CN105271327A

CN105271327A - 一种铝灰无害化处理并回收利用的方法

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Publication number: CN105271327A
Application number: CN201410499871.2A
Authority: CN
Inventors: 谢刚; 姚云; 田林; 谢天鉴; 于站良; 和晓才; 周扬民; 施辉献; 许娜
Original assignee: Kunming Metallurgical Research Institute
Current assignee: Yunnan Wenshan Aluminum Co ltd
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2034-09-26
Also published as: CN105271327B

Abstract

本发明公开了一种铝灰无害化处理并回收利用的方法，包括原料水浸脱氮和氯、焙烧脱氟、碱熔融烧结、烧结料溶出、净化除杂步骤，以金属铝冶炼过程中产生的铝灰为原料，经过二次处理回收金属铝、水浸脱除氮化物、焙烧脱除氟化物、碱熔融烧结、烧结料溶出、铝酸钠溶液脱除杂质后作为生产砂状氧化铝原料。铝灰无害处理过程中产生的氨气可作氨盐生产原料，产生的氯化液可作为氯化盐生产原料，焙烧过程中生产的氟化硅气体采用水溶液吸收。本发明简单易行，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。

Description

一种铝灰无害化处理并回收利用的方法

技术领域

本发明属于冶金环保技术领域，具体涉及一种将危废物质铝灰无害化处理并通过碱烧结处理溶出除杂后作为生产砂状氧化铝原料的方法。

背景技术

铝灰产生于电解原铝、铸造铝产品、铝合金精炼等铝发生熔融的生产工序。铝灰中含铝量在10%~80%不等，其中的铝约占铝生产使用过程中总损失量的1%~12%，主要含有铝浮渣、氮化物、NaCl、KCl、氟化物、氧化铝和铝的混合物等。据权威研究机构预期，中国每年将产生600~850万吨的铝灰，并呈逐年增大的趋势。有此可见，每年产生铝灰的量很大，堆积占用土地，污染环境；另一方面，铝灰是一种可再生的资源，但一直没得到足够的重视，成为破坏环境的一个因素，随着经济的发展，废铝积蓄量的逐年大幅度增加，如果不进行无害化处理，寻找经济有效、环保的方法加以处理，将越来越突显其对环境的严重威胁。我国目前铝渣处理回收率低，能量消耗大和浪费大，应大力发展新技术和采用国外的先进技术、设备来改变这一落后状态，研究和开发综合有效加工处理工业铝渣、铝灰技术，对于提高企业的经济效益，保护生态环境具有很重要的现实意义和实用价值。

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，因此如何经济有效地无害化处理并综合回收利用铝灰将对我国电解铝工业产生重要意义。

云南某铝解厂产生的三种铝灰成份和物相分析如表1和表2所示：

表1：铝灰1#、2#、3#成分

	Al₂O₃(总铝)	SiO₂	Cl	F	Na	MgO	CaO	Fe	K	NH₄
											1#	75.60	3.77	7.12	3.37	3.85	3.29	3.10	0.28	0.92	0.45
2#	72.15	2.30	6.95	3.19	4.43	4.68	2.54	0.25	0.91	0.72
											3#	81.04	5.60	5.34	2.73	3.77	2.15	1.38	0.46	0.63	0.22

表2：铝灰XRD分析结果：

	NaCl	α-Al₂O₃	β-Al₂O₃	AlN	Al	MgAl₂O₄	NaSiF₆
								1#	8.73	53.27		7.12	4.01	12.10	2.16
2#	11.51	50.11		4.68	2.73	17.12
								3#	9.51	46.47	4.38	16.62	2.13	7.63
	CaF₂	SiCl₄	SiO₂	KCl	FeO	其它
								1#	4.49	1.30		1.82		5.00
2#	5.72	1.32		1.78		5.00
								3#	5.23	1.01	5.43		0.59	1.00

由表1和表2可以看出，此种铝电解生产中产生的铝灰，危害环境的最主要元素是氯和氟，在铝灰堆存过程中，氯和氟将进入气相和水相中对人类的生存环境造成严重影响。所以必须对其进行无害化处理并加以回收利用。

