氧化鋁泡沫陶瓷廢料的產生和利用

摘 要：本文簡單介紹了氧化鋁泡沫陶瓷的生產工藝，分析了氧化鋁泡沫陶瓷廢料產生的主要原因。通過球磨工藝對其廢料進行球磨，球磨20h出球，過80目篩后廢料分別按5%、10%和15%比例加入配方中，實驗表明，加入10%的陶瓷廢料可生產出比原配方強度、抗熱震性更好的氧化鋁泡沫陶瓷制品。

關鍵詞：氧化鋁；泡沫陶瓷；廢料

1 前 言

鋁及鋁合金材料作為金屬工業(yè)材料的支柱產業(yè)，有著非常大的需求量。鋁制品一般通過熔融、澆鑄方式成形加工，所以澆鑄所用的鋁熔液質量的好壞直接影響著澆鑄后產品的性能。

近年來，通過第三代過濾材料—泡沫陶瓷過濾器的發(fā)展，使得鋁制品成品合格率大幅度提高[1]。在熔煉過程中，由于鋁是一種非常活潑的金屬，鋁及其合金很容易與水氣反應，生成氫氣和氧化夾雜（Al2O3）。純鋁和鋁合金中的夾雜物含量一般在0.1%以上，夾雜物尺寸大部分都大于10μm[2]。非純鋁和鋁合金的夾雜物含量更大，并且尺寸也更大。采用氧化鋁泡沫陶瓷過濾器不但能很好地過濾其中的夾雜物，并且不會有新雜質的融入，因此是目前鋁廠采用最多的一種過濾器。

由于泡沫陶瓷為一次性使用產品，并且確實能夠有效改善鋁及鋁合金制品的成品率及性能，故其工業(yè)需求量較大。但在較大的工業(yè)生產背后，不可避免地產生大量廢料。這些廢料含有氧化鋁、莫來石、石英等晶相，在自然條件下不會分解。雖然不會對環(huán)境造成危害，但若不加以回收，會造成占用土地和資源浪費等情況。

2 氧化鋁泡沫陶瓷生產工藝

采用聚氨酯泡沫海綿為前驅體，將它浸入到氧化鋁漿料中，然后擠掉多余漿料，使陶瓷漿料均勻附著于海綿經絡，干燥后坯體經高溫燒結而成。這種工藝又稱有機泡沫浸漬法，是目前國內較為成熟的生產工藝[3~4]。工藝流程見圖1。

3 氧化鋁泡沫陶瓷廢料的產生原因

氧化鋁泡沫陶瓷最常見的缺陷有裂紋、缺角、色差和強度低等，這些缺陷往往是導致產品不合格及報廢的原因。

3.1裂紋

當產品出現較多明顯裂紋時，首先要檢查的是干燥過程和干燥后的坯體情況，因為這個過程最容易使坯體受損，導致隱性裂紋存在，在燒結后裂紋顯現出來。除干燥工序外，裂紋的產生還與產品的原材料（如α-Al2O3）、噴漿操作不當、燒結升溫（冷卻）過快等因素有關，這要視產品裂紋的位置、大小及比例情況而定。

3.2缺角

缺角缺陷大部分是由于坯體干燥后受碰撞或擠壓導致邊角受損，由于坯體特殊的多孔網狀結構，坯體邊角受損后往往不會脫落或是有肉眼可見裂紋。后期的燒結也往往不能修復受損，從而產生缺角缺陷，所以應盡量避免坯體的碰撞或擠壓。

3.3色差

氧化鋁泡沫陶瓷的色差主要表現為白色產品表面呈現淡黃色，并且分布均勻。當出現這種問題時，首先要檢查的是燒成工序，燒成過程產生的煙氣不能及時排出或窯爐燒成溫度過低是產生這種缺陷的主要原因。當產品表面出現紅色斑點或條狀斑點時，則要檢查原料中是否鐵含量過高，漿料配制過程是否有鐵銹的帶入，以及上漿過程上漿機是否生銹等。

3.4強度低

如通過正常生產，出現整批或幾批產品強度低，不能滿足檢驗控制標準時，最可能的原因就是燒成過程和干燥過程。首先觀察這批產品是否有宏觀裂紋，并測試這批產品的吸水率，如這兩項都沒有問題，就要重新檢查原料（α- Al2O3和白剛玉）是否滿足檢驗控制標準。當然，原料檢驗、上漿、干燥和燒成工序都會對產品強度產生影響，當出現產品強度低時，需要一一排查上述工序，直到找到原因為止。

4 氧化鋁泡沫陶瓷廢料的處理

氧化鋁泡沫陶瓷廢料的產生量很大，筆者對年產量為1000m3的廠家產生的廢料進行了大致統(tǒng)計，按平均95%的合格率計算，廢料量達50m3。按照目前市場價2萬元/ m3，每年產生的廢料價值達100萬元。生產1m3的泡沫陶瓷要消耗原材料（氧化鋁、高嶺土、硅微粉等均為不可再生資源）約500kg，這樣一年浪費的原材料為25t，若能回收利用，經濟價值和社會價值都很可觀。

氧化鋁泡沫陶瓷中氧化鋁含量約為80%，其它組分為氧化硅等，因此可以將其加入到配方中回收利用。而且由于其特殊的網狀結構，用高鋁球便可輕松將其粉碎。回收利用過程如下：將報廢的泡沫陶瓷打碎放入球磨機中，球磨機采用95瓷內襯，球石也采用95瓷，其中大球:中球:小球=1:2:1.5。采用干磨，球料比為2:1，球磨20h。由于是干磨，出球后的料過80目篩即可，以除去過濾板邊角大塊沒能磨碎的部分。將過篩好后的廢料配料，制成漿料。筆者經過大量試驗，獲得了一個性能較好的配方。通過調整廢料的加入量，按5%、10%和15%的比例分別試驗，表1為加入廢料后對過濾器性能的影響。結果表明，10%的廢料加入量可以使產品性能達到最佳。

5 結語

氧化鋁泡沫陶瓷過濾器的廢料經球磨加工后，完全可以重新回收利用。筆者通過大量試驗得到廢料加入量為10%的最佳配方，燒后產品收縮率1.0%、抗折強度1.2MPa、殘余強度0.5MPa、體積密度0.52g/cm3。

根據5%的產品報廢率，在配方中加入10%的廢料完全可以吸納生產中產生的廢料。但生產過程產生的廢料只是一小部分，鋁熔體過濾后產生的廢過濾器的回收利用將是今后的一個重點課題。

參考文獻

[1] 靳洪允. 泡沫陶瓷材料的研究進展[J]. 現代技術陶瓷，2005，(3) :33～35.

[2] 陸樹蓀.鋁鑄造合金及熔煉[M]. 北京：國防出版社，1983.

[3] 王霞. 鑄造用泡沫陶瓷過濾器生產工藝的研究[J].佛山陶瓷，2008，（10）.

[4] Sutton WH ， etal. Development of ceramic foam materials for filtering hightemperature alloys，AFS Transactions，1985，93:171-176.

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