CN104261445B - 一种无害化处理铝灰并制备砂状氧化铝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无害化处理铝灰并生产砂状氧化铝的方法。本发明主要包括如下几个主要步骤：重熔、碱洗、干燥烧结、溶出、过滤提纯、碳分分解、焙烧，具体为以铝电解冶炼和粗铝精炼过程中产生的铝灰为原料，经过回收金属铝、碱洗脱杂、纯碱烧结、烧结熟料溶出、铝酸钠溶液深度除杂、碳分、氢氧化铝分离与洗涤、氢氧化铝焙烧、碳分母液蒸发等工序后处理后，得到砂状氧化铝产品。铝灰中的氟以氟化硅的形式排出后采用水溶液吸收。该发明工艺实现了铝灰的无害化处理，工艺简单，生产成本低，避免了铝灰造成的环境污染及资源浪费。

Description

一种无害化处理铝灰并制备砂状氧化铝的方法
技术领域
本发明属于冶金技术废弃物综合回收利用技术领域，具体涉及一种无害化处理铝灰并制备砂状氧化铝的方法。
背景技术
铝灰产生于电解原铝、铸造铝产品、铝合金精炼等发生铝熔融的生产工序，铝灰中铝约占铝生产使用过程中总铝损失量的1%~12%。铝灰中含铝量在10%~80%不等，主要含有铝浮渣、氮化物、NaCl、KCl、氟化物、氧化铝和铝的混合物。2008年国家环境保护部和发展和改革委员会将铝火法冶炼过程中产生的初炼炉渣、粗铝精炼加工过程中产生的盐渣、浮渣和铝火法冶炼过程中产生的易燃性撇渣列入《国家危险废物名录》，且随着我国电解铝产量、铝加工、废铝回收量的逐年增加，产生大量的铝灰，如不妥善处理，不仅浪费了资源，而且还污染环境。 为此，研制开发一种经济有效地无害化处理并综合回收利用铝灰的方法具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种无害化处理铝灰并制备砂状氧化铝的方法。
本发明的目的是这样实现的，重熔、碱洗、干燥烧结、溶出、过滤提纯、碳分分解、焙烧，具体为：
（1）重熔：铝灰加入高速处理系统中，控制系统的反应温度为650~900℃，实现金属铝与其他成分的有效分离，得到金属铝和剩余铝灰；
（2）碱洗：将经过步骤（1）处理后得到的剩余铝灰投入碱性溶液中，充分搅拌后置于微波反应器内，温度为50~120℃，碱洗1.5~2.5小时后过滤，得到滤液和滤渣；
（3）干燥烧结：然后将滤渣投入干燥箱内进行干燥，使得含水量≤14%，干燥后的滤渣按照质量比为1:1~2的比例与碱性物质混合后，置于回转窑内，控制回转窑的温度为750~1200℃，控制回转窑的转速为1~20m/h，最后于回转窑窑尾处回收烧结熟料；
（4）溶出：步骤（3）中得到的结熟料经破碎到D90≤0.5mm后，与碱溶液混合后，投入湿式球磨机内进行粉碎性溶出，熟料中的水溶性物质转入溶液，经过滤后得到粗铝酸钠溶液和滤渣；
（5）过滤提纯：往粗铝酸钠溶液中加入少量的石灰乳，充分搅拌混合，以除去铝酸钠溶液中的杂质，过滤后得到精铝酸钠溶液；
（6）碳分分解：精铝酸钠溶液中通入过量的二氧化碳气体，得到氢氧化铝沉淀，经过滤后，得到氢氧化铝固体，采用热水对氢氧化铝固体进行充分洗涤过滤、沉降分离后得到母液和氢氧化铝固体，母液返回步骤（6）中，实现其循环使用；
（7）焙烧：将步骤（6）中经沉降分离后得到的氢氧化铝固体置于焙烧炉内，控制焙烧温度为900~1200 oC，便可分解得到砂状氧化铝产品。