目前铝灰的处理方法比较多，其主要分为三条路线进行处理。一种是铝灰经简单处理后返回铝电解过程中再次电解生产金属铝，这种方法看似可行，但是铝灰中的铝绝大数为晶格完好的α-Al₂O₃，其活性很差，在电解过程中虽然能被电解液溶解，然而将其电离需要比直接添加铝电解原料消耗更大的能量，这势必造成铝电解过程能耗增加，槽电压增大等问题。另一条路线是铝灰经酸法或碱法处理后，除杂，然后生产三氯化铝，硫酸铝等化工产品，这一类方法具有较大的发展前景，但使用铝灰生产这类化工产品仍处于研究阶段，还未实现工业化生产规模，且生产成本比已存在的生产方法的成本高。第三条路线为将铝灰用作生产建筑材料或耐火材料的原料，这种方法是非常经济综合回铝灰的方法，但由于铝灰中存在有害元素氟和氯等而限制了其发展。更重要的原因还在于，对于单个铝电解电厂来说，所产生的铝灰量相对较小，如果各自对其进行建厂处理，成本较高，但因铝灰为危废物质，很难将其运送出厂进行集中处理，所以铝灰在单个铝电解铝厂内以较低的成本进行简单处理达到无害化，作为安全物质运送出厂进行集中资源化利用处理是一条很有发展前影的路线，但目前还未见到相的知识产权及文献报导，这也是铝灰绿色经济资源化处理的极佳方法，具有极大的意义和价值。

为此，研制开发一种经济成本低，工艺流程简短的，可有效使铝灰无害化处理并综合回收利用的方法具有十分重要的意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种无害化处理铝灰回收利用的方法。

本发明的目的是这样实现的，包括原料水浸脱氮和氯、焙烧脱氟、碱熔融烧结、烧结料溶出、净化除杂步骤，具体包括：

A、来自铝冶炼过程中产生的铝灰加入自来水浸出处理除去全部氮，同时采用气体收集装置回收水浸过程中产生的氨气作为生产含氨化合物原料；

B、将经步骤A处理后的浆料进行液固分离，液相高效蒸发结晶回收作为生产氯化盐的原料，固相洗涤至中性后进行干燥处理得到氯含量小于0.01%的铝灰；

C、将经步骤B处理后的铝灰在750~1000℃焙烧使铝灰中的杂质氟脱除至含量低于0.2%，同时将焙烧设备接上气体收集装置使焙烧过程中反应产生的氟化物气体回收进入液相作为生氟化硅的原料；

D、将经步骤C处理后的铝灰加入按质量比为1:0.7~1.2的碱与铝灰混匀后，在750℃~1200℃下熔融烧结1~3h，冷却至常温得到烧结熟料；

E、将经步骤D处理得到的烧结熟料在液固比为4~9:1，温度为70℃~100℃，搅拌速度为100~200r/min的条件下溶出0.5~3.5h，得到溶出后的浆料；

F、将经步骤E处理得到的浆料液固分离，固相主要为含钙、镁、铁等氧化物组成的赤泥，对环境不造成危害，可随氧化铝生产过程中产生的赤泥堆存，浸出液除去铁、硅、钙等杂质后作为生砂状氧化铝的原料。

本发明的方法可使铝灰中微量杂质氮、氯和氟的含量低于0.01%~0.2%，达到无害化处理的目的，无害化处理过程中不产生三废物质。无害化处理后的铝灰经碱熔融烧结，水溶出，脱杂，液固分离使铝灰中的有价成份形成铝酸钠溶液作为生产砂状氧化铝的原料，达到了铝灰的资源化综合回收利用目的。铝灰目前属于国家明文规定的危险废物，已知的文献中未见到对其进行无害化处理的相关报道，与公知的技术相比本发明实属首创，具有很大的社会价值和经济环保效益。另外无害化处理后的铝灰具有大量不溶于酸和碱的α—Al₂O₃相无法直接返回铝冶炼厂直接利用，对其进碱烧结改性及相关处理后作为生产砂状氧化铝的原料，且铝灰中氧化铝回收率大于97%，公知的技术中未见相关报导，而铝灰中氧化铝的回收率远远高于用铝土矿作为原料生产砂状氧化铝时铝的回收率(铝士矿作为原料生产砂状氧化铝时铝的回收率仅大于80%)。所以与公知技术相比，本发明在危险废物铝灰的无害化处理并回收利用方取得了很大进步，具有很好的创新性。最后，与公知技术相比，本发明采用先进的微波焙烧及烧结技术，具很大的节能环保效益。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中为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换，均落入本发明保护范围。

