CN107597802A - 一种调压‑水热旋流工艺强化铝灰脱氮的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调压‑水热旋流工艺强化铝灰脱氮的方法，属环保材料领域。本发明分为灰/铝分离，喂料，脱氮，沉降过滤洗涤，干燥五个步骤。在步骤3中调节反应器内的水温和气体压力，施加旋流，控制氨气逸出速率，控制铝灰脱氮反应速率，提高铝灰脱氮效率；在步骤3中加入表面活性剂和促进剂，缩短脱氮时间，提升脱氮效果，处理后的粉体含氮量低于0.05％；步骤4中沉降过程中加入絮凝剂，使步骤3中铝灰中产生微细颗完全沉降；步骤5对脱氮铝灰粉体分级。发明工艺实现了铝灰的脱氮处理，工艺简单，生产成本低，实现了水和热量的充分循环利用，节能环保，避免了铝灰造成的环境污染及资源浪费。

Description

一种调压-水热旋流工艺强化铝灰脱氮的方法

技术领域

本发明属于环保材料技术领域，具体涉及一种用调压-水热旋流工艺强化铝灰脱氮的方法。

背景技术

铝灰是原铝生产、铝合金及加工、废铝回收等铝工业过程中产生的一种高污染废弃物。该废弃物为高温下铝与空气反应形成的必然产物，产量巨大。铝灰的成分复杂，因生产环节不同、生产厂家的原料及操作条件不同而略有变化，但通常含有金属铝，铝的氧化物、氮化物，氯盐以及一些其他成分。

目前铝灰分离出夹带的金属铝以后，大部分堆存或填埋处理。但由于铝灰含有的氮氧化物很不稳定，易发生化学反应，形成易燃的、有害的刺激性气体，造成空气污染。另外，铝灰中还会存在一些可溶于水的盐类污染物，可对土壤和地下水造成严重污染。2016年国家将铝灰列入《国家危险废物名录》。随着我国电解铝产量、铝加工、废铝回收量的逐年增加，将产生大量的铝灰，如不妥善处理，不仅浪费了资源，而且还污染环境，所以对铝灰的无害化处理与利用具有重要的意义。

国内对铝灰的综合处理进行了研究并申请了相关专利。其中专利201610034766.0公开了一种利用铝灰为原料制备高效污水处理片剂的方法；专利201610062816.6公开了一种利用铝灰制备高活性氧化铝粉体的方法；专利201610884012.4公开了一种用废弃铝灰渣制备免烧砖的方法；专利201610076042.2公开了一种基于铝灰和石煤灰渣制备钒铝合金的方法；专利201610327771.0一种从铝灰渣中回收金属铝和铝合金的装置及方法；专利201620825545.0公开了热态铝灰金属铝回收及熔渣制备炼钢辅料的设备；专利201610796723.6公开了一种聚硅酸铝铁和一种利用铝灰制备聚硅酸铝铁的方法；专利201610878428.5公开了一种铝灰的综合处理利用方法；专利201610205686.7公开了一种利用铝灰铝渣制备石油支撑剂的方法；专利201510885190.4公开了一种利用铝灰直接制备铝尖晶石耐火材料的方法及其制备的材料；专利201521087558.4公开了铝灰制备絮凝剂聚合氯化铝装置；专利201610122689.4公开了一种铝灰分离装置；专利201510393033.1公开了一种二次铝灰中的有价元素的浸出方法；专利201510376294.2公开了一种废铝灰制备清水砖的方法；专利201510370469.9公开了一种利用废铝灰制备的高强耐用清水砖的方法；专利201520556860.3公开了高效节能环保铝灰分离及回收系统；专利201510625455.7公开了一种铝灰回收利用工艺。

此外，国内科研院所对铝灰进行了系列的基础研究。其中张勇等利用响应曲面法研究了对铝灰中AlN的水解行为；姜澜等研究了铝灰中AlN的水解行为；周扬民等研究了铝灰中氧化铝的活性；王宝庆等对酸浸取铝灰制备高纯氧化铝工艺进行了研究；周扬民等对铝灰的无害化处理及综合利用进行了研究；康天宇等对铝灰处理与循环利用进行了研究，李家镜等利用铝灰制备Sialon材料；李家镜，高振朋等对铝灰回收工艺研究进展和处理工艺研究进行了综述。以上这些文献表明，对于铝灰的脱氮处理还是局部范围和小批量的简易的，没有形成系统完整的规模化的脱氮工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种调压-水热旋流工艺强化铝灰脱氮的方法，以解决铝灰的污染问题，将铝灰处理过后变为一种可利用的粉体材料。该方法在铝灰处理的过程中通过旋流、调压、添加表面活性剂和促进剂，强化铝灰的脱氮效果。

