CN106048241A - 热态铝灰金属铝回收及熔渣制备炼钢辅料的方法和设备 - Google Patents

热态铝灰金属铝回收及熔渣制备炼钢辅料的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种热态铝灰金属铝高效回收及熔渣制备炼钢辅料的方法和设备，方法包括以下步骤：将热态铝灰和改性剂添加进入铝灰熔分炉进行冶炼，熔渣相和金属相因密度差分层；熔渣从铝灰熔分炉出渣口倾倒出渣，熔渣从出渣口倒入熔渣冷却槽，高温熔渣冷却至常温，采用破碎机破碎至一定粒度出售用作炼钢辅料。出渣完成后，铝液从出铝口流出，在铝锭浇铸区浇铸处理获得铝锭，或经铝水转运包运输至温度保持炉内和电解铝液混合。铝锭可用于铝材或再生铝生产，熔渣所制备预熔渣等辅料可用于炼钢生产，不仅实现了铝灰的全部资源高附加值利用，同时也利用了热态铝灰的余热。

Description

热态铝灰金属铝回收及熔渣制备炼钢辅料的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种热态铝灰金属铝回收及熔渣制备炼钢辅料的方法和设备。
背景技术
我国是铝生产大国，2015年我国铝产生量3141万吨，世界铝产量为5642.6万吨，我国铝产量为世界的55.66％。铝灰是氧化铝电解、铸造、加工各阶段以及再生铝生产过程中产生的固废。目前我国原铝产量在3000万吨以上，其中再生铝在600万吨以上，按照氧化铝电解产生铝灰以3％，再生铝产生量以10％计算，我国每年铝灰产生总量明显在100万吨以上。
热态铝灰在高温冶炼炉中经扒渣产生，初始温度约为900℃，扒渣产生的铝灰中往往含有30％～40％的金属铝，40％～50％的Al2O3，10％左右的碱卤化合物，5％～10％的钙镁氧化物。由此可见，热态铝灰中主要成分为金属铝和氧化铝，其中金属铝含量往往高达30％以上，具有较高的铝金属回收价值，去除金属铝后氧化铝含量可进一步富集到70％以上具备制备氧化铝材料的物质基础。因此，总结可知铝灰具有较高的铝金属和氧化铝资源利用价值。
目前铝灰的处理实际应用的主要有压榨法、炒灰法，球磨—筛分等落后的生产工艺，采用上述工艺处理铝灰金属铝的回收率仅约60％～70％，金属铝回收率低，且处理后残灰往往以低品质的铝土矿等形式外售或堆弃，资源化利用价值有待于提高。
为提高铝灰的资源化利用价值，相关研究人员也进行了大量的研究工作，主要是针对铝灰中氧化铝资源的研究，如采用铝灰生产棕刚玉、氯化铝、硫酸铝等材料。但存在影响产品质量的杂质去除成本高等问题，因此多处于实验室阶段，还缺乏工业化应用的范例。
铝灰中含有较高的金属铝和氧化铝资源，可通过高温冶炼处理予以回收。金属铝熔点较低，但除金属铝外的物质以氧化铝为主熔点较高，对铝灰直接进行加热难以实现金属铝和其他成分的高效分离。因此需要采用专用高温冶炼设备对热态铝灰进行熔化，并添加改性剂使铝灰在相对较低的温度下形成以金属铝液和熔渣液两个液相。金属铝液和熔渣液因密度差形成分层，可望实现金属铝的高效回收，同时添加改性剂的熔渣可用作精炼渣等炼钢辅料，此外，热态铝灰的直接处理也实现了出渣时所附带的高温余热。
发明内容
本发明旨在一定程度上解决上述技术问题之一。本发明目的在于提出一种热态铝灰金属铝高效回收及熔渣制备炼钢辅料的方法。本发明的技术方案如下：
一种热态铝灰金属铝高效回收及熔渣制备炼钢辅料的方法，包括以下步骤：
(1)将热态铝灰和改性剂添加进入铝灰熔分炉进行冶炼，冶炼温度为1200～1600℃；
(2)高温条件下金属铝液汇集长大，改性剂和铝灰中氧化物形成熔渣，高温冶炼处理时间为40-90min，熔渣相和金属相分离；
(3)熔渣从铝灰熔分炉出渣口倾倒出渣，熔渣从出渣口倒入熔渣冷却槽，高温熔渣冷却至常温，采用破碎机破碎至一定粒度出售用作炼钢辅料。