本发明包括原料水浸脱氮和氯、焙烧脱氟、碱熔融烧结、烧结料溶出、净化除杂步骤，具体为：

所述A步骤中的液固比为4~8:1，温度为50~80℃，水浸3~5小时。

所述C步骤中的焙烧设备为回转窑、沸腾炉常规焙烧设备或微波设备，当采用回转窑、沸腾炉常规焙烧设备时，焙烧时间为2~4小时，当采用微波焙烧设备时，焙烧时为30~90分钟。

所述D步骤所加碱为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氧化钙其中的一种或两种以上的混合物在回转窑、沸腾炉常规焙烧设备或微波设备中烧结。

所述A、B和C步骤处理后铝灰中微量杂质氮、氯和氟的含量低于0.001%~0.2%，与铝土矿中要求的微量杂质含量相同，达到铝灰无害化处理的目的。

所述经D步骤处理的烧结过程使铝灰中既不溶于酸性溶液也不溶于碱性溶液的含量为50%左右的α-Al₂O₃变为水溶性的铝酸钠烧结熟料。

所述经E和F步骤处理的溶出过程使铝灰中铝的溶出率大97%。

实施例1

取100g铝灰，加入液固比为4:1，在50℃下水浸3h，水浸的同时用气体收集装置回收水浸过程中产生的氨气，然后液固分离并水洗至中性后在80℃下干燥24h，水浸过程中产生的液体回收用于蒸发结晶回收氯化盐。将干燥后的铝灰在密闭并带有气体收集装置的炉子中升温到800℃，保温2h后，停止保温，冷却到常温后，卸去收集装置，取出物料磨散。焙烧过程中产生的氟化物收集到回收装置中作为生产氟化物的原料。

取50g无害化处理后的铝灰，加入按质量比为1:0.9的氢氧化钠与铝灰混匀后，在750℃的条件下在常规炉子中烧结3h，待冷却至常温。将烧结料在液固比为5:1，温度为75℃，搅拌速度为100r/min的条件下水浸0.5h。将水浸液过滤，滤渣主要为含钙、镁、铁等氧化物组成的赤泥，对环境不造成危害，可随氧化铝生产过程中产生的赤泥堆存，浸出液除去铁、硅、钙等杂质后作为生产砂状氧化铝原料。处理后的铝灰中微量杂质氮、氯和氟的含量分别为0、0.024%、0.2%，经以上步骤溶出过程使铝灰中铝的溶出率为97%。

实施例２

取100g铝灰，加入液固比为6:1，在80^oC下水浸4h，水浸的同时用气体收集装置回收水浸过程中产生的氨气，然后液固分离并水洗至中性后在80^oC下干燥24h，水浸过程中产生的液体回收用于蒸发结晶回收氯化盐。将干燥后的铝灰在密闭并带有气体收集装置的炉子中升温到1000℃，保温1.5h后，停止保温，冷却到常温后，卸去收集装置，取出物料磨散。焙烧过程中产生的氟化物收集到回收装置中作为生产氟化物的原料。

取50g无害化处理后的铝灰，加入按质量比为1:1.2的氢氧化钠与铝灰混匀后，在750℃的条件下在常规炉子中烧结3h，待冷却至常温。将烧结料在液固比为4:1，温度为80℃，搅拌速度为200r/min的条件下水浸0.5h。将水浸液过滤，滤渣主要为含钙、镁、铁等氧化物组成的赤泥，对环境不造成危害，可随氧化铝生产过程中产生的赤泥堆存，浸出液除去铁、硅、钙等杂质后作为生产砂状氧化铝原料。处理后的铝灰中微量杂质氮、氯和氟的含量分别为0、0.015%、0.19%，经以上步骤溶出过程使铝灰中铝的溶出率为97.2%。

实施例3

取100g铝灰，加入液固比为8:1，在80^oC下水浸4h，水浸的同时用气体收集装置回收水浸过程中产生的氨气，然后液固分离并水洗至中性后在80^oC下干燥24h，水浸过程中产生的液体回收用于蒸发结晶回收氯化盐。将干燥后的铝灰在密闭并带有气体收集装置的炉子中升温到850℃，保温1.5h后，停止保温，冷却到常温后，卸去收集装置，取出物料磨散。焙烧过程中产生的氟化物收集到回收装置中作为生产氟化物的原料。