本发明的具体技术方案为：

步骤1，灰/铝分离：将铝灰渣中的金属铝分离出来，分离出来的金属铝重熔为铝锭；

步骤2，喂料：将经过步骤1处理得到的提取铝后的铝灰用冷水浆化，冷水温度15～30℃，注入反应器中，向反应器中加入经过预热的30～80℃的水，并加入表面活性剂和促进剂，反应器中的固液比为1:2～10；

步骤3，脱氮：反应条件为温度80～150℃，旋流速度10～80r/min，罐内压力在0.01～0.20MPa周期调节，反应时间1～8h，反应中生成氨气和水蒸气的混合气体进入吸收塔；

步骤4，沉降过滤洗涤：将经过步骤3处理后的浆料转移至沉降槽，加入絮凝剂进行沉降过滤，对得到的滤饼洗涤；

步骤5，干燥：将经过步骤4处理得到的滤饼进行干燥，得到脱氮铝灰粉体。

所述步骤1中的灰/铝分离步骤采用冷法分离，整个工艺过程密闭且带有除尘装置。

所述步骤2中的反应器可以是反应釜或者反应罐等反应容器，具有加热、旋流搅拌、压力监测调节、测温控温和液位监测控制的功能。反应器的加热方式为电加热、油加热或蒸汽加热方式，旋流搅拌采用链式、桨式、螺带式或锚式搅拌器，通过搅拌产生的旋流可以增强铝灰的脱氮效果。优选的，可以选用超声波辅助脱氮。

所述步骤2加入的预热水为步骤4中沉降槽溢流、滤饼洗水，使水和热量充分循环利用，节约资源。

所述步骤2中的表面活性剂是六偏磷酸钠、CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)、十二烷基苯磺酸钠、酒石酸钠、PEG 2000(聚乙二醇2000)中的一种或几种的混合物，添加量为铝灰质量的0.1～5％。在反应过程中加入表面活性剂，可以降低固体悬浮颗粒与水的界面张力，提高浆料的流动性，分散性和水解能力，提高NH₃的逸出效率。同时，不同种类的表面活性剂在反应过程中能够在一定程度上对反应产物的形貌和粒径进行调控，从而获得性能不同的铝灰粉体。

所述步骤2中的促进剂是氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或几种的混合物，添加量为铝灰质量的0.01％～10％。在反应过程中加入促进剂，能够促进铝灰脱氮反应，提高脱氮反应的速度和脱氮效果。

所述步骤3中脱氮过程通过加热，加冷水等方式调节罐内温度，实时监控罐内水位，及时补水保持罐内液固比稳定。

所述步骤3脱氮过程中的罐内压力调节手段为利用风机或真空泵降低反应器内压力维持0.01～0.09MPa，利用增压器来提高反应器内气压维持0.10～0.20MPa；调压过程：以30-240min为一个周期，周期内先减压保持罐内压力维持0.01～0.09MPa，之后增压使罐内压力维持0.10～0.20MPa，周期内0.01～0.09MPa的时间与0.10～0.20MPa的时间比为1:3～3:1，在脱氮过程中完成至少一次压力调节周期。让反应器内的压力低于大气压并保持一定时间提高氨气的逸出速率，利用增压器来提高反应器内气低于大气压并保持一定时间，提高铝灰的水解速率，从而达到强化铝灰脱氮反应的目的，提高氮的脱除率，减少脱氮反应所需时间。

所述步骤3中反应中生成氨气和水蒸气的混合气体进入吸收塔制成氨水或者铵盐等。

所述步骤4中的絮凝剂可以是阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铝中的一种，加入絮凝剂是为了使脱氮过程中新产生的微细颗粒完全沉降，沉降槽溢流返回脱氮反应罐，沉降底流进入过滤设备，对滤饼反复洗涤2～5次，过滤的滤液经过蒸发结晶得到的产物可用于回收氯化盐，结晶产生的水蒸气和滤饼洗水返回脱氮反应罐循环利用。