本发明可实现铝灰的资源化综合回收利用，同时可以制得砂状氧化铝产品。该方法简单易行，环保效益高，生产效率高，设备投资少，能耗低。能够实现危险废物的无害化、资源化处理。获得的产品能够应用于实际生产中。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明所作的任何变换，均落入本发明的保护范围。
包括如下步骤：重熔、碱洗、干燥烧结、溶出、过滤提纯、碳分分解、焙烧，具体为：
（1）重熔：铝灰加入高速处理系统中，控制系统的反应温度为650~900℃，实现金属铝与其他成分的有效分离，得到金属铝和剩余铝灰；
（2）碱洗：将经过步骤（1）处理后得到的剩余铝灰投入碱性溶液中，充分搅拌后置于微波反应器内，温度为50~120℃，碱洗1.5~2.5小时后过滤，得到滤液和滤渣；
（3）干燥烧结：然后将滤渣投入干燥箱内进行干燥，使得铝灰的含水量≤14%，干燥后的滤渣按照质量比为1:1~2的比例与碱性物质混合后，置于回转窑内，控制回转窑的温度为750~1200℃，控制回转窑的转速为1~20m/h，最后于回转窑窑尾处回收烧结熟料；
（4）溶出：步骤（3）中得到的熟料经破碎到D90≤0.5mm后，与碱溶液混合后，投入湿式球磨机内进行粉碎性溶出，熟料中的水溶性物质转入溶液，经过滤后得到粗铝酸钠溶液和滤渣；
（5）过滤提纯：往粗铝酸钠溶液中加入少量的石灰乳，充分搅拌混合，以除去铝酸钠溶液中的杂质，过滤后得到精铝酸钠溶液；
（6）碳分分解：精铝酸钠溶液中通入过量的二氧化碳气体，得到氢氧化铝沉淀，经过滤后，得到氢氧化铝固体，采用热水对氢氧化铝固体进行充分洗涤过滤、沉降分离后得到母液和氢氧化铝固体，母液返回步骤（6）中，实现其循环使用；
（7）焙烧：将步骤（6）中经沉降分离后得到的氢氧化铝固体置于焙烧炉内，控制焙烧温度为900~1200 oC，便可分解得到砂状氧化铝产品。
铝灰中含氟杂质经过所述步骤（3）处理后，氟元素以气态氟化硅的形式排出后采用水溶液吸收。
所述步骤（2）的碱性溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化锂溶液、碳酸钠溶液中的一种或者几种的混合物。
所述步骤（2）的碱性溶液的浓度为0.1g/L~10g/L。
所述步骤（3）的碱性物质为碳酸钠和氢氧化钠按照质量比为1:0.1~3进行混合的混合物。
所述步骤（4）的碱溶液的浓度为10g/L~50g/L。
实施例1
将铝灰装入铝灰高速处理系统中，控制系统的反应温度900oC，同时不断搅拌铝灰，金属铝汇聚到收集装置内。铝灰从高速处理系统中排出后，直接导入5g/L 的氢氧化钠溶液中，通过调节微波的功率控制碱洗温度50 oC。2.5h后将碱洗后的铝灰倒入过滤设备中进行过滤，而后将固相倒入干燥箱内进行干燥，干燥到含水量≤14％。干燥后的铝灰与碳酸钠按照比例1：1的比例进行混合，随后按照铝灰质量的20%添加氢氧化钠，置于回转窑内。保持回转窑窑头的温度为1200 oC，回转窑的转速为5m/h。最后得到烧结熟料。这时铝灰中的氟元素以气态氟化硅的形式排出后采用水溶液吸收。烧结熟料经破碎到D90≤0.5mm后，与氢氧化钠溶液混合后，投入湿式球磨机内进行粉碎性溶出。熟料中一些水溶性物质转入溶液体系，形成铝酸钠溶液，称为粗铝酸钠溶液。粗铝酸钠溶液经过滤后实现固液分离。经过滤后的铝酸钠溶液按照质量比加入5%的石灰乳，充分搅拌混合，进一步降低铝酸钠溶液中的杂质含量。随后过滤后得到精铝酸钠溶液。精铝酸钠溶液中通入过量的二氧化碳气体，得到氢氧化铝沉淀。经过滤后，得到氢氧化铝固体。采用热水对氢氧化铝沉淀进行充分洗涤，进一步提高氢氧化铝的纯度。氢氧化铝固体置于焙烧炉内，控制反应温度900℃，便可分解得到砂状氧化铝产品。