取50g无害化处理后的铝灰，加入按质量比为1:1的碳酸钠与铝灰混匀后，在1100^oC的条件下在常规炉子中烧结3h，待冷却至常温。将烧结料在液固比为9:1，温度为80℃，搅拌速度为200r/min的条件下水浸0.5h。将水浸液过滤，滤渣主要为含钙、镁、铁等氧化物组成的赤泥，对环境不造成危害，可随氧化铝生产过程中产生的赤泥堆存，浸出液除去铁、硅、钙等杂质后作为生产砂状氧化铝原料。处理后的铝灰中微量杂质氮、氯和氟的含量分别为0、0.01%、0.17%，经以上步骤溶出过程使铝灰中铝的溶出率为97.5%。

实施例4

取100g铝灰，加入液固比为8:1，在80^oC下水浸4h，水浸的同时用气体收集装置回收水浸过程中产生的氨气，然后液固分离并水洗至中性后在80℃下干燥24h，水浸过程中产生的液体回收用于蒸发结晶回收氯化盐。将干燥后的铝灰在密闭并带有气体收集装置的炉子中升温到1000℃，保温1h后，停止保温，冷却到常温后，卸去收集装置，取出物料磨散。焙烧过程中产生的氟化物收集到回收装置中作为生产氟化物的原料。

取50g无害化处理后的铝灰，加入按质量比为1:1的碳酸氢钠与铝灰混匀后，在1100℃的条件下在常规炉子中烧结3h，待冷却至常温。将烧结料在液固比为9:1，温度为80℃，搅拌速度为200r/min的条件下水浸0.5h。将水浸液过滤，滤渣主要为含钙、镁、铁等氧化物组成的赤泥，对环境不造成危害，可随氧化铝生产过程中产生的赤泥堆存，浸出液除去铁、硅、钙等杂质后作为生产砂状氧化铝原料。处理后的铝灰中微量杂质氮、氯和氟的含量分别为0、0.013%、0.2%，经以上步骤溶出过程使铝灰中铝的溶出率为97.6%。

实施例5

取100g铝灰，加入液固比为8:1，在80℃下水浸4h，水浸的同时用气体收集装置回收水浸过程中产生的氨气，然后液固分离并水洗至中性后在80℃下干燥24h，水浸过程中产生的液体回收用于蒸发结晶回收氯化盐。将干燥后的铝灰在密闭并带有气体收集装置的炉子中升温到1000℃，保温1h后，停止保温，冷却到常温后，卸去收集装置，取出物料磨散。焙烧过程中产生的氟化物收集到回收装置中作为生产氟化物的原料。

取50g无害化处理后的铝灰，加入按质量比为1:1的氢氧化钠、氧化钙（氢氧化钠与氧化钙的质量比为10:1）与铝灰混匀后，在1000℃的条件下在常规炉子中烧结3h，待冷却至常温。将烧结料在液固比为9:1，温度为80℃，搅拌速度为200rpm的条件下水浸0.5h。将水浸液过滤，滤渣主要为含钙、镁、铁等氧化物组成的赤泥，对环境不造成危害，可随氧化铝生产过程中产生的赤泥堆存，浸出液除去铁、硅、钙等杂质后作为生产砂状氧化铝原料。处理后的铝灰中微量杂质氮、氯和氟的含量分别为0、0.011%、0.2%，经以上步骤溶出过程使铝灰中铝的溶出率为97.4%。

Claims

1.一种铝灰无害化处理并回收利用的方法，其特征在于包括以下步骤：

E、将经步骤D处理得到的烧结熟料在液固比为4~9:1，温度为70^oC~100^oC，搅拌速度为100~200r/min的条件下溶出0.5~3.5h，得到溶出后的浆料；

F、将经步骤E处理得到的浆料液固分离，固相主要为含钙、镁、铁等氧化物组成的赤泥，浸出液除去铁、硅、钙等杂质后作为生砂状氧化铝的原料。

2.根据权利要求1所述的，其特征在于所述的A步骤中的液固比为4~8:1，温度为50~80^oC，水浸3~5小时。

3.根据权利要求1所述的铝灰无害化处理并回收利用的方法，其特征在于所述的C步骤中的焙烧设备为回转窑、沸腾炉常规焙烧设备或微波设备。

4.根据权利要求1所述的铝灰无害化处理并回收利用的方法，其特征在于所述的C步骤中，当采用回转窑、沸腾炉常规焙烧设备时，焙烧时间为2~4小时，当采用微波焙烧设备时，焙烧时间为30~90分钟。

5.根据权利要求1所述的铝灰无害化处理并回收利用的方法，其特征在于所述的D步骤所加碱为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氧化钙其中的一种或两种以上的混合物在回转窑、沸腾炉常规焙烧设备或微波设备中烧结。