CN102951663B - 一种氧化铝熟料的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化铝熟料的生产方法。本发明在回转窑内煅烧制备氧化铝熟料，通过控制石灰石和高铝粉煤灰的配比以及窑外预分解预热、回转窑煅烧，通过控制预分解率、煅烧过程中的通风、煅烧温度、煅烧气氛等条件，实现对氧化铝熟料的物相的控制，本发明中的反应区的温度仅为1100～1500℃，最终氧化铝熟料的物相主要有CaO·Al2O3、2CaO·SiO2以及12CaO·7Al2O3等硅铝酸盐矿物。氧化铝熟料由于冷却过程中的晶型转变产生自粉化，自粉化后的氧化铝熟料再利用碱溶法制取成品氧化铝。
Description
技术领域
本发明涉及氧化铝熟料的生产技术领域，尤其涉及一种氧化铝熟料的生产方法。
背景技术
在内蒙古中西部地区和山西北部等地区，由于特殊的地质成矿背景，含铝矿物与煤层同时沉积形成高铝煤炭资源，不仅储量丰富，而且分布相对集中，远景资源量约1000亿吨。截止2008年底，已探明资源储量319亿吨，其中内蒙古自治区237亿吨，占探明储量的74％，燃烧后产生的粉煤灰中氧化铝含量在40％以上，是一种优质的铝土矿替代资源。
我国高铝粉煤灰年排放量约2500万吨，其中内蒙古中西部地区约1180万吨，占到了高铝粉煤灰资源的47％，若直接排放污染环境、浪费资源。而利用粉煤灰生产氧化铝，既实现了固体废弃物的资源化，同时也解决了粉煤灰排放、堆存所造成的环境污染，更避免了处置该废渣所带来的人力和财力上的浪费，最终实现循环经济、产业可持续发展。
目前，我国铝工业发展迅速，氧化铝生产规模不断扩大，我国已查明的铝土矿资源按照目前开采速度，资源保障年限约20年，远不能满足我国铝产业可持续发展的需要。我国自2000年开始大量进口铝土矿，铝资源的对外依存度高达50％。随着铝土矿资源的日益紧缺，铝土矿价格上涨和品位下降的问题日趋严重，部分企业甚至出现因铝土矿供应问题造成短期停产的现象。因此开发利用含铝非铝土矿资源替代部分铝土矿，有利于缓解国内铝土矿资源短缺的矛盾，对于增加有效供给，保障铝产业安全，增强铝产业可持续发展能力具有现实意义。
发明内容
针对上述技术问题，本发明设计开发了一种氧化铝熟料的生产方法。本发明公开了一种氧化铝熟料的生产方法。本发明在回转窑内煅烧制备氧化铝熟料，通过控制石灰石和高铝粉煤灰的配比以及煅烧过程中的通风、燃烧温度等条件，实现对氧化铝熟料的物相的控制，本发明中的反应区的温度为1100～1500℃，最终氧化铝熟料的物相主要有CaO·Al2O3、2CaO·SiO2以及12CaO·7Al2O3等。氧化铝熟料由于冷却过程中的晶型转变产生自粉化，自粉化后的氧化铝熟料再利用碱溶法就可以制取成品氧化铝。
本发明提供的技术方案为：
一种氧化铝熟料的生产方法，包括以下步骤：
步骤一、将粉煤灰与石灰石、萤石与石灰石按比例混合，并经粉磨的生料粉，其中，生料中粉煤灰的质量含量为20～50％，生料中萤石的质量含量为0～15％，所述粉煤灰中氧化铝的质量含量为20～60％；