实施结果：砂状氧化铝的产品纯度为99.5%，铝灰的利用率达到了99%，氟元素的回收率达到了99%。
实施例2
将铝灰装入铝灰高速处理系统中，控制系统的反应温度650 oC，同时不断搅拌铝灰，金属铝汇聚到收集装置内。铝灰从高速处理系统中排出后，直接导入10 g/L 的氢氧化钠溶液中，通过调节微波的功率控制碱洗温度120 oC。1.5h后将碱洗后的铝灰倒入过滤设备中进行过滤，而后将固相倒入干燥箱内进行干燥。干燥后的铝灰与碳酸钠按照比例1：1的比例进行混合，随后按照铝灰质量的10%添加氢氧化钠，置于回转窑内。保持回转窑的温度为750 oC，回转窑的转速为20 m/h。最后得到烧结熟料。这时铝灰中的氟元素以气态氟化硅的形式排出后采用水溶液吸收。烧结熟料经破碎到D90≤0.5mm后，与氢氧化钠溶液混合后，投入湿式球磨机内进行粉碎性溶出。熟料中一些水溶性物质转入溶液体系，形成铝酸钠溶液，称为粗铝酸钠溶液。粗铝酸钠溶液经过滤后实现固液分离。经过滤后的铝酸钠溶液加入少量的石灰乳，充分搅拌混合，进一步降低铝酸钠溶液中的杂质含量。随后过滤后得到精铝酸钠溶液。精铝酸钠溶液中通入过量的二氧化碳气体，得到氢氧化铝沉淀。经过滤后，得到氢氧化铝固体。采用热水对氢氧化铝沉淀进行充分洗涤，进一步提高氢氧化铝的纯度。氢氧化铝固体置于焙烧炉内，控制反应温度为1200℃，便可分解得到砂状氧化铝产品。
实施结果：砂状氧化铝的产品纯度为99.3%，铝灰的利用率达到了98.5%，氟元素的回收率达到了99.5%。
实施例3
将铝灰装入铝灰高速处理系统中，控制系统的反应温度800 oC，同时不断搅拌铝灰，金属铝汇聚到收集装置内。铝灰从高速处理系统中排出后，直接导入8g/L 的氢氧化钠溶液中，通过调节微波的功率控制碱洗温度100oC。2h后将碱洗后的铝灰倒入过滤设备中进行过滤，而后将固相倒入干燥箱内进行干燥。干燥后的铝灰与碳酸钠按照比例1：1.8的比例进行混合，随后按照铝灰质量的50%添加氢氧化钠，置于回转窑内。保持回转窑的温度为1100 oC，回转窑的转速为13m/h。最后得到烧结熟料。这时铝灰中的氟元素以气态氟化硅的形式排出后采用水溶液吸收。烧结熟料经破碎到D90≤0.5mm后，与氢氧化钠溶液混合后，投入湿式球磨机内进行粉碎性溶出。熟料中一些水溶性物质转入溶液体系，形成铝酸钠溶液，称为粗铝酸钠溶液。粗铝酸钠溶液经过滤后实现固液分离。经过滤后的铝酸钠溶液加入少量的石灰乳，充分搅拌混合，进一步降低铝酸钠溶液中的杂质含量。随后过滤后得到精铝酸钠溶液。精铝酸钠溶液中通入过量的二氧化碳气体，得到氢氧化铝沉淀。经过滤后，得到氢氧化铝固体。采用热水对氢氧化铝沉淀进行充分洗涤，进一步提高氢氧化铝的纯度。氢氧化铝固体置于焙烧炉内，控制反应温度为1000 oC，便可分解得到砂状氧化铝产品。
实施结果：砂状氧化铝的产品纯度为99.4%，铝灰的利用率达到了98.8%，氟元素的回收率达到了99.3%。
实施例4
