利用铝灰无害化处理生产纳米尖晶石的制备工艺及装备

361 编辑：中冶有色技术网来源：佛山市绿田环保机械设备有限公司

2024-10-22 15:39:53

权利要求

1.一种利用铝灰无害化处理生产纳米尖晶石的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)铝灰预处理：将铝灰与水按质量比为1:10-15的比例配入到预处理桶中，搅拌反应2-3h后进行第一次脱水，第一次脱水后固含量为85-90%，得预处理料;

步骤(2)配料：将预处理料倒入配料桶，加入铝灰配重计的1-5%的淀粉，30-60%的纳米金属氧化物颗粒，10-15%的硫酸铝，30-45%的偏铝酸钠，加水至固含量为8-10%，加入pH调节剂，调节pH至6-8，搅拌5-10min后通入到球磨机中加水球磨1-3h，第二次脱水后得到二次脱水料;

步骤(3)气洗成型：在二次脱水料中通入二氧化碳，随后挤出成型，干燥后获得生坯;

步骤(4)煅烧：将生坯送入煅烧设备中煅烧，冷却后得到纳米尖晶石材料。

2.如权利要求1所述的纳米尖晶石的制备工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述纳米金属氧化物颗粒为纳米氧化镁、纳米氧化锌、纳米氧化锰、纳米氧化铁中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的纳米尖晶石的制备工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述pH调节剂为柠檬酸和柠檬酸钠;所述二次脱水的方法为离心脱水，所述二次脱水料的含水量为5-10%。

4.如权利要求1所述的纳米尖晶石的制备工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述干燥的工艺为：50-60℃条件下干燥至含水量低于2%。

5.如权利要求1所述的纳米尖晶石的制备工艺，其特征在于，步骤(4)中，煅烧的工艺为：室温-300℃按3-5℃/min速率升温，300-1000℃按5-8℃/min速率升温，1000-终温按8-15℃/min速率升温，保温10-30min;所述终温为1250-1550℃;步骤(4)中，冷却的速率为0.5-5℃/s。

6.一种用于权利要求1-5任一所述纳米尖晶石的制备工艺的装备，其特征在于，该装备包括按纳米尖晶石的制备工艺物料流转顺序依次连接的：预处理桶(1)、第一脱水机(2)、配料桶(3)、球磨机(4)、第二脱水机(5)、气洗部件(6)、成型设备(7)、干燥设备(8)、煅烧设备(9)、冷却设备(10)。

7.如权利要求6所述的装备，其特征在于，所述预处理桶(1)包括桶体(1-5)、热风管(1-3)、尾气收集口(1-1)、进料口(1-2)与出料口(1-4)，所述热风管(1-3)环绕桶体(1-5)，所述进料口(1-2)设于桶体(1-5)上端，所述出料口(1-4)设于桶体(1-5)底部;所述尾气收集口(1-1)设于桶体(1-5)顶端。

8.如权利要求7所述的装备，其特征在于，所述热风管(1-3)包括连接冷却设备(10)的进风口(1-3-1)和连接干燥设备(8)的出风口(1-3-2)。

9.如权利要求8所述的装备，其特征在于，所述热风管(1-3)为焊接于桶体(1-5)的半圆管。

10.如权利要求6所述的装备，其特征在于，所述气洗部件(6)包括连接第二脱水机(5)的水平绞龙(6-2)和连接成型设备(7)的筒体(6-1)，所述水平绞龙(6-2)与筒体(6-1)通过焊接连接;所述筒体(6-1)底部设有通气孔(6-3)。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及耐火材料领域，具体涉及一种利用铝灰无害化处理生产纳米尖晶石的制备工艺及装备。

背景技术

[0002]含铝尖晶石是一种重要的化工原料，广泛应用于陶瓷、耐火材料和磨料等行业。其化学成分主要为铝氧化物(Al2O3)和镁、锌、铁等其他氧化物，具有优异的耐高温、耐腐蚀和耐磨性能。由于其独特的物理和化学特性，含铝尖晶石在现代工业中扮演着不可或缺的角色。