(4)出渣完成后，铝液从出铝口流出，在铝锭浇铸区浇铸处理获得铝锭，或经铝水转运包运输至温度保持炉内和电解铝液混合。
其中，改性剂为以CaO为主要成分的物质，包括但不限于白灰、石灰石、电石渣等CaO含量高的物质，改性剂粒度为3mm以下，吨铝灰改性剂添加量为200～800kg；
其中，改性剂中CaO质量百分数占改性剂质量的80％以上，改性剂中铁氧化物FeXOy质量百分数低于1％，改性剂中MgO成分占改性剂质量的10％以下，SiO2成分占改性剂质量的12％以下；
其中，铝灰熔分炉冶炼过程中保持炉体密闭，熔分炉内熔池耐材采用碳基材料，冶炼过程中炉内通入包括但不限于氩气、氮气等惰性气体进行保护。
其中，高温冶炼处理时间为40～90min，冶炼终点温度为1200～1600℃；
其中，熔渣从出渣口倒入熔渣冷却槽，出渣部位设置挡渣球，熔渣冷却后采用破碎机破碎至3mm以下包装成袋，或20～50mm块状出售用作炼钢辅料；
其中，出渣完成后，调整铝灰熔分炉倾斜方向使铝液从出铝口流出进入铝锭铸造区直接铸造，或采用铝水转运包运输至铸造车间温度保持炉和电解铝液混合。
其中，熔渣制备炼钢辅料成分质量百分数满足CaO 10％～60％，Al2O3 30～65％，SiO2<10％，MgO<10％，FeO<1％。
一种热态铝灰金属铝高效回收及熔渣制备炼钢辅料的设备，包括铝灰熔分炉、炼钢辅料处理装置以及铝液后处理装置；其中铝灰熔分炉具有熔渣出渣口和出铝口；熔渣从所述出渣口倾倒出渣，熔渣从出渣口倒入炼钢辅料处理装置，处理后以用作炼钢辅料；铝液从出铝口流出，进入铝液后处理装置。
其中，炼钢辅料处理装置包括熔渣冷却槽和破碎机，熔渣从出渣口倒入熔渣冷却槽，熔渣冷却后采用破碎机破碎至3mm以下用作炼钢辅料，或破碎至20-50mm块状用作炼钢辅料。
其中，铝液后处理装置包括铝锭铸造装置，出渣完成后，调整铝灰熔分炉倾斜方向使铝液从出铝口流出进入铝锭铸造装置直接铸造；或者铝液后处理装置包括铝水转运包，铝水转运包将铝液运输至温度保持炉内和电解铝液混合。
附图说明
图1是热态铝灰金属铝高效回收及熔渣制备炼钢辅料的方法流程示意图。
注：1铝灰熔分炉，2出渣口，3熔渣冷却槽，4破碎机，5炼钢辅料，6出铝口，7铝锭铸造区，8铝锭，9铝水转运包，10温度保持炉
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明用，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1所示，取热态铝灰1吨和改性剂0.2吨添加进入铝灰熔分炉1进行冶炼。改性剂中CaO质量百分数占改性剂总质量的80％，改性剂中铁氧化物FeXOy质量百分数占改性剂总质量的0.2％，MgO成分占改性剂质量的10％，SiO2成分占改性剂质量的9.8％。采用电加热方式对铝灰熔分炉进行加热升温，加热过程中铝灰中金属铝熔化获得铝液，铝灰中氧化物等化合物和改性剂反应生成熔渣，冶炼时间为40min(分钟)，冶炼温度为1200℃，铝液和熔渣因密度差形成铝液金属相和熔渣相逐渐分层，铝液沉积在铝灰熔分炉1熔池底部，熔渣浮在上层。
冶炼完成后，首先进行出渣处理，熔渣经出渣口2出渣。熔渣从出渣口2流入熔渣冷却槽3，出渣部位设置挡渣球。熔渣经熔渣冷却槽3进行冷却处理后，采用破碎机4对冷却渣进行破碎至3mm以下包装成袋，或20～50mm块状出售用作炼钢辅料5。
出渣完成后，调整铝灰熔分炉1倾斜方向，铝液经出铝口6流入铝锭铸造区7，经铸造处理获得铝锭8；或采用铝水转运包9抽取铝灰熔分炉1中金属铝液，将金属铝液运输至温度保持炉10和电解铝液混合。