将铝灰装入铝灰高速处理系统中，控制系统的反应温度850 oC，同时不断搅拌铝灰，金属铝汇聚到收集装置内。铝灰从高速处理系统中排出后，直接导入5g/L 的氢氧化钠溶液中，通过调节微波的功率控制碱洗温度90 oC。2h后将碱洗后的铝灰倒入过滤设备中进行过滤，而后将固相倒入干燥箱内进行干燥。干燥后的铝灰与碳酸钠按照比例1：2.0的比例进行混合，随后按照铝灰质量的50%添加氢氧化钠，置于回转窑内。保持回转窑的温度为700 oC，回转窑的转速为9 m/h。最后得到烧结熟料。这时铝灰中的氟元素以气态氟化硅的形式排出后采用水溶液吸收。烧结熟料经破碎到D90≤0.5mm后，与氢氧化钠溶液混合后，投入湿式球磨机内进行粉碎性溶出。熟料中一些水溶性物质转入溶液体系，形成粗铝酸钠溶液。粗铝酸钠溶液经过滤后实现固液分离。经过滤后的铝酸钠溶液加入少量的石灰乳，充分搅拌混合，进一步降低铝酸钠溶液中的杂质含量。随后过滤后得到精铝酸钠溶液。精铝酸钠溶液中通入过量的二氧化碳气体，得到氢氧化铝沉淀。经过滤后，得到氢氧化铝固体。采用热水对氢氧化铝沉淀进行充分洗涤，进一步提高氢氧化铝的纯度。氢氧化铝固体置于焙烧炉内，控制反应温度为1200 oC，便可分解得到砂状氧化铝产品。
实施结果：砂状氧化铝的产品纯度为99.4%，铝灰的利用率达到了98.8%，氟元素的回收率达到了99.3%。

Claims (1)

1.一种无害化处理铝灰并制备砂状氧化铝的方法，其特征在于包括如下步骤：重熔、碱洗、干燥烧结、溶出、过滤提纯、碳分分解、焙烧，具体为：
（1）重熔：铝灰加入高速处理系统中，控制系统的反应温度为650~900℃，实现金属铝与其他成分的有效分离，得到金属铝和剩余铝灰；
（2）碱洗：将经过步骤（1）处理后得到的剩余铝灰投入碱性溶液中，充分搅拌后置于微波反应器内，温度为50~120℃，碱洗1.5~2.5小时后过滤，得到滤液和滤渣；碱性溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化锂溶液、碳酸钠溶液中的一种或者几种的混合物，碱性溶液的浓度为0.1g/L~10g/L；
（3）干燥烧结：然后将滤渣投入干燥箱内进行干燥，使得铝灰的含水量≤14%，干燥后的滤渣按照质量比为1:1~2的比例与碱性物质混合后，置于回转窑内，控制回转窑的温度为750~1200℃，控制回转窑的转速为1~20m/h，最后于回转窑窑尾处回收烧结熟料；碱性物质为碳酸钠和氢氧化钠按照质量比为1:0.1~3进行混合的混合物；铝灰中含氟杂质经步骤（3）处理后，氟元素以气态氟化硅的形式排出后采用水溶液吸收；
（4）溶出：步骤（3）中得到的熟料经破碎到D90≤0.5mm后，与浓度为10g/L~50g/L氢氧化钠溶液混合后，投入湿式球磨机内进行粉碎性溶出，熟料中的水溶性物质转入溶液，经过滤后得到粗铝酸钠溶液和滤渣；
（5）过滤提纯：往粗铝酸钠溶液中加入少量的石灰乳，充分搅拌混合，以除去铝酸钠溶液中的杂质，过滤后得到精铝酸钠溶液；
（6）碳分分解：精铝酸钠溶液中通入过量的二氧化碳气体，得到氢氧化铝沉淀，经过滤后，得到氢氧化铝固体，采用热水对氢氧化铝固体进行充分洗涤过滤、沉降分离后得到母液和氢氧化铝固体，母液返回步骤（6）中，实现其循环使用；
（7）焙烧：将步骤（6）中经沉降分离后得到的氢氧化铝固体置于焙烧炉内，控制焙烧温度为900~1200℃，便可分解得到砂状氧化铝产品。
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