[0003]含铝尖晶石因其优异的耐高温性能而被广泛应用于生产高温窑炉的耐火砖和衬里材料，如浇注料、不定形耐火材料和耐火纤维等。这些耐火材料能够承受高达1800摄氏度的高温，确保窑炉在长时间运行中的稳定性和安全性。此外，含铝尖晶石还具有良好的抗热震性能，使其在频繁温度变化的环境中依然保持稳定。

[0004]常规工艺制备的含铝尖晶石材料大多选用高纯度的含铝化合物以及其他元素化合物，如CN103449503A一种纳米锌铝尖晶石的制备方法。其制备方法为将锌盐加入水中溶解，加入铝源，搅拌10～30分钟，加入扩孔剂，搅拌，在20～100℃老化30～60分钟，干燥，500～1200℃焙烧;原料摩尔配比为Zn∶Al∶水=1∶2∶16~35;以氧化锌的质量为100%计算，扩孔剂的加入量为0.5～30%;扩孔剂为蔗糖、丙三醇、碳酸铵、碳酸氢铵、聚苯乙烯乳液、聚乙二醇中的一种或几种;刘民生,马爱琼,王臻发表的论文《Al2O3原料种类对固相反应法合成锌铝尖晶石的影响》等均为纯化合物制备，生产成本较高。

[0005]二次铝灰‌，也称为黑灰，主要是一次铝灰提取金属铝后的废弃物或铝精炼过程产生的含铝废渣。二次铝灰是一种危险废物，里面含有大量氟化物、氰化物、碳化铝、氨化铝等有毒有害物质。二次铝灰中的氧化铝含量通常在60%上下，同时含有氟化盐、氯化物和其他重金属氧化物等有毒有害物质;AlN、Al4C3遇水产生NH3和CH4等气体，其气味恶臭，氟化物和氰化物遇水溶出会污染自然水体，需要进行无害化处理。CN105294135A提出了一种利用铝灰直接制备铝尖晶石耐火材料的方法及其制备的材料。其技术方案为：将50～90wt%的铝灰与10～50wt%含镁或含锌原料混合，并加入所述混合料0.1～0.5wt%的助烧剂，球磨混匀后成型，将成型后的坯体于高温反应炉内，以2～10℃/min的升温速率升温至1000～1400℃，保温1～5h，随后冷却至室温，即得铝尖晶石耐火材料，采用铝灰固体废物为原料，原料适用范围广，较好地解决了铝灰综合利用及其对环境的二次污染问题。但铝灰中成分复杂，直接使用铝灰会造成产品性能不足，如耐火度不足，重金属污染扩大等问题。CN115947611B涉及一种二次铝灰制备耐火材料的方法。本发明提供的制备方法对二次铝灰资源化应用的方向进行了分类，当二次铝灰中二氧化硅的质量百分含量<5%时，可以用来制备碱性的碱性镁铝质耐火材料;当二次铝灰中二氧化硅的质量含量≥5%时，可以用来制备酸性的酸性镁铝硅质耐火材料。本发明对二次铝灰进行分类，经一步烧结，得到耐火材料。本发明提供的方法对二次铝灰分类，在降低二次铝灰处理成本的同时，采用一步烧结，同时实现二次铝灰低成本的无害化处置和资源化利用，简化了二次铝灰的处理步骤，实现节能减排，而且制备得到的耐火材料具有密度高的特点，可以广泛应用于耐火材料领域中。但其未将其中的重金属和卤化盐排除，仍会造成产品性能不足，如耐火度不足，重金属污染扩大等问题。

发明内容

[0006]为了解决上述问题，本发明提出了一种利用铝灰无害化处理生产纳米尖晶石的制备工艺及装备，能够有效去除铝灰中的含卤盐、重金属，使得纳米尖晶石材料具有更好的耐火度;节能环保，充分利用了余热资源，提高了能量运用效率，节约成本。

[0007]为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种利用铝灰无害化处理生产纳米尖晶石的制备工艺，包括以下步骤：