步骤二、将所述步骤一得到的生料，输送至位于回转窑窑尾部位的预热器内，所述生料在所述预热器内的生产过程为：所述预热器包括有n个旋风筒及一个分解炉，其中，3≤n≤8，所述n个旋风筒和所述分解炉依照以下顺序逐个连通，第一个旋风筒至第n-1个旋风筒逐个连通，第n-1个旋风筒连通至所述分解炉，所述分解炉与第n个旋风筒连通，其中，所述n个旋风筒均连通有一个内部通有向上运动的高温烟气的换热管道，在所述第一个旋风筒的换热管道上连通有一个供所述生料进入所述预热器的进料管道，所述每一个换热管道内的高温烟气的风速为15～50m/s，且所述每一个换热管道为倾斜设置，与竖直方向呈0～90°角，所述n个旋风筒的底部均呈倒置的圆锥型，且从上到下锥角依次减小，锥角均为55～80°，所述第n个旋风筒的底部为出料口，所述出料口与所述回转窑连通，所述生料经过所述第一个旋风筒至第n-1个旋风筒中的各旋风筒、分解炉以及第n个旋风筒，进入所述回转窑；
步骤三、所述第n个旋风筒的出料口的位置还设置有一辅助进料口，通过所述辅助进料口加入的还原剂焦炭粉，所述焦炭粉的加入量为所述步骤一制备的生料的质量的0～20％，经所述预热器预热的生料以及焦炭粉在所述回转窑内进行煅烧，煅烧温度在1100～1500℃，煅烧时间持续5～60min，煅烧结束；
步骤四、对所述步骤三的煅烧产物进行冷却，得到氧化铝熟料。
优选的是，所述的氧化铝熟料的生产方法中，所述步骤二中，所述n个旋风筒上均设置有用于通入高温烟气的环吹装置，且从上到下环吹装置内的高温烟气的风速依次减小，风速在3～40m/s。
优选的是，所述的氧化铝熟料的生产方法中，所述步骤三中，所述焦炭粉的粒度在0.5～5mm。
优选的是，所述的氧化铝熟料的生产方法中，所述步骤四中，对所述步骤三的煅烧产物进行两个阶段的冷却，其中，第一阶段的冷却为：采用篦式冷却机冷却，将煅烧产物冷却在200～700℃，第二阶段的冷却为：采用G式冷却机，将篦冷机冷却后的煅烧产物继续冷却至70～200℃以下。
优选的是，所述的氧化铝熟料的生产方法中，所述第一阶段的冷却速度为5-1 5℃/min，第二阶段的冷却速度为10-20℃/min。
优选的是，所述的氧化铝熟料的生产方法中，所述步骤三中，煅烧温度为1150～1380℃。
优选的是，所述的氧化铝熟料的生产方法中，所述各旋风筒外可设置有空气炮。
本发明具有以下有益效果：本发明利用新型干法窑制备氧化铝熟料，通过控制石灰石和高铝煤的配比以及煅烧过程中的通风、煅烧温度、煅烧气氛等条件，实现对氧化铝熟料的物相的控制，本发明中的反应区的温度为1100～1500℃，最终氧化铝熟料的物相主要有CaO·Al2O3、2CaO·SiO2以及12CaO·7Al2O3等，氧化铝熟料由于冷却过程中的晶型转变产生自粉化，自粉化后的氧化铝熟料再利用碱溶法就可以制取成品氧化铝。经过实验验证，氧化铝熟料的自粉化率为75～90％，Al2O3的转化率可以达到70～95％。
附图说明
图1为本发明所述的氧化铝熟料的生产工艺流程；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照 说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供一种氧化铝熟料的生产方法，包括以下步骤：
步骤一、将粉煤灰、石灰石与萤石按比例混合，并经粉磨的生料粉，其中，生料中粉煤灰的质量含量为20～50％，生料中萤石的质量含量为0～15％；所述粉煤灰中氧化铝的质量含量为20～60％；