所述步骤5中干燥后的粉体含氮量低于0.05％。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

(1)在反应过程中通过反应器内水温，调节反应器内气体压力，施加旋流，控制氨气的逸出速率，控制铝灰脱氮反应的进行，提高铝灰中氮的脱除率，缩短铝灰的脱氮时间；

(2)在反应过程中加入表面活性剂和促进剂，缩短了铝灰脱氮的时间，提升了铝灰脱氮的效果，经处理后的粉体含氮量低于0.05％，并且可以在一定程度上控制水解产物的形貌和粒径，提升处理后铝灰的进一步应用的价值；

(3)该方法沉降过程中加入絮凝剂，使脱氮后铝灰中产生微细颗粒完全沉降；

(4)该方法充分利用了铝灰中的各种成分，将其资源化，并且工艺过程中实现了水和热量的充分循环利用，节能环保。

附图说明

图1中为本发明工艺流程图

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

步骤1，灰铝分离：取1.25t铝灰渣，将铝灰渣中的金属铝分离出来，分离出来的金属铝重熔为铝锭；

步骤2，喂料：得到的提取铝后的铝灰1t，加入1t冷水浆化，冷水温度15～30℃，注入反应器中，向反应器中加入1t经过预热的50℃的水，并加入表面活性剂(优选为50kg六偏磷酸钠)，和促进剂(优选为100kg氢氧化钠)；

步骤3，脱氮：反应条件为温度80℃，旋流速度80r/min，调压过程以120min为周期，一个周期为减压保持罐内压力维持0.01MPa持续90min，之后增压使罐内压力维持0.10MPa持续30min，在脱氮过程中完成2次压力调节周期，反应时间4h，反应中生成氨气和水蒸气的混合气体进入吸收塔；

步骤4，沉降过滤洗涤：将经过脱氮处理后的浆料转移至沉降槽，加入絮凝剂聚合氯化铝进行沉降过滤，对得到的滤饼洗涤5次；

步骤5，干燥：将经过洗涤得到的滤饼进行干燥，得到脱氮后粉体1.13t，含氮量为0.04％。

作为步骤2的补充，所述表面活性剂可以为CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)，十二烷基苯磺酸钠，酒石酸钠，PEG 2000(聚乙二醇2000)中的一种或几种的混合物，添加量为铝灰质量的0.1～5％。

作为步骤2的补充，所述促进剂可以氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或几种的混合物，添加量为铝灰质量的0.01％～10％。

实施例2

步骤1，灰/铝分离：取1.25t铝灰渣，将铝灰渣中的金属铝分离出来，分离出来的金属铝重熔为铝锭；

步骤2，料：得到的提取铝后的铝灰1t，加入1.5t冷水浆化，冷水温度15～30℃，注入反应器中，向反应器中加入3.5t经过预热的80℃的水，并加入1kg十二烷基苯磺酸钠和0.1kg碳酸氢钠；

步骤3，脱氮：反应条件为温度150℃，旋流速度40r/min，调压过程以240min为周期，一个周期为减压保持罐内压力维持0.09MPa持续60min，之后增压使罐内压力维持0.20MPa持续180min，在脱氮过程中完成2次压力调节周期，反应时间8h，反应中生成氨气和水蒸气的混合气体进入吸收塔；

步骤4，沉降过滤洗涤：将经过脱氮处理后的浆料转移至沉降槽，加入絮凝剂(优选为阳离子聚丙烯酰胺)进行沉降过滤，对得到的滤饼洗涤4次；

步骤5，干燥：将经过洗涤得到的滤饼进行干燥，得到脱氮后粉体1.15t，含氮量为0.01％。

实施例3

步骤1，灰/铝分离：取1.25t铝灰渣，将铝灰渣中的金属铝分离出来，分离出来的金属铝重熔为铝锭；

步骤2，喂料：得到的提取铝后的铝灰1t，加入2t冷水浆化，冷水温度15～30℃，注入反应器中，向反应器中加入8t经过预热的80℃的水，并加入10kgCTAB、10kg六偏磷酸钠和10g十二烷基苯磺酸钠混合物作为表面活性剂，和5kg碳酸钠作为促进剂；

步骤3，脱氮：反应条件为温度110℃，旋流速度10r/min，调压过程以30min为周期，一个周期为减压保持罐内压力维持0.01MPa持续15min，之后增压使罐内压力维持0.20MPa持续15min，在脱氮过程中完成2次压力调节周期，反应时间1h，反应中生成氨气和水蒸气的混合气体进入吸收塔；