步骤(1)铝灰预处理：将铝灰与水按质量比为1:10-15的比例配入到预处理桶中，搅拌反应2-3h后进行第一次脱水，第一次脱水后固含量为85-90%，得预处理料;

步骤(3)气洗成型：在二次脱水料中通入二氧化碳，随后挤出成型，干燥后获得生坯;

步骤(4)煅烧：将生坯送入煅烧设备中煅烧，冷却后得到纳米尖晶石材料。

[0008]铝灰预处理过程能将铝灰中的大部分氮化铝、氯化物、氟化物去除。例如高温条件下氯化盐会与炉内的氧气反应，生成氯气，氯气与耐火材料的化学作用是尖晶石耐火砖损坏的主要原因之一。氯气作为一种强氧化性气体，在与尖晶石耐火砖接触时，可能会发生化学反应，导致砖体渣化，进而影响其结构和性能。这种化学作用不仅会损害尖晶石耐火砖的表面，还可能渗透到砖体内部，造成更深入的损伤。此外，氯气的侵入还会加剧热冲击和机械磨损的影响，进一步加速了砖体的损坏过程。

[0009]本方案在预处理过程中发生水解反应AlN+H2O→NH3+Al(OH)3，该反应在热水环境中反应会加快。在第一次脱水后，预处理料中已脱除大部分的卤素盐，提高了铝灰中的铝含量。并且由于卤素盐大多为酸性盐，分解的部分AlN，生成的氨气可以中和预处理桶中水体的pH，生成Al(OH)3，Fe(OH)3，Zn(OH)2等多种金属沉淀物。这些沉淀物在球磨机中随着球磨进程分散于物料中，为后续固相反应生成纳米尖晶石提供活性点位。

[0010]步骤(2)中，预处理料加水稀释并球磨主要作用有四点：1.提高流动性和分散性，为配料的均匀性提供保障;2.加入了硫酸铝与偏铝酸钠，双水解反应能在物料球磨过程中生成了细小的纳米Al(OH)3，提高反应活性;3.球磨过程将铝灰和纳米氧化物组合颗粒在微观尺度上混匀，有利于固相反应的发生;4.进一步溶出残留在铝灰团料中的卤素，在第二次脱水中排出。淀粉主要作用有三点：1.后续成型中作为粘接剂;2.充当造孔剂，淀粉会在煅烧过程中分解，留下气孔，使纳米尖晶石材料获得均匀细密的微孔;3.淀粉颗粒作为一个凝聚核，有利于二次脱水。

[0011]步骤(3)中，气洗主要是为了调节二次脱水料中的pH，中和步骤(2)中生成的少量未溢出的氨气;形成少量碳酸盐，为煅烧纳米尖晶石材料提供微孔。

[0012]作为优选，步骤(1)中，所述纳米金属氧化物颗粒为纳米氧化镁、纳米氧化锌、纳米氧化锰、纳米氧化铁中的一种或多种。

[0013]具体操作时可以通过添加不同的纳米金属氧化物颗粒的比例来调整最终纳米尖晶石材料性能。

[0014]作为优选，步骤(2)中，所述pH调节剂为柠檬酸和柠檬酸钠。

[0015]步骤(2)中，pH调节是为了水解反应能够更加充分，而选用柠檬酸则是为了将有害重金属元素在第二次脱水过程中去除。缓冲液除了调节pH之外，偏酸性环境下，柠檬酸根还能够络合一些有害重金属元素，在后续加入絮凝剂后脱水过程中排除重金属元素。

[0016]虽然球磨后的物料体系粒径小，但体系中有大量的Al(OH)3，起到了絮凝剂的作用，使物料团聚，方便脱水。

[0017]作为优选，所述二次脱水的方法为离心脱水，所述二次脱水料的含水量为5-10%。

[0018]作为优选，步骤(3)中，所述干燥的工艺为：50-60℃条件下干燥至含水量低于2%。

[0019]生坯含水量过高容易在煅烧时开裂，本方案先将生坯烘干至水量低于2%，再送入煅烧设备中煅烧。煅烧设备可以是任何能够满足煅烧温度需求的设备，例如回转窑、电窑等等。