步骤二、将所述步骤一得到的生料，输送至位于回转窑窑尾部位的预热器内，所述生料在所述预热器内的生产过程为：所述预热器包括有n个旋风筒及一个分解炉，其中，3≤n≤8，所述n个旋风筒和所述分解炉依照以下顺序逐个连通，第一个旋风筒至第n-1个旋风筒逐个连通，第n-1个旋风筒连通至所述分解炉，所述分解炉与第n个旋风筒连通，其中，所述n个旋风筒均连通有一个内部通有向上运动的高温烟气的换热管道，在所述第一个旋风筒的换热管道上连通有一个供所述生料进入所述预热器的进料管道，所述每一个换热管道内的高温烟气的风速为15～50m/s，且所述每一个换热管道为倾斜设置，与竖直方向呈0～90°角，所述n个旋风筒的底部均呈倒置的圆锥型，且从上到下锥角依次减小，锥角均为55～80°，所述第n个旋风筒的底部为出料口，所述出料口与所述回转窑连通，所述生料经过所述第一个旋风筒至第n-1个旋风筒中的各旋风筒、分解炉以及第n个旋风筒，进入所述回转窑；
步骤三、所述第n个旋风筒的出料口的位置还设置有一辅助进料口，通过所述辅助进料口加入的还原剂焦炭粉，所述焦炭粉的加入量为所述步骤一制备的生料的质量的0～20％，经所述预热器预热的生料以及焦炭粉在所述回转窑内进行煅烧，煅烧温度在1100～1500℃，煅烧时间持续5～60min，煅烧结束；
步骤四、对所述步骤三的煅烧产物进行冷却，得到氧化铝熟料。
所述的氧化铝熟料的生产方法中，所述步骤二中，所述n个旋风筒上均设置有用于通入高温烟气的环吹装置，且从上到下环吹装置内的高温烟气的风速依次减小，风速在3～40m/s。
所述的氧化铝熟料的生产方法中，所述步骤三中，所述焦炭粉的粒度在0.5～5mm。
所述的氧化铝熟料的生产方法中，所述步骤四中，对所述步骤三的煅烧 产物进行两个阶段的冷却，其中，第一阶段的冷却为：采用篦式冷却机冷却，将煅烧产物冷却在200～700℃，第二阶段的冷却为：采用G式冷却机，将篦冷机冷却后的煅烧产物继续冷却至70～200℃以下。
所述的氧化铝熟料的生产方法中，所述第一阶段的冷却速度为5-15℃/min，第二阶段的冷却速度为10-20℃/min。
所述的氧化铝熟料的生产方法中，所述步骤三中，煅烧温度为1150～1380℃。
所述的氧化铝熟料的生产方法中，所述各旋风筒外可设置有空气炮。
利用立磨对高铝粉煤灰和石灰石的混合物进行粉磨，得到粒径小于80μm的煅烧生料。生料的粒径越小，意味着高铝粉煤灰和生石灰(即氧化钙)越容易发生反应，有助于降低反应所需的温度。
生料从第一旋风筒的换热管道所连通的进料管道进入，在该第一旋风筒内的换热管道内就与高温烟气进行逆流换热，并被向上运动的高温烟气带入到第一旋风筒内。在后续的旋风筒内，均通入有高温烟气，可以对从下降中的生料进行换热。生料在分解炉内发生进一步的升温。在各旋风筒的外部装设有空气炮装置，是为了防止预热器内部发生堵料。
生料进入到回收窑进行煅烧。在本发明中，回转窑的煅烧反应区的温度为1100～1500℃。进一步优选的是，煅烧反应区的温度为1150～1380℃。一般情况下，为保证CaO、SiO2以及Al2O3尽量生成可溶于低浓度碳酸钠溶液的物相，需要控制反应区的温度在1100℃以上。石灰石和高铝粉煤灰的质量配比为石灰石75％，高铝粉煤灰25％，在相对较低的温度下煅烧，混煤灰的煅烧产物(氧化铝熟料)的物相主要是CaO·Al2O3、2CaO·SiO2以及12CaO·7Al2O3等，其中，经过实验验证，熟料自粉化率为75～90％，Al2O3的转化率可以达到70～90％。氧化铝熟料在冷却过程中，由于氧化铝熟料中的硅酸二钙2CaO·SiO2(C2S)发生相变，即由β-C2S转变为γ-C2S，体积膨胀10％(比重由3.4变为3.1)，氧化铝熟料自行粉碎为细粉，以便后续溶出工作。冷却过程会影响到氧化铝熟料的自粉化率，因此，需要控制冷却温度和冷却速度。