现以某铝厂的热态铝灰为例进行效果说明，该热态铝灰主要成分为：Al：38％，Al2O3：45％，SiO2：2％，MgO：3％，CaO：2％，其他。
处理所得熔渣主要成分：Al2O3：65％，CaO：24％，SiO2：4％，MgO：3.6％，FeO：0.16％，其他。
由实验结果可知，按照本发明使用热态铝灰可回收金属铝和炼钢辅料两种产品，1吨铝灰可生产获得0.36吨金属铝和0.78吨炼钢辅料。金属铝可用于铝材的铸造生产，炼钢辅料可用作炼钢生产用脱硫剂、造渣剂等产品，产品附加值高，能耗低，具有很高的经济应用价值。
实施例2
如图1所示，取热态铝灰1吨和改性剂0.4吨添加进入铝灰熔分炉1进行冶炼。改性剂中CaO质量百分数占改性剂总质量的95％，改性剂中铁氧化物FeXOy质量百分数占改性剂总质量的0.7％，MgO成分占改性剂质量的2％，SiO2成分占改性剂质量的2.3％。采用电加热方式对铝灰熔分炉进行加热升温，加热过程中铝灰中金属铝熔化获得铝液，铝灰中氧化物等化合 物和改性剂反应生成熔渣，冶炼时间为50min(分钟)，冶炼温度为1300℃，铝液和熔渣因密度差形成铝液金属相和熔渣相逐渐分层，铝液沉积在铝灰熔分炉1熔池底部，熔渣浮在上层。
冶炼完成后，首先进行出渣处理，熔渣经出渣口2出渣。熔渣从出渣口2流入熔渣冷却槽3，出渣部位设置挡渣球。熔渣经熔渣冷却槽3进行冷却处理后，采用破碎机4对冷却渣进行破碎至3mm以下包装成袋，或20～50mm块状出售用作炼钢辅料5。
出渣完成后，调整铝灰熔分炉1倾斜方向，铝液经出铝口6流入铝锭铸造区7，经铸造处理获得铝锭8；或采用铝水转运包9抽取铝灰熔分炉1中金属铝液，将金属铝液运输至温度保持炉10和电解铝液混合。
现以某铝厂的热态铝灰为例进行效果说明，该热态铝灰主要成分为：Al：35％，Al2O3：47％，SiO2：3％，MgO：3％，CaO：2％，其他。
处理所得熔渣主要成分：Al2O3：48％，CaO：38％，SiO2：2.8％，MgO：3.2％，FeO：0.12％，其他。
由实验结果可知，按照本发明使用热态铝灰可回收金属铝和炼钢辅料两种产品，1吨铝灰可生产获得0.33吨金属铝和1吨炼钢辅料。金属铝可用于铝材的铸造生产，炼钢辅料可用作炼钢生产用脱硫剂、造渣剂等产品，产品附加值高，能耗低，具有很高的经济应用价值。
实施例3
如图1所示，取热态铝灰1吨和改性剂0.5吨添加进入铝灰熔分炉1进行冶炼。改性剂中CaO质量百分数占改性剂总质量的86％，改性剂中铁氧化物FeXOy质量百分数占改性剂总质量的1％，MgO成分占改性剂质量的1％，SiO2成分占改性剂质量的12％。采用电加热方式对铝灰熔分炉进行加热升温，加热过程中铝灰中金属铝熔化获得铝液，铝灰中氧化物等化合物和改性剂反应生成熔渣，冶炼时间为60min(分钟)，冶炼温度为1400℃，铝液和熔渣因密度差形成铝液金属相和熔渣相逐渐分层，铝液沉积在铝灰熔分炉1熔池底部，熔渣浮在上层。
冶炼完成后，首先进行出渣处理，熔渣经出渣口2出渣。熔渣从出渣口2流入熔渣冷却槽3，出渣部位设置挡渣球。熔渣经熔渣冷却槽3进行冷却处理后，采用破碎机4对冷却渣进行破碎至3mm以下包装成袋，或20～50mm块状出售用作炼钢辅料5。
出渣完成后，调整铝灰熔分炉1倾斜方向，铝液经出铝口6流入铝锭铸造区7，经铸造处理获得铝锭8；或采用铝水转运包9抽取铝灰熔分炉1中金属铝液，将金属铝液运输至温度保持炉10和电解铝液混合。
现以某铝厂的热态铝灰为例进行效果说明，该热态铝灰主要成分为：Al：38％，Al2O3：47％，SiO2：4％，MgO：3％，CaO：1％，其他。
处理所得熔渣主要成分：Al2O3：42％，CaO：45％，SiO2：3.8％，MgO：3.1％，FeO：0.15％，其他。
