和空气除尘分离用陶瓷滤管可用于水处理、空气分离等多种应用场合，因为其主要原材料是基于废料综合利用，可有效提升产品的综合性价比，促进产业发展。
3.本发明中，水污染分离用陶瓷平板滤膜和空气除尘分离用陶瓷滤管的支撑胚体和分离层均以球形氧化铝为主要原料，其内部贯通孔道阻力小，可有效降低现有分离过滤产品的分离压降。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有现技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1 为实施例一中球铝生产废料的综合利用方法的工艺流程图。
图2 为实施例二中采用球铝生产废料的综合利用方法制备的水污染分离用陶瓷平板滤膜的结构示意图，其中，1为平板分离层；2为陶瓷平板滤膜支撑原胚。
图3 为实施例三中采用球铝生产废料的综合利用方法制备的空气除尘分离用陶瓷滤管的结构示意图，其中，3为陶瓷滤管支撑原胚；4为滤管分离层。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。
下面结合附图对本发明/发明的实施例进行详细说明。
实施例1
球铝生产废料的综合利用方法，其工艺流程如附图1中所示。该方法中采用的球铝生产废料是指火焰熔融法生产球形氧化铝生产排放的废料，该废料的产生来源主要是产品收集后的布袋除尘器收集的细微固体颗粒物。该物料的主要化学成份包括：99%以上的α型氧化铝、0～1000ppm的二氧化硅、0～500ppm的三氧化二铁、0～2000ppm的氧化钠，其粒径份布于0.4～50μm之间。
具体的，球铝生产废料的综合利用方法的步骤包括：
（1）对废料进行分级，使得废料转化为两种物料，其中一种是3～50μm的物料，一种是粒径小于3μm的物料。废料分选采用空气旋流筛分或/和水力旋流筛分。
（2）将上述分离后3～50μm的物料进行整形，使得3～50μm的物料粒径均一化，最终使得整形后粉体物料D50粒径在5～20μm之间的某个数值，得到胚体料。胚体料整形操作可采用球磨机、万能粉碎机或气流磨机进行，或者球磨机、万能粉碎机，气流磨机中两者或三者组合进行。
（3）将上述分离后小于3μm的物料进行球磨整形，使得该物料粒径均一化，最终使得整形后粉体物料D50粒径在0.5～1.5μm之间的某个数值，得到分离层用料。分离层用料整形操作可采用球磨机、万能粉碎机或气流磨机进行，或者球磨机、万能粉碎机，气流磨机中两者或三者组合进行。
（4）将上述胚体料通过与不同原料进行混料复配，采用练泥挤出或压铸成型的方法，得到原胚型料。
（5）将得到原胚型料放入干燥线干燥定型。干燥线可选用微波干燥，或微波干燥后再联用热风干燥，可缩短干燥所需时间，提高原胚成品率。
（6）将干燥好的坯体置入烧结炉中进行烧结，制得分离用陶瓷制品的支撑原胚。
（7）将上述分离层用料通过与不同原料进行混料复配，将原料混合均匀后放入球磨机内球磨，放出后可得喷膜浆料。
（8）对原胚进行吹扫处理，将喷膜浆料通过雾化喷嘴进行喷覆，使其均匀份布在原胚表面。喷膜浆料采用的雾化喷嘴可选用气动雾化喷嘴，喷嘴形式选用锥形实心喷嘴，可提高浓浆料的喷覆效果，提高分离层表面的均匀性。
（9）喷浆后分离胚料放入到干燥箱中进行干燥，得到分离层附着均匀的分离初制品。
（10）将附着分离层的分离初制品进行烧结，得到成品分离用陶瓷制品。
上述胚体料的制备步骤、原胚的制备步骤、分离层用料的制备步骤以及喷膜浆料的制备步骤之间没有顺序之份，可根据实际情况选择先后进行或者同时进行。
本实施例中的球铝生产废料的综合利用方法，可将现有企业排放的一般工业废弃物转化为附加值较高的工业分离产品，提高球铝生产企业的综合利用率，实现资源的回收利用。
以球形氧化铝年产量为2000吨为例，现有企业有关球铝废料排放量约为6%～10%，即球铝生产废料年排放量约120吨～200吨。目前鉴于工业废弃物鉴定及类别筛选，此类废弃物一般定性为一般工业废弃物。参照一般工业废弃物市场处理价格约在100～300元/吨。因此企业为了消纳相关球铝生产废料需要支付年处理费用1.2万元～6万元。