[0020]作为优选，步骤(4)煅烧的工艺为：室温-300℃按3-5℃/min速率升温，300-1000℃按5-8℃/min速率升温，1000-终温按8-15℃/min速率升温，保温10-30min;所述终温为1250-1550℃。

[0021]作为优选，步骤(4)中，冷却的速率为0.5-5℃/s。

[0022]冷却速率过快，尤其是刚煅烧完时，冷却速率过快会导致暗裂纹生成，甚至是直接开裂报废。暗裂纹可能是由于冷却速率过快还会引起晶粒与晶界上的玻璃相收缩差异大引起。

[0023]室温-300℃按3-5℃/min速率升温，为了充分将生坯中的残留水分排出，防止水分造成开裂;300-1000℃温段大部分氢氧化物、碳酸盐分解，按5-8℃/min速率升温能够保证气体或水分均匀溢出，获得良好的微孔分布效果;1000-终温按8-15℃/min速率升温是为了快速形核，使形核数量多，同时保温时间不宜过长，防止晶粒过分长大或微孔过大，超出纳米经尺度。

[0024]一种用于利用铝灰无害化处理生产纳米尖晶石的制备工艺的装备，该装备包括按纳米尖晶石的制备工艺物料流转顺序依次连接的：预处理桶、第一脱水机、配料桶、球磨机、第二脱水机、气洗部件、成型设备、干燥设备、煅烧设备、冷却设备。

[0025]本方案所述利用铝灰无害化处理生产纳米尖晶石的制备工艺物料流转过程为：铝灰进入到预处理桶，处理完成通入第一脱水机，第一次脱水完成重新稀释后进入配料桶，配料完成后进入球磨机，球磨完成进入第二脱水机，第二次脱水完成进入气洗部件，随后进入成型设备，成型后进入干燥设备，干燥后进入煅烧设备，煅烧完成后进入冷却设备，冷却后获得成品。上述各部分之间的物料流转，即各设备之间的连接均通过常规的管道、绞龙或传送设备实现。

[0026]作为优选，所述预处理桶包括桶体、热风管、尾气收集口、进料口与出料口，所述热风管环绕桶体，所述进料口设于桶体上端，所述出料口设于桶体底部;所述尾气收集口设于桶体顶端。

[0027]作为优选，所述热风管包括连接冷却设备的进风口和连接干燥设备的出风口。

[0028]作为优选，所述热风管为焊接于桶体的半圆管。

[0029]作为优选，所述气洗部件包括连接第二脱水机的水平绞龙和连接成型设备的筒体，所述水平绞龙与筒体通过焊接连接;所述筒体底部设有通气孔。

[0030]热水能够促进反应发生，本方案对预处理桶进行了设计。预处理桶表面焊接环绕筒体的半圆管，即筒体本身为热风管管壁。本方案通过气冷为煅烧后的纳米尖晶石材料降温，空气从纳米尖晶石材料出料端进入冷却装置为纳米尖晶石材料降温，这过程加热了空气。加热后的热空气从冷却装置的进料端引入通过热风管进风口引入环绕筒体的热风管中。热空气在热风管的流动过程能够为预处理桶中的水加热，促进水解反应的发生，同时逸出氨气。这样的设计也充分利用了余热，节约能源。热风管通过引风设备将冷却设备中的热风抽出。通过对热风管的空气流速控制，可以控制冷却设备中的冷却速率、干燥设备中的干燥速率。鉴于冷却设备中高温段为与煅烧炉连接段，此处冷却速率不宜过快，否则易产生暗裂纹甚至直接开裂。因此，热风管流速应控制在1-4m3/S。