步骤4，沉降过滤洗涤：将经过脱氮处理后的浆料转移至沉降槽，加入絮凝剂阴离子聚丙烯酰胺进行沉降过滤，对得到的滤饼洗涤3次；

步骤5，干燥：将经过洗涤得到的滤饼进行干燥，得到脱氮后粉体1.14t，含氮量为0.02％。

Claims (8)

1.一种调压-水热旋流工艺强化铝灰脱氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，灰/铝分离：将铝灰渣中的金属铝分离出来，分离出来的金属铝重熔为铝锭；

步骤2，喂料：将经过步骤1处理得到的提取铝后的铝灰用冷水浆化，冷水温度15～30℃，注入反应器中，向反应器中加入经过预热的30～80℃的水，并加入表面活性剂和促进剂，反应器中的固液比为1:2～10；

步骤3，脱氮：反应条件为温度80～150℃，旋流速度10～80r/min，罐内压力在0.01～0.20MPa周期调节，反应时间1～8h，反应中生成氨气和水蒸气的混合气体进入吸收塔；

步骤4，沉降过滤洗涤：将经过步骤3处理后的浆料转移至沉降槽，加入絮凝剂进行沉降过滤，对得到的滤饼洗涤；

步骤5，干燥：将经过步骤4处理得到的滤饼进行干燥，得到脱氮铝灰粉体。

2.根据权利要求1所述调压-水热旋流工艺强化铝灰脱氮的方法，其特征在于，步骤2中的表面活性剂是六偏磷酸钠、CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)、十二烷基苯磺酸钠、酒石酸钠、PEG 2000(聚乙二醇2000)中的一种或几种的混合物，添加量为铝灰质量的0.1～5％。

3.根据权利要求1或2所述调压-水热旋流工艺强化铝灰脱氮的方法，其特征在于，步骤2中的促进剂是氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或几种的混合物，添加量为铝灰质量的0.01％～10％。

4.根据权利要求1或2所述调压-水热旋流工艺强化铝灰脱氮的方法，其特征在于，步骤3脱氮过程中的罐内压力调节手段为利用风机或真空泵降低反应器内压力维持0.01～0.09MPa，利用增压器来提高反应器内气压维持0.10～0.20MPa；调压过程：以30-240min为一个周期，周期内先减压保持罐内压力维持0.01～0.09MPa，之后增压使罐内压力维持0.10～0.20MPa，周期内0.01～0.09MPa的时间与0.10～0.20MPa的时间比为1:3～3:1，在脱氮过程中完成至少一次压力调节周期。

5.根据权利要求3所述调压-水热旋流工艺强化铝灰脱氮的方法，其特征在于，步骤3脱氮过程中的罐内压力调节手段为利用风机或真空泵降低反应器内压力维持0.01～0.09MPa，利用增压器来提高反应器内气压维持0.10～0.20MPa；调压过程：以30-240min为一个周期，周期内先减压保持罐内压力维持0.01～0.09MPa，之后增压使罐内压力维持0.10～0.20MPa，周期内0.01～0.09MPa的时间与0.10～0.20MPa的时间比为1:3～3:1，在脱氮过程中完成至少一次压力调节周期。

6.根据权利要求1或2或5所述调压-水热旋流工艺强化铝灰脱氮的方法，其特征在于，所述步骤4中的絮凝剂是阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铝中的一种，沉降槽溢流返回脱氮反应罐，沉降底流进入过滤设备，对滤饼反复洗涤2～5次，过滤的滤液经过蒸发结晶得到的产物用于回收氯化盐，结晶产生的水蒸气和滤饼洗水返回脱氮反应罐循环利用。

7.据权利要求3述调压-水热旋流工艺强化铝灰脱氮的方法，其特征在于，所述步骤4中的絮凝剂是阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铝中的一种，沉降槽溢流返回脱氮反应罐，沉降底流进入过滤设备，对滤饼反复洗涤2～5次，过滤的滤液经过蒸发结晶得到的产物用于回收氯化盐，结晶产生的水蒸气和滤饼洗水返回脱氮反应罐循环利用。

8.据权利要求4调压-水热旋流工艺强化铝灰脱氮的方法，其特征在于，所述步骤4中的絮凝剂是阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、聚合氯化铝中的一种，沉降槽溢流返回脱氮反应罐，沉降底流进入过滤设备，对滤饼反复洗涤2～5次，过滤的滤液经过蒸发结晶得到的产物用于回收氯化盐，结晶产生的水蒸气和滤饼洗水返回脱氮反应罐循环利用。