CN102976372A - 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、纯碱、萤石和高铝粉煤灰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，本发明中的回转窑的煅烧反应区的温度仅为1200～1400℃，最终氧化铝熟料的物相主要有Na2O·Al2O3、2CaO·SiO2以及Na2O·Fe2O3等，氧化铝熟料冷却后再利用稀碱溶液溶出制得氧化铝产品。
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。本发明在回转窑内煅烧制备氧化铝熟料，通过控制石灰石、纯碱、萤石和高铝粉煤灰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，本发明中的回转窑的煅烧反应区的温度仅为1200～1400℃，最终氧化铝熟料的物相主要有Na2O·Al2O3、2CaO·SiO2以及Na2O·Fe2O3等，氧化铝熟料冷却后再利用稀碱溶液溶出制得氧化铝产品。
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、纯碱粉、萤石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，生料中粉煤灰的质量含量为25～50％，所述粉煤灰中氧化铝的质量含量为20～60％，生料中纯碱的质量含量为0～25％，生料中萤石的质量含量为0～15％；
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0.5～1mm。
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冷却，采用篦式冷却机冷却，将煅烧产物冷却在70～150℃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5-15℃/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1100～1500℃。
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：本发明利用回转窑制备氧化铝熟料，通过控制石灰石、纯碱粉、萤石和高铝粉煤灰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，本发明中的回转窑的煅烧反应区的温度为1100～1500℃，最终氧化铝熟料的物相主要有Na2O·Al2O3、2CaO·SiO2以及Na2O·Fe2O3等，氧化铝熟料冷却后再利用稀碱溶液溶出制得氧化铝产品。经过实验验证，氧化铝的转化率可以达到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、纯碱粉、萤石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，生料中粉煤灰的质量含量为25～50％，所述粉煤灰中氧化铝的质量含量为20～60％，生料中纯碱的质量含量为0～25％，生料中萤石的质量含量为0～15％；
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0.5～1mm。
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 产物进行冷却，采用篦式冷却机冷却，将煅烧产物冷却在70～150℃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1100～1500℃。
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及其它物料的混合物进行粉磨，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。在后续的第二旋风筒、第三旋风筒、第四旋风筒以及第五旋风筒内，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。在第五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。第一旋风筒的换热管道呈波浪状，是为了在该换热管道内带动生料向上运动时，能够与生料进行充分的换热。第一旋风筒的换热管道的长度为2～3m。
生料进入到回转窑进行煅烧。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，回转窑的煅烧反应区的温度为1250～1380℃。一般情况下，为保证CaO、Na2O、SiO2以及Al2O3尽量生成可溶于稀碱溶液的物相，需要控制反应区的温度在1200℃以上。在相对较低的温度下煅烧，混合物的煅烧产物氧化铝熟料的物相主要是Na2O·Al2O3、2CaO·SiO2以及Na2O·Fe2O3等，其中，经过实验验证，Al2O3的转化率可以达到70～95％。
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、纯碱粉、萤石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25.86％， 所述粉煤灰中氧化铝的质量含量为39.56％；石灰石的质量含量为51.72％，所述石灰石中氧化钙的质量含量为52.48％；纯碱的质量含量为13.79％；萤石的质量含量为8.63％；
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，生料在所述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、第四旋风筒以及第五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，第一旋风筒的换热管道呈波浪状，每一个换热管道内的高温烟气的风速均为40～45m/s，且每一个换热管道均为倾斜设置，与竖直方向呈28～32°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80°、76°、72°、68°、65°、62°，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，且各环吹装置内的高温烟气的风速依次减小，风速依次为16m/s、15.7m/s、15.4m/s、14m/s、13.6m/s、13m/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，第五旋风筒外设置有空气炮防止旋风筒内堵料，空气炮每隔40min开启一次；
步骤三、在第五旋风筒的出料口的位置还设置有一辅助进料口，通过辅助进料口加入的焦炭粉，焦炭粉的加入量为步骤一制备的生料的质量的3％，焦炭粉的粒度在0.5～5mm，经预热器预热的生料以及焦炭粉在回转窑内进行煅烧，煅烧温度在1250～1380℃，煅烧时间持续60min，煅烧结束；
步骤四、对步骤三的煅烧产物进行冷却，采用篦式冷却机冷却，将煅烧产物冷却至150℃以下，冷却速度为3℃/min，得到氧化铝熟料。
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27.54％，所述粉煤灰中氧化铝的质量含量为39.43％；石灰石的质量含量为50.78％，所述石灰石中氧化钙的质量含量为52.78％；纯碱的质量含量为13.78％；萤石的质量含量为7.9％；
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，生料在所述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、第四旋风筒以及第五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，第一旋风筒的换热管道呈波浪状，每一个换热管道内的高温烟气的风速均为55～60m/s，且每一个换热管道均为倾斜设置，与竖直方向呈28～32°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78°、72°、70°、67°、64°、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，且各环吹装置内的高温烟气的风速依次减小，风速依次为16m/s、15m/s、14m/s、13m/s、12m/s、11m/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，第五旋风筒外设置有空气炮防止旋风筒内堵料，空气炮每隔40min开启一次；
步骤三、在第五旋风筒的出料口的位置还设置有一辅助进料口，通过辅助进料口加入的焦炭粉，焦炭粉的加入量为步骤一制备的生料的质量的2％，焦炭粉的粒度在0.5～5mm，经预热器预热的生料以及焦炭粉在回转窑内进行煅烧，煅烧温度在1300～1360℃，煅烧时间持续40min，煅烧结束；
步骤四、对步骤三的煅烧产物进行冷却，采用篦式冷却机冷却，将煅烧产物冷却至150℃以下，冷却速度为3℃/min，得到氧化铝熟料。
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30％，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55％，所述石灰石中氧化钙的质量含量为52.78％；纯碱的质量含量为10％；萤石的质量含量为5％；
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，生料在所述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、第四旋风筒以及第五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，第一旋风筒的换热管道呈波浪状，每一个换热管道内的高温烟气的风速均为47～52m/s，且每一个换热管道均为倾斜设置，与竖直方向呈28～32°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78°、70°、67°、64°、62°、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，且各环吹装置内的高温烟气的风速依次减小，风速依次为15.5m/s、15.1m/s、14.6m/s、13.7m/s、13.1m/s、12.8m/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，第五旋风筒外设置有空气炮防止旋风筒内堵料，空气炮每隔40min开启一次；
步骤三、在第五旋风筒的出料口的位置还设置有一辅助进料口，通过辅助进料口加入的焦炭粉，焦炭粉的加入量为步骤一制备的生料的质显的4％，焦炭粉的粒度在0.5～5mm，经预热器预热的生料以及焦炭粉在回转窑内进行煅烧，煅烧温度在1280～1350℃，煅烧时间持续40min，煅烧结束；
步骤四、对步骤三的煅烧产物进行冷却，采用篦式冷却机冷却，将煅烧产物冷却至100℃以下，冷却速度为3℃/min，得到氧化铝熟料。
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，最终氧化铝熟料溶出率为 89％。
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 (7)
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、纯碱粉、萤石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，生料中粉煤灰的质量含量为25～50％，所述粉煤灰中氧化铝的质量含量为20～60％，生料中纯碱的质量含量为0～25％，生料中萤石的质量含量为0～15％；
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。
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，将篦式冷却机冷却后的煅烧产物继续冷却至70～200℃以下。
5.如权利要求4所述的氧化铝熟料的生产方法，其特征在于，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。
6.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1250～1380℃。
7.如权利要求1所述的氧化铝熟料的生产方法，其特征在于，所述各旋风筒外可设置有空气炮。
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