[0031]为了防止物料沉积板结，预处理桶还可以设置一些搅拌器、超声设备等。其中超声设备还能够起到促进反应的效果。热风管的出风口连接生坯的干燥设备，出风口温度仍有70℃左右，且较为干燥，可以用于烘干生坯(生坯烘干温度约为50-70℃，大约烘30-60min，能将坯体水分烘至1-2%)。

[0032]二次脱水料进入到气洗部件的水平绞龙中，通过水平绞龙向筒体方向转运，再通过重力作用进入到成型设备中。二氧化碳气体从筒体底部进入，顺着筒体进入到水平绞龙中，并在第二脱水机中逸散。这过程中，水平绞龙能够带动物料翻转，使得二氧化碳能够与二次脱水料充分接触，提高反应效率。

[0033]相比于现有技术，本方案的优势为：

工艺上：通过在预处理能够有效去除铝灰中的含卤盐、重金属，使得尖晶石固相反应的铝灰具有更加受控的成分组成;掺入了淀粉，作为粘接剂和造孔剂，能够在煅烧时完全反应，且不引入新的元素，同时淀粉颗粒作为一个凝聚核，有利于二次脱水;通过气洗工艺，调节了二次脱水料的pH，引入了少量碳酸盐，为煅烧后的纳米尖晶石材料提供了更多的微气孔结构，提高保温效果;煅烧工艺的设计能够调节纳米尖晶石材料中的微孔和晶粒大小，使得纳米尖晶石材料具有更好地耐火度;

设备上：利用了冷却余热为预处理桶加热，随后对生坯进行烘干，充分应用了余热，具有节能环保的效果;设计了气洗装置，能够在转运二次脱水料过程中实现的pH和组成上的调节。

附图说明

[0034]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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发明的一些实施例，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。

[0035]图1为本发明的装备示意图。

[0036]图2为本发明预处理桶的结构图。

[0037]图3为本发明预处理桶结构图的剖面图。

[0038]图4为本发明气洗部件的结构图。

[0039]图5为本发明气洗部件的剖面图。

[0040]图中：1、预处理桶，2、第一脱水机，3、配料桶，4、球磨机，5、第二脱水机，6、气洗部件，7、成型设备，8、干燥设备，9、煅烧设备，10、冷却设备，1-1、尾气收集口，1-2进料口、1-3热风管、1-3-1进风口、1-3-2出风口、1-4出料口、1-5桶体、6-1筒体、6-2水平绞龙、6-3通气孔、6-4第二脱水机出料口、6-5成型设备进料口。

具体实施方式

[0041]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0042]实施例1，一种利用铝灰无害化处理生产纳米尖晶石的制备工艺，结合图1所示，包括以下步骤：

步骤(1)铝灰预处理：将铝灰与水按质量比为1:15的比例配入到预处理桶1中，搅拌反应3h后通过第一脱水机2进行第一次脱水，第一次脱水后固含量为90%，得预处理料;

步骤(2)配料：将预处理料倒入配料桶3，加入铝灰配重计的3%的淀粉，45%的纳米金属氧化物颗粒，12%的硫酸铝，30%的偏铝酸钠，加水至固含量为8%，加入pH柠檬酸调节pH至7，搅拌8min后通入到球磨机4中加水球磨2h，通过第二脱水机5二次脱水后得到含水量为8%的二次脱水料;

步骤(3)气洗成型：二次脱水料进入到气洗部件6中，在二次脱水料中通入二氧化碳，随后进入到成型设备7中挤出成型，成型后进入干燥设备8，在60℃条件下干燥至含水为1.5%的生坯;

步骤(4)煅烧：将生坯送入煅烧设备9中煅烧，煅烧的工艺为：室温-300℃按3℃/min速率升温，300-1000℃按5℃/min速率升温，1000-1350℃按12℃/min速率升温，保温30min，煅烧完成后送入冷却设备10，以1℃/s的冷却速率冷却后得到纳米尖晶石材料;