以下给出实施例，实施例仅用作对发明内容进行描述，但是本发明并不 仅限于以下实施例。
实施例一
本实施例中氧化铝熟料的生产过程包括以下步骤：
步骤一、将粉煤灰与均化破碎好后的石灰石按比例混合，并利用立磨磨成粒径小于80μm的生料，其中，粉煤灰的质量含量为25％，所述粉煤灰中氧化铝的质量含量为38.46％，石灰石的质量含量为75％，所述石灰石中氧化钙的质量含量为51.28％，生料中萤石的质量含量为10％；
步骤二、将生料经均化库均化后，提升至位于回转窑窑尾部位的预热器内，生料在预热器内的生产过程为：预热器包括有由上到下依次连通的竖直设置的第一旋风筒、第二旋风筒、第三旋风筒、分解炉以及第四旋风筒，其中，第一旋风筒、第二旋风筒、第三旋风筒、分解炉以及第四旋风筒均连通有一个内部通有向上运动的高温烟气的换热管道，在第一旋风筒的换热管道上连通有一个供生料进入预热器的进料管道，每一个换热管道内的高温烟气的风速为25～30m/s，且每一个换热管道为倾斜设置，与竖直方向之间呈35°角，第一旋风筒、第二旋风筒、第三旋风筒、分解炉以及第四旋风筒的底部均呈倒置的圆锥型，且锥角依次减小，锥角依次为80°、75°、70°、65°、63°，第一旋风筒、第二旋风筒、第三旋风筒、分解炉以及第四旋风筒上均设置有用于通入高温烟气的环吹装置，且各环吹装置的高温烟气的风速依次减小，依次为10m/s、9m/s、8m/s、7m/s、6.5m/s，第四旋风筒的底部为出料口，出料口与回转窑连通，生料经过第一旋风筒、第二旋风筒、第三旋风筒、分解炉以及第四旋风筒，进入回转窑，各旋风筒外设置有空气炮以防止预热器内堵料，空气炮每隔30min开启一次；
步骤三、上述的在预热器出料口加入生料量3％粒度为0.5～1mm的焦炭粉，以保证氧化铝熟料煅烧时的还原气氛，经所述预热器预热的生料以及焦炭粉在所述回转窑内进行煅烧，煅烧温度在1250～1380℃，煅烧时间持续60min，煅烧结束；
步骤四、第一阶段冷却：篦冷机冷却，将氧化铝熟料冷却在550～650℃，第二阶段冷却：G式冷却机，将篦冷机冷却后的氧化铝熟料继续冷却至70～100℃以下，所述第一阶段的冷却速度为5-15℃/min，第二阶段的冷却速度为 10-20℃/min。
采用碱溶液对冷却后的氧化铝熟料进行溶出，最终氧化铝熟料中自粉化率为85％，熟料溶出率为78％。
实施例二
步骤一、在本实施例中，粉煤灰的质量含量为30％，所述粉煤灰中氧化铝的质量含量为39.21％，石灰石的质量含量为70％，所述石灰石中氧化钙的质量含量为52.39％，生料中萤石的质量含量为11％；