采用本实施例中的球铝生产废料的综合利用方法，可以实现球铝废料价值回收，避免浪费。以平板滤膜生产为例，该法可实现平板滤膜生产2.5万平～4.5万平。以市场价80%折算，球铝生产废料转化产品可实现转化收益900万～1620万元，具备极高的价值。
本实施例中制备的分离陶瓷制品可用于水处理、空气分离等多种应用场合，因为其主要原材料是基于废料综合利用，可有效提升产品的综合性价比，促进产业发展。
本实施例中制备的分离陶瓷制品的支撑胚体和分离层均以球形氧化铝为主要原料，其内部贯通孔道阻力小，可有效降低现有分离过滤产品的分离压降。
实施例2
采用球铝废料通过综合利用方法制备的一种水污染分离用陶瓷平板滤膜，该陶瓷平板滤膜的结构如附图2所示，陶瓷平板滤膜主要包括机械成型后的陶瓷平板滤膜支撑原胚2以及喷覆成型后的平板分离层1。陶瓷平板滤膜支撑原胚2为中空薄板结构，具有方形的贯通孔道，贯通孔道尺寸为3~5*3~5mm。平板分离层为连续均匀附着结构，其厚度为20～50um。平板分离层1附着在陶瓷滤膜支撑原胚2两面，其堆积体孔径为0.1um。
采用球铝生产废料的综合利用方法制备的水污染分离用陶瓷平板滤膜的步骤如下：
（1）对球铝生产废料进行分级，使得废料转化为两种物料，其中一种是3～50μm的物料，一种是粒径小于3μm的物料。废料分选采用水力旋流筛分。将物料与纯水进行混合，质量比控制在5%～10%。然后送入旋流分离器，旋流分离器底部为大粒径颗粒，旋流分离器顶流为小粒径颗粒。然后分别将上述两种物料进行沉降脱水和干燥脱水，得到两种不同的粉料。其中大粒径粉料的粒径分布在3～50μm，小粒粉料的粒径分布小于3μm。
该步骤中采用的球铝生产废料是指火焰熔融法生产球形氧化铝生产排放的废料，该废料的产生来源主要是产品收集后的布袋除尘器收集的细微固体颗粒物。
（2）将上述分离后3～50μm的物料进行球磨整形，使得3～50μm的物料粒径均一化，最终使得整形后胚体料D50粒径在6μm。
（3）将上述分离后小于3μm的物料进行球磨整形，使得该物料粒径均一化，最终使得整形后分离层用料D50粒径在1.2μm。
（4）将上述胚体料通过与不同原料进行混料复配。将胚体料58.8份、氧化镁0.6份、高岭土0.6份、淀粉5份、甲基纤维素1份、聚乙二醇1份、水10份，混合均匀后倒入真空练泥机中进行练泥，练泥次数1次，最后放入密闭容器中陈腐40h，得到原胚型料。
（5）将陈腐的原胚型料采用挤出成型，挤出温度在10℃，挤出速度3m/min，挤出压力15MPa，得到陶瓷平板滤膜原胚型料。
（6）将得到原胚型料放入微波干燥，干燥时间10min，然后到100℃的烘箱中干燥2h。
（7）将干燥好的坯体于1000℃，保温2h的烧成条件下进行烧结，制得陶瓷平板滤膜支撑原胚，孔隙率40%。
（8）将分离层用料50份、高岭土12份、钾长石11份、聚乙二醇2份、硅溶胶3份、以及水放入球磨机内球磨4h，放出得到喷膜浆料，控制浆料含水率在50wt%。
（9）对经吹扫处理后的陶瓷平板滤膜支撑原胚喷涂上述喷膜浆料，喷浆次数2次，厚度控制在30μm。
（10）喷浆后的分离胚料放入到70℃烘箱中干燥2h，水份控制在为0.3%以下，得到孔径份布均匀的附着平板分离层的分离初制品。
（11）将附着平板分离层的分离初制品本于1200℃，保温2h的烧成条件下进行烧结，得到水污染分离用陶瓷平板滤膜，分离平均孔径为0.2um。
对采用上述制备方法得到的陶瓷分离制品进行定型，封装。将其用于生活污水MBR处理，经使用后，产水浊度为0.46NTU，产水SS为0.6mg/L。过滤跨膜压差为4kPa。此法制备的分离陶瓷制品与现有市面普通的MBR污水处理专用膜无明显差距（产水浊度一般在0.1NTU～2NTU，产水SS一般在0.1～2mg/L，跨膜压差一般在3～15kPa）。
本实施例中，可将现有企业排放的一般工业废弃物转化为附加值较高的工业分离产品，提高球铝生产企业的综合利用率，实现资源的回收利用。
