氧化鋁泡沫陶瓷廢料的產(chǎn)生和利用

摘 要：本文簡(jiǎn)單介紹了氧化鋁泡沫陶瓷的生產(chǎn)工藝，分析了氧化鋁泡沫陶瓷廢料產(chǎn)生的主要原因。通過球磨工藝對(duì)其廢料進(jìn)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(shí)驗(yàn)表明，加入10%的陶瓷廢料可生產(chǎn)出比原配方強(qiáng)度、抗熱震性更好的氧化鋁泡沫陶瓷制品。

關(guān)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(chǎn)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(zhì)量的好壞直接影響著澆鑄后產(chǎn)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(yīng)，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(huì)有新雜質(zhì)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(chǎn)品，并且確實(shí)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(chǎn)背后，不可避免地產(chǎn)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(huì)分解。雖然不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，但若不加以回收，會(huì)造成占用土地和資源浪費(fèi)等情況。

2 氧化鋁泡沫陶瓷生產(chǎn)工藝

采用聚氨酯泡沫海綿為前驅(qū)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(jīng)絡(luò)，干燥后坯體經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。這種工藝又稱有機(jī)泡沫浸漬法，是目前國(guó)內(nèi)較為成熟的生產(chǎn)工藝[3~4]。工藝流程見圖1。

3 氧化鋁泡沫陶瓷廢料的產(chǎn)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(qiáng)度低等，這些缺陷往往是導(dǎo)致產(chǎn)品不合格及報(bào)廢的原因。

3.1裂紋

當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)較多明顯裂紋時(shí)，首先要檢查的是干燥過程和干燥后的坯體情況，因?yàn)檫@個(gè)過程最容易使坯體受損，導(dǎo)致隱性裂紋存在，在燒結(jié)后裂紋顯現(xiàn)出來。除干燥工序外，裂紋的產(chǎn)生還與產(chǎn)品的原材料（如α-Al2O3）、噴漿操作不當(dāng)、燒結(jié)升溫（冷卻）過快等因素有關(guān)，這要視產(chǎn)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(dǎo)致邊角受損，由于坯體特殊的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，坯體邊角受損后往往不會(huì)脫落或是有肉眼可見裂紋。后期的燒結(jié)也往往不能修復(fù)受損，從而產(chǎn)生缺角缺陷，所以應(yīng)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(xiàn)為白色產(chǎn)品表面呈現(xiàn)淡黃色，并且分布均勻。當(dāng)出現(xiàn)這種問題時(shí)，首先要檢查的是燒成工序，燒成過程產(chǎn)生的煙氣不能及時(shí)排出或窯爐燒成溫度過低是產(chǎn)生這種缺陷的主要原因。當(dāng)產(chǎn)品表面出現(xiàn)紅色斑點(diǎn)或條狀斑點(diǎn)時(shí)，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(jī)是否生銹等。

3.4強(qiáng)度低

如通過正常生產(chǎn)，出現(xiàn)整批或幾批產(chǎn)品強(qiáng)度低，不能滿足檢驗(yàn)控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，最可能的原因就是燒成過程和干燥過程。首先觀察這批產(chǎn)品是否有宏觀裂紋，并測(cè)試這批產(chǎn)品的吸水率，如這兩項(xiàng)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(yàn)控制標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，原料檢驗(yàn)、上漿、干燥和燒成工序都會(huì)對(duì)產(chǎn)品強(qiáng)度產(chǎn)生影響，當(dāng)出現(xiàn)產(chǎn)品強(qiáng)度低時(shí)，需要一一排查上述工序，直到找到原因?yàn)橹埂?/p>

4 氧化鋁泡沫陶瓷廢料的處理

氧化鋁泡沫陶瓷廢料的產(chǎn)生量很大，筆者對(duì)年產(chǎn)量為1000m3的廠家產(chǎn)生的廢料進(jìn)行了大致統(tǒng)計(jì)，按平均95%的合格率計(jì)算，廢料量達(dá)50m3。按照目前市場(chǎng)價(jià)2萬元/ m3，每年產(chǎn)生的廢料價(jià)值達(dá)100萬元。生產(chǎn)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(fèi)的原材料為25t，若能回收利用，經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，用高鋁球便可輕松將其粉碎。回收利用過程如下：將報(bào)廢的泡沫陶瓷打碎放入球磨機(jī)中，球磨機(jī)采用95瓷內(nèi)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(jīng)過大量試驗(yàn)，獲得了一個(gè)性能較好的配方。通過調(diào)整廢料的加入量，按5%、10%和15%的比例分別試驗(yàn)，表1為加入廢料后對(duì)過濾器性能的影響。結(jié)果表明，10%的廢料加入量可以使產(chǎn)品性能達(dá)到最佳。

5 結(jié)語

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

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

參考文獻(xiàn)

[1] 靳洪允. 泡沫陶瓷材料的研究進(jìn)展[J]. 現(xiàn)代技術(shù)陶瓷，2005，(3) :33～35.

[2] 陸樹蓀.鋁鑄造合金及熔煉[M]. 北京：國(guó)防出版社，1983.

[3] 王霞. 鑄造用泡沫陶瓷過濾器生產(chǎn)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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