步骤二、将生料经均化库均化后，提升至位于回转窑窑尾部位的预热器内，生料在预热器内的生产过程为：预热器包括有由上到下依次连通的竖直设置的第一旋风筒、第二旋风筒、第三旋风筒、第四旋风筒、分解炉以及第五旋风筒，其中，第一旋风筒、第二旋风筒、第三旋风筒、第四旋风筒、分解炉以及第五旋风筒均连通有其内部通有向上运动的高温烟气的换热管道，在第一旋风筒的换热管道上连通有供所述生料进入预热器的进料管道，每一个换热管道内的高温烟气的风速为30～35m/s，每一个换热管道为倾斜设置，与竖直方向呈40°角，第一旋风筒、第二旋风筒、第三旋风筒、第四旋风筒、分解炉以及第五旋风筒的底部均呈倒置的圆锥型，且锥角依次减小，锥角依次为75°、70°、68°、65°、63°、60°，第一旋风筒、第二旋风筒、第三旋风筒、第四旋风筒、分解炉以及第五旋风筒上均设置有用于通入高温烟气的环吹装置，且高温烟气的风速依次减小，依次为9.5m/s、8m/s、7.5m/s、7m/s、6.5m/s、6m/s，第五旋风筒的底部为出料口，出料口与回转窑连通，生料经过第一旋风筒、第二旋风筒、第三旋风筒、第四旋风筒、分解炉以及第五旋风筒，进入回转窑，各旋风筒外设置有空气炮防止旋风筒内堵料，空气炮每隔30min开启一次；
步骤三、上述的在预热器出料口加入生料量2％粒度为0.5～1mm的焦炭粉，以保证氧化铝熟料煅烧时的还原气氛，经所述预热器预热的生料以及焦炭粉在所述回转窑内进行煅烧，煅烧温度在1300～1360℃，煅烧时间持续45min，煅烧结束；
步骤四、第一阶段冷却：篦冷机冷却，将氧化铝熟料冷却在200～230℃，第二阶段冷却：G式冷却机，将篦冷机冷却后的氧化铝熟料继续冷却至70～100 ℃以下，所述第一阶段的冷却速度为5-15℃/min，第二阶段的冷却速度为10-20℃/min。
本实施例中未说明的实施条件均与实施例一致。
采用碱溶液对冷却后的氧化铝熟料进行溶出，最终氧化铝熟料中自粉化率为82％，熟料溶出率为77％。
实施例三
步骤一、在本实施例中，粉煤灰的质量含量为27％，所述粉煤灰中氧化铝的质量含量为38.73％，石灰石的质量含量为73％，所述石灰石中氧化钙的质量含量为52.22％，生料中萤石的质量含量为13％；
步骤二、将生料经均化库均化后，提升至位于回转窑窑尾部位的预热器内，生料在预热器内的生产过程为：预热器包括有由上到下依次连通的竖直设置的第一旋风筒、第二旋风筒、第三旋风筒、第四旋风筒、第五旋风筒、第六旋风筒、分解炉以及第七旋风筒，其中，第一旋风筒、第二旋风筒、第三旋风筒、第四旋风筒、第五旋风筒、第六旋风筒、分解炉以及第七旋风筒均连通有其内部通有向上运动的高温烟气的换热管道，在第一旋风筒的换热管道上连通有供生料进入预热器的进料管道，每一个换热管道内的高温烟气的风速为32～38m/s，每一个换热管道均为倾斜设置，与竖直方向呈40°角，第一旋风筒、第二旋风筒、第三旋风筒、第四旋风筒、第五旋风筒、第六旋风筒、分解炉以及第七旋风筒的底部均呈倒置的圆锥型，且锥角依次减小，锥角依次为80°、75°、71°、68°、65°、63°、60°、57°，第一旋风筒、第二旋风筒、第三旋风筒、第四旋风筒、第五旋风筒、第六旋风筒、分解炉以及第七旋风筒上均设置有用于通入高温烟气的环吹装置，且高温烟气的风速依次减小，依次为10m/s、9m/s、8m/s、7m/s、6.5m/s、6m/s、5.5m/s、5m/s，第七旋风筒的底部为出料口，出料口与回转窑连通，生料经过第一旋风筒、第二旋风筒、第三旋风筒、第四旋风筒、第五旋风筒、第六旋风筒、分解炉以及第七旋风筒，进入回转窑，各旋风筒外设置有空气炮防止旋风筒内堵料，空气炮每隔30min开启一次；
步骤三、上述的在预热器出料口加入生料量4％粒度为0.5～1mm的焦炭粉，以保证氧化铝熟料煅烧时的还原气氛，经所述预热器预热的生料以及焦 炭粉在所述回转窑内进行煅烧，煅烧温度在1280～1350℃，煅烧时间持续20min，煅烧结束；