由实验结果可知，按照本发明使用热态铝灰可回收金属铝和炼钢辅料两种产品，1吨铝灰可生产获得0.36吨金属铝和1.14吨炼钢辅料。金属铝可用于铝材的铸造生产，炼钢辅料可用作炼钢生产用脱硫剂、造渣剂等产品，产品附加值高，能耗低，具有很高的经济应用价值。
实施例4
如图1所示，取热态铝灰1吨和改性剂0.7吨添加进入铝灰熔分炉1进行冶炼。改性剂中CaO质量百分数占改性剂总质量的92％，改性剂中铁氧化物FeXOy质量百分数占改性剂总质量的0.3％，MgO成分占改性剂质量的5％，SiO2成分占改性剂质量的2.7％。采用电加热方式对铝灰熔分炉进行加热升温，加热过程中铝灰中金属铝熔化获得铝液，铝灰中氧化物等化合物和改性剂反应生成熔渣，冶炼时间为70min(分钟)，冶炼温度为1500℃，铝液和熔渣因密度差形成铝液金属相和熔渣相逐渐分层，铝液沉积在铝灰熔分炉1熔池底部，熔渣浮在上层。
冶炼完成后，首先进行出渣处理，熔渣经出渣口2出渣。熔渣从出渣口2流入熔渣冷却槽3，出渣部位设置挡渣球。熔渣经熔渣冷却槽3进行冷却处理后，采用破碎机4对冷却渣进行破碎至3mm以下包装成袋，或20～50mm块状出售用作炼钢辅料5。
出渣完成后，调整铝灰熔分炉1倾斜方向，铝液经出铝口6流入铝锭铸造区7，经铸造处理获得铝锭8；或采用铝水转运包9抽取铝灰熔分炉1中金属铝液，将金属铝液运输至温度保持炉10和电解铝液混合。
现以某铝厂的热态铝灰为例进行效果说明，该热态铝灰主要成分为：Al：33％，Al2O3：49％，SiO2：4％，MgO：3％，CaO：1％，其他。
处理所得熔渣主要成分：Al2O3：38％，CaO：51％，SiO2：3.2％，MgO：2.9％，FeO：0.1％，其他。
由实验结果可知，按照本发明使用热态铝灰可回收金属铝和炼钢辅料两种产品，1吨铝灰可生产获得0.31金属铝和1.2吨炼钢辅料。金属铝可用于铝材的铸造生产，炼钢辅料可用作炼钢生产用脱硫剂、造渣剂等产品，产品附加值高，能耗低，具有很高的经济应用价值。
尽管描述了本发明的实施例，本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
实施例5
如图1所示，取热态铝灰1吨和改性剂0.8吨添加进入铝灰熔分炉1进行冶炼。改性剂中CaO质量百分数占改性剂总质量的98％以上，改性剂中铁氧化物FeXOy质量百分数占改性剂总质量的0.4％，MgO成分占改性剂质量的0.8％，SiO2成分占改性剂质量的0.8％。采用电加热 方式对铝灰熔分炉进行加热升温，加热过程中铝灰中金属铝熔化获得铝液，铝灰中氧化物等化合物和改性剂反应生成熔渣，冶炼时间为90min(分钟)，冶炼温度为1600℃，铝液和熔渣因密度差形成铝液金属相和熔渣相逐渐分层，铝液沉积在铝灰熔分炉1熔池底部，熔渣浮在上层。
冶炼完成后，首先进行出渣处理，熔渣经出渣口2出渣。熔渣从出渣口2流入熔渣冷却槽3，出渣部位设置挡渣球。熔渣经熔渣冷却槽3进行冷却处理后，采用破碎机4对冷却渣进行破碎至3mm以下包装成袋，或20～50mm块状出售用作炼钢辅料5。
出渣完成后，调整铝灰熔分炉1倾斜方向，铝液经出铝口6流入铝锭铸造区7，经铸造处理获得铝锭8；或采用铝水转运包9抽取铝灰熔分炉1中金属铝液，将金属铝液运输至温度保持炉10和电解铝液混合。
现以某铝厂的热态铝灰为例进行效果说明，该热态铝灰主要成分为：Al：34％，Al2O3：46％，SiO2：4％，MgO：2％，CaO：3％，其他。
处理所得熔渣主要成分：Al2O3：30％，CaO：60％，SiO2：4％，MgO：3％，FeO：0.11％，其他。
由实验结果可知，按照本发明使用热态铝灰可回收金属铝和炼钢辅料两种产品，1吨铝灰可生产获得0.33吨金属铝和1.3吨炼钢辅料。金属铝可用于铝材的铸造生产，炼钢辅料可用作炼钢生产用脱硫剂、造渣剂等产品，产品附加值高，能耗低，具有很高的经济应用价值。