本实施例中生产的水污染分离用陶瓷平板滤膜可用于水处理等多种应用场合，因为其主要原材料是基于废料综合利用，可有效提升产品的综合性价比，促进产业发展。
本实施例中的水污染分离用陶瓷平板滤膜的陶瓷平板滤膜支撑原胚和平板分离层均以球形氧化铝为主要原料，其内部贯通孔道阻力小，可有效降低现有分离过滤产品的分离压降。
实施例3
采用球铝生产废料的综合利用方法制备的一种空气除尘分离用陶瓷滤管，该陶瓷过滤管的结构如附图3所示。陶瓷滤管主要包括机械成型后的陶瓷滤管支撑原胚3以及喷覆成型后的滤管分离层4。陶瓷滤管支撑原胚3为中空管式结构，一端敞口，另一端封闭。陶瓷滤管支撑原胚3壁厚11mm，管壁具有圆形的过风孔道，过风孔道尺寸为38mm。滤管分离层4均匀附着在陶瓷滤管支撑原胚3管壁外，其厚度为20～50um，其堆积体孔径为0.5um。
采用球铝生产废料的综合利用方法制备空气除尘分离用陶瓷滤管的步骤如下：
（1）对球铝生产废料进行分级，使得废料转化为两种物料，其中一种是3～50μm的物料，一种是粒径小于3μm的物料。废料分选采用水力旋流筛分。将物料与纯水进行混合，质量比控制在5%～10%。然后送入旋流分离器，旋流分离器底部为大粒径颗粒，旋流分离器顶流为小粒径颗粒。然后分别将上述两种物料进行沉降脱水和干燥脱水，得到两种不同的粉料。
该步骤中采用的球铝生产废料是指火焰熔融法生产球形氧化铝生产排放的废料，该废料的产生来源主要是产品收集后的布袋除尘器收集的细微固体颗粒物。该物料的主要化学成份包括：99%以上的α型氧化铝、0～1000ppm的二氧化硅、0～500ppm的三氧化二铁、0～2000ppm的氧化钠，其粒径份布于0.4～50μm之间。
（2）将上述分离后3～50μm的物料进行球磨整形，使得3～50μm的物料粒径均一化，最终使得整形后胚体料D50粒径在15μm。
（3）将上述分离后小于3μm的物料进行球磨整形，使得该物料粒径均一化，最终使得整形后分离层用料D50粒径在3μm。
（4）将上述胚体料通过与不同原料进行混料复配。取胚体料65份、氧化锆5份、氧化镁1份、石墨粉3份、聚丙烯酰胺3份，水50份将上述料加入并置于搅拌机进行搅拌，其中慢搅5～10min，快搅5～10min。
（5）将上述的浆料进行注浆成型，然后脱模得到陶瓷滤管原胚型料。
（6）将得到陶瓷滤管原胚型料放入干燥室，使胚料的含水率降至2%以下。
（7）将干燥好的坯体送入高温窑，于1200℃，保温1h的烧成条件下进行烧结，制得陶瓷滤管支撑原胚，孔隙率50%。
（8）将分离层用料50份、高岭土5份、钾长石8份、聚乙二醇2份、硅溶胶4份、以及水放入球磨机内球磨2～4h，放出得到喷膜浆料，控制浆料含水率在40～50wt%。
（9）对经吹扫处理后的陶瓷滤管支撑原胚喷涂上述喷膜浆料，喷浆次数1次，厚度控制在30～80μm。
（10）喷浆后的分离胚料放入到100℃烘箱中干燥1～3h，水份控制在为0.5%以下，得到孔径份布均匀的附着滤管分离层的分离初制品。
（11）将附着滤管分离层的分离初制品本于1300℃，保温1.5h的烧成条件下进行烧结，得到空气除尘分离用陶瓷滤管，分离平均孔径为0.4um。
对采用上述制备方法得到的陶瓷分离制品进行定型，封装。将其用于球铝烧制窑炉尾气排放除尘测试，经使用后，分离后烟气烟尘含量为8mg/L，分离压差为812Pa。此法制备的分离陶瓷制品与现有市面普通的除尘专用分离产品无明显差距（分离后烟气烟尘含量为5～30mg/L，分离压差为400～1200Pa）。
本实施例中，可将现有企业排放的一般工业废弃物转化为附加值较高的工业分离产品，提高球铝生产企业的综合利用率，实现资源的回收利用。
本实施例中生产的空气除尘分离用陶瓷滤管可用于空气分离等多种应用场合，因为其主要原材料是基于废料综合利用，可有效提升产品的综合性价比，促进产业发展。
本实施例中的空气除尘分离用陶瓷滤管的陶瓷滤管支撑原胚和滤管分离层均以球形氧化铝为主要原料，其内部贯通孔道阻力小，可有效降低现有分离过滤产品的分离压降。