所述纳米金属氧化物颗粒为质量比1:1:1的纳米氧化镁，纳米氧化锌和纳米氧化锰。

[0043]如图2所示为本发明预处理桶1的结构图，预处理桶1包括桶体1-5，热风管1-3，尾气收集口1-1，进料口1-2与出料口1-4，所述热风管1-3环绕桶体1-5，所述进料口1-2设于桶体1-5上端，所述出料口1-4设于桶体1-5底部;所述尾气收集口1-1设于桶体1-5顶端。铝灰从进料口1-2进入桶体1-5，步骤(1)的铝灰预处理反应在桶体1-5中进行，反应后生成的氨气以及其他尾气通过尾气收集口1-1集中处理，反应完成的出料口1-4进入到第一脱水机2。如图3所示，结合图1可见，热风管1-3的进风口1-3-1连接冷却设备10，出风口1-3-2连接干燥设备8，热风管1-3为焊接于桶体1-5的半圆管。热风管1-3进风口1-3-1连接冷却设备10，冷却设备10中的热空气自热风管1-3进风口1-3-1进入到热风管1-3，热风管1-3环绕桶体1-5，热风管1-3中的热空气能够加热桶体1-5，进而能够提高预处理桶1中水体的温度，促进反应。热风管1-3中的热空气为桶体1-5加热后从出风口1-3-2进入到干燥设备8，正好能够满足干燥生坯所需的温度，能源效率较高。

[0044]如图4、图5所示，气洗部件6包括连接第二脱水机出料口6-4的水平绞龙6-2和连接成型设备进料口6-5的筒体6-1，水平绞龙6-2与筒体6-1通过焊接连接;所述筒体6-1底部设有通气孔6-3，二氧化碳即通过通气孔6-3进入气洗部件6。通过第二脱水机5二次脱水后得到的二次脱水料在第二脱水机出料口6-4进入到水平绞龙6-2中，由于气洗部件6通有二氧化碳气体，水平绞龙6-2转运二次脱水料将其翻转推进，二次脱水料能够充分接触二氧化碳，直至落入筒体6-1，落入筒体6-1即进入到成型设备进料口6-5，进而在成型设备7中成型。

[0045]实施例2，与实施例1的不同之处在于，步骤(1)中，铝灰与水按质量比为1:10;步骤(2)中加入铝灰配重计的1%的淀粉，60%的纳米金属氧化物颗粒，10%的硫酸铝，40%的偏铝酸钠。

[0046]实施例3，与实施例1的不同之处在于，步骤(2)中加入铝灰配重计的5%的淀粉，60%的纳米金属氧化物颗粒，15%的硫酸铝，40%的偏铝酸钠;步骤(4)中，煅烧的工艺为：室温-300℃按5℃/min速率升温，300-1000℃按8℃/min速率升温，1000-1550℃按15℃/min速率升温，保温10min;冷却速率为5℃/s。

[0047]对比例1，与实施例1的不同之处在于，未进行预处理，具体为：

步骤(1)配料：在配料桶3中将铝灰与以铝灰配重计的：3%的淀粉，45%的纳米金属氧化物颗粒，12%的硫酸铝，30%的偏铝酸钠混合，加水至固含量为8%，加入pH柠檬酸调节pH至7，搅拌8min后通入到球磨机4中加水球磨2h，通过第二脱水机5二次脱水后得到含水量为8%的二次脱水料;

步骤(2)气洗成型：二次脱水料进入到气洗部件6中，在二次脱水料中通入二氧化碳，随后进入到成型设备7中挤出成型，成型后进入干燥设备8，在60℃条件下干燥至含水为1.5%的生坯;

步骤(3)煅烧：将生坯送入煅烧设备9中煅烧，煅烧的工艺为：室温-300℃按3℃/min速率升温，300-1000℃按5℃/min速率升温，1000-1350℃按12℃/min速率升温，保温30min，煅烧完成后送入冷却设备10，以1℃/s的冷却速率冷却后得到纳米尖晶石材料;