Claims (10)

1.一种热态铝灰金属铝高效回收及熔渣制备炼钢辅料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将热态铝灰和改性剂添加进入铝灰熔分炉进行冶炼，冶炼温度为1200-1600℃；
(2)高温条件下金属铝液汇集长大，改性剂和铝灰中氧化物形成熔渣，高温冶炼处理时间为40-90min，熔渣液相和金属铝液相分离；
(3)熔渣从铝灰熔分炉的出渣口倾倒出渣，熔渣从出渣口倒入熔渣冷却槽，冷却至常温以用作炼钢辅料；
(4)出渣完成后，铝液从铝灰熔分炉的出铝口流出，通过铝液后处理装置进行处理。
2.根据权利要求1-2之一所述的方法，其特征在于，改性剂为以CaO为主要成分的物质，优选改性剂包括但不限于白灰、石灰石和/或电石渣等CaO含量高的物质，改性剂粒度为30mm以下，一吨铝灰改性剂添加量为200-800kg。
3.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，改性剂中CaO质量百分数占改性剂总质量的80％以上，改性剂中铁氧化物FeXOy质量百分数占改性剂总质量的1％以下，改性剂中MgO成分占改性剂质量的10％以下，SiO2成分占改性剂质量的12％以下。
4.根据权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，铝灰熔分炉冶炼过程中保持炉体密闭，熔分炉内熔池耐材采用碳基材料，冶炼过程中炉内通入惰性气体进行保护，优选惰性气体包括但不限于氩气和/或氮气。
5.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，熔渣从出渣口倒入熔渣冷却槽，出渣部位设置挡渣球，熔渣冷却后采用破碎机破碎至3mm以下用作炼钢辅料，或破碎至20-50mm块状用作炼钢辅料。
6.根据权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，通过铝液后处理装置进行处理具体为：出渣完成后，调整铝灰熔分炉倾斜方向使铝液从出铝口流出进入铝锭铸造区直接铸造，或采用铝水转运包运输至温度保持炉内和电解铝液混合。
7.根据权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，熔渣制备炼钢辅料成分质量百分数满足CaO 10％～60％，Al2O3 30～65％，SiO2<10％，MgO<10％，FeO<1％。
8.一种热态铝灰金属铝高效回收及熔渣制备炼钢辅料的设备，包括铝灰熔分炉(1)、炼钢辅料处理装置以及铝液后处理装置；其中铝灰熔分炉(1)具有熔渣出渣口(2)和出铝口(6)；熔渣从所述出渣口(2)倾倒出渣，熔渣从出渣口倒入炼钢辅料处理装置，处理后以用作炼钢辅料；铝液从出铝口(6)流出，进入铝液后处理装置。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，炼钢辅料处理装置包括熔渣冷却槽(3)和破碎机(4)，熔渣从出渣口倒入熔渣冷却槽(3)，熔渣冷却后采用破碎机(4)破碎至3mm以下用作炼钢辅料，或破碎至20-50mm块状用作炼钢辅料。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，铝液后处理装置包括铝锭铸造装置，出渣完成后，调整铝灰熔分炉倾斜方向使铝液从出铝口流出进入铝锭铸造装置直接铸造；或者铝液后处理装置包括铝水转运包(8)，铝水转运包将铝液运输至温度保持炉内和电解铝液混合。
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