步骤四、第一阶段冷却：篦冷机冷却，将氧化铝熟料冷却在600～650℃，第二阶段冷却：G式冷却机，将篦冷机冷却后的氧化铝熟料继续冷却至180～200℃以下，所述第一阶段的冷却速度为5-15℃/min，第二阶段的冷却速度为10-20℃/min。
本实施例中未说明的实施条件均与实施例一致。
采用碱溶液对冷却后的氧化铝熟料进行溶出，最终氧化铝熟料中自粉化率为86％，熟料溶出率为82％。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (5)
1.一种氧化铝熟料的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将粉煤灰、萤石与石灰石按比例混合，并经粉磨得生料粉，其中，生料中粉煤灰的质量含量为20～50％，生料中萤石的质量含量为10～15％，所述粉煤灰中氧化铝的质量含量为20～60％；
步骤二、将所述步骤一得到的生料，输送至位于回转窑窑尾部位的预热器内，所述生料在所述预热器内的生产过程为：所述预热器包括有n个旋风筒及一个分解炉，其中，3≤n≤8，所述n个旋风筒和所述分解炉依照以下顺序逐个连通，第一个旋风筒至第n-1个旋风筒逐个连通，第n-1个旋风筒连通至所述分解炉，所述分解炉与第n个旋风筒连通，其中，所述n个旋风筒均连通有一个内部通有向上运动的高温烟气的换热管道，在所述第一个旋风筒的换热管道上连通有一个供所述生料进入所述预热器的进料管道，每一个换热管道内的高温烟气的风速为15～50m/s，且所述每一个换热管道为倾斜设置，与竖直方向呈35～40°角，所述n个旋风筒的底部均呈倒置的圆锥型，且从上到下锥角依次减小，锥角均为55～80°，所述第n个旋风筒的底部为出料口，所述出料口与所述回转窑连通，所述生料经过所述第一个旋风筒至第n-1个旋风筒中的各旋风筒、分解炉以及第n个旋风筒，进入所述回转窑；
步骤三、所述第n个旋风筒的出料口的位置还设置有一辅助进料口，通过所述辅助进料口加入还原剂焦炭粉，所述焦炭粉的加入量为所述步骤一制备的生料的质量的2～20％，经所述预热器预热的生料以及焦炭粉在所述回转窑内进行煅烧，煅烧温度在1100～1500℃，煅烧时间持续5～60min，煅烧结束；
步骤四、对所述步骤三的煅烧产物进行两个阶段的冷却，得到氧化铝熟料，其中，第一阶段的冷却为：采用篦式冷却机冷却，将煅烧产物冷却至200～700℃，所述第一阶段的冷却速度为5-15℃/min，第二阶段的冷却为：采用G式冷却机，将篦冷机冷却后的煅烧产物继续冷却至70℃以下，第二阶段的冷却速度为10-20℃/min。
2.如权利要求1所述的氧化铝熟料的生产方法，其特征在于，所述步骤二中，所述n个旋风筒上均设置有用于通入高温烟气的环吹装置，且从上到 下环吹装置内的高温烟气的风速依次减小，风速在3～40m/s。
3.如权利要求1所述的氧化铝熟料的生产方法，其特征在于，所述步骤三中，所述焦炭粉的粒度在0.5～5mm。
4.如权利要求1所述的氧化铝熟料的生产方法，其特征在于，所述步骤三中，煅烧温度为1150～1380℃。
5.如权利要求1所述的氧化铝熟料的生产方法，其特征在于，各旋风筒外设置有空气炮。
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