所述纳米金属氧化物颗粒为质量比1:1:1的纳米氧化镁，纳米氧化锌和纳米氧化锰。

[0048]对比例2，与实施例1的不同之处在于，不经过气洗，即通气孔6-3关闭。

[0049]对比例3，与实施例1的不同在于，未用柠檬酸或柠檬酸盐进行pH调节，而选用醋酸和碳酸氢钠作为pH调节剂。

[0050]对比例4，与实施例1的不同在于，步骤(2)配料中未加入淀粉。

[0051]对比例5，与实施例1的不同在于，冷却速率为8℃/s。

[0052]对比例6，与实施例1的不同在于，步骤(3)煅烧：将生坯送入煅烧设备9中煅烧，煅烧的工艺为：室温-300℃按6℃/min速率升温，300-1000℃按3℃/min速率升温，1000-1350℃按3℃/min速率升温，保温1h，煅烧完成后送入冷却设备10，以1℃/s的冷却速率冷却后得到纳米尖晶石材料。

[0053]选用的铝灰主要成分见表1所示：

表1

[0054]实施例1-3和对比例1-5成型生坯的模具截面尺寸为20mm×15mm，成型时截取长度为30mm，制备的成品性能检测结果见表1。主要检测项目有生坯Cl含量检测、耐火度检测、收缩率检测、重金属含量检测。

[0055]生坯Cl含量检测：未烘干生坯取样滴定，测得生坯Cl含量;

耐火度检测：将制备的纳米尖晶石材料分五个温度，重新加热至1300℃及以上，加热速率为20℃/min，观察是否出现变化或破损;

收缩率检测：制备的纳米尖晶石材料与生坯的体积变化比例;

重金属含量检测：将制备的纳米尖晶石材料破碎，通过荧光分析获得。

[0056]结果见表2所示。

[0057]表2

[0058]从实施例1-3与对比例1-6的结果分析，本方案能够提高纳米尖晶石材料的耐火度，且能够去除纳米尖晶石材料中的重金属。

[0059]对比例1未经预处理，铝灰中存在的卤素导致耐火度较实施例1低。对比例2未经气洗，残留的偏铝酸根、氨气等物质可能影响了固相反应起始温度，例如氨气与二次脱水料残留水反应生成的铵根离子会与残留的钙、镁、锌等离子发生络合反应，生成低熔点的络合物，使固相反应提前，晶粒变得粗大，导致晶界上的裂纹萌生更容易。晶粒变得粗大也是纳米尖晶石材料收缩变大的原因之一，收缩偏大在一定程度可以作为耐火度降低的参考指标。同时偏铝酸根在二次脱水料残留的水分中呈游离态，在后续干燥过程中会随着水分蒸发偏析，这会导致固相反应局部异常，即引入了副反应，最终降低纳米尖晶石材料的耐火度。而实施例1经过气洗能抑制络合反应，引入碳酸盐，高温反应时生成微孔结构，能够抑制裂纹扩张;同时使偏铝酸根转化为氢氧化铝，抑制偏析，使得固相反应可控性更强，提高纳米尖晶石材料的耐火度。对比例3选用了醋酸，醋酸为一元酸，无法去除重金属，重金属对耐火度的影响可能是因为在煅烧过程的高温固相反应中，重金属会进入到尖晶石晶体中，使晶格发生畸变，容易成为裂纹源。且纳米尖晶石材料物相组成一致性越高，耐火度越高，而重金属掺杂会导致一致性下降，尤其是相邻相的热收缩性能不同，在使用过程中导致微裂纹萌生。实施例1选用的柠檬酸有多元羧基，能够与重金属络合，在脱水过程去除绝大部分重金属元素，因此具有更好的耐火度。对比例4未加入淀粉导致成型效果不佳，使得干燥后生坯表面存在一定的微裂纹，使得耐火度下降。对比例5和对比例6均是不合理的煅烧工艺导致耐火度低。对比例5较实施例1冷却快，表面收缩不一致产生应力，进而萌生微裂纹;对比例6相较于实施例1生成晶粒过大，如上所述，裂纹萌生和扩张更加容易，且对比例6气孔率低，导致该纳米尖晶石材料相对于实施例1保温效果更差。

说明书附图(5)