CN108640137A - 一种铝灰处理工艺中惰性铝灰处理的方法 - Google Patents

一种铝灰处理工艺中惰性铝灰处理的方法 Download PDF

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赵加平
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车立志
高云川
杨德荣
韩海健
李俊福
杨顺高
张建猛
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    • C01F7/06—Preparation of alkali metal aluminates; Aluminium oxide or hydroxide therefrom by treating aluminous minerals or waste-like raw materials with alkali hydroxide, e.g. leaching of bauxite according to the Bayer process
    • C01F7/0693—Preparation of alkali metal aluminates; Aluminium oxide or hydroxide therefrom by treating aluminous minerals or waste-like raw materials with alkali hydroxide, e.g. leaching of bauxite according to the Bayer process from waste-like raw materials, e.g. fly ash or Bayer calcination dust

Abstract

本发明公开了一种铝灰处理工艺中惰性铝灰处理的方法，铝灰和生料浆的混合物依次经过回转窑进行烧成，冷却机进行冷却、最后在球磨机中进行熟料溶出。本申请的装置能够安全有效处理铝灰中惰性铝灰，且石灰乳配入与F‑反应生成CaF2以除去危害元素及消除F‑进入烟气带来的危害，同时能够处理拜耳法富积有机物。回转窑的设置能够促使不同粒径的物料均匀混合，提高煅烧的效率和效果。

Description

一种铝灰处理工艺中惰性铝灰处理的方法
技术领域
本发明涉及铝工业技术领域，具体涉及一种铝灰处理工艺中惰性铝灰处理的方法。
背景技术
铝的生产过程伴随着有害气体和固废的产生，世界铝电解技术发展到现在，铝电解生产产生的有害气体已经得到了比较理想的控制，但有害固体废渣铝灰却长期得不到有效处理，我国铝产量已达3500万吨/年，每年产生的固体有害渣料铝灰一直威胁着我们的生存环境，因此，采取措施对其进行治理是很有必要的。而铝灰主要由金属铝单质、α-Al2O3、氮化铝、硅及氧化硅、NaCl、氟化物等混合组成，其中Al元素的含量高达40~50%，同时还含有F、Cl、Na、Si等元素，是具有较大回收利用价值的固体废弃物。
拜耳法中有机物（碳酸钠、草酸钠）在循环母液中不断的循环积累，影响分解槽内出现大量泡沫，占用大量容积，分解槽容积的减少，使氧化铝产量减少；分解槽内有机物的大量增加，将产生大量的细小晶核，使氢氧化铝晶粒严重细化，粒度难以控制，影响焙烧氧化铝产品的质量，传统处理此类有机物相对成本较高且效率及效果不尽明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝灰处理工艺中惰性铝灰处理的方法，解决生产铝过程中产生大量的固废却得到不到有效处理的问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种铝灰处理工艺中惰性铝灰处理的方法，铝灰和生料浆的混合物即惰性铝灰跟碳酸盐、草酸盐、苛碱、石灰乳的混合物依次经过回转窑进行烧成，冷却机进行冷却、最后在球磨机中进行熟料溶出。
作为优选的，所述回转窑内的温度为900-1000℃，烧结时间为30min。
作为优选的，所述铝灰与水制成0.8-1.1Kg/L的浆料后，与含水率37-41%、碱比0.95-1.05的生料浆混合均匀在回转窑内烧成，其中，铝灰和生料浆的质量比为1:0.47-1:0.49。
作为优选的，所述生料浆包括氢氧化钠、碳酸钠和草酸钠，烧成之前还向其中加入有石灰乳，所述石灰乳中钙与铝灰中氟的摩尔比为1.05-1.1。
作为优选的，生料浆采用蒸发母液和排盐苛化的有机物配制。
采用回转窑进行熟料烧成，制备生料浆用喷枪从回转窑窑尾喷入窑内，采用天然气作为燃料，在1000℃下进行熟料烧结反应，铝灰中的α- 氧化铝与生料浆中的碱、碳酸钠、草酸钠反应生成铝酸钠熟料。烧结好的熟料经冷却后，送入熟料溶出系统。其中反应式为：
烧结主反应
Al2O3+NaOH+3H2O → NaAl(OH)4+H2O↑
Al2O3+Na2CO3+3H2O → NaAl(OH)4+CO2↑
Al2O3+NaC2O4+3H2O → NaAl(OH)4+CO2↑
烧结副反应：
SiO2 +Al2O3+NaOH → Na2O .Al2O3 .X SiO2 .nH2O
Fe2O3+S Na2CO3 + NaOH → Na2O . Fe2O3 +CO2↑
MgO/ CaO+ SiO2 →MgO/ CaO . SiO2
熟料溶出反应原理：
Na2O .Al2O3（固体）+3H2O→ NaAl(OH)4（液体）
MgO/ CaO . Fe2O3+3H2O+ NaAl(OH)4→ CaO .Al2O3 .X SiO2 .（6-x）H2O+NaOH
根据工艺要求设置回转窑、冷却机、磨机等装置，生料浆用喷枪从回转窑窑头喷入窑内，采用天然气作为燃料，在1000℃下进行熟料烧结反应，烧结好的熟料经冷却机冷却至120℃后，用输送机送入球磨机，配入氧化铝蒸发母液进行烧结，可以逐步消耗氧化铝生产系统的有机物，达到排除氧化铝生产系统中有机物的目的。由蒸发母液及蒸发排盐带出的有机物经烧结后转化成CO2气体，随窑尾烟气，经电除尘后，进入新建烟囱排入大气。
球磨机中同时添加拜耳法系统送来的一次洗液，进行熟料溶出，溶出后的浆液进入溶出槽，与一段溶出的溶出液混合，然后用溶出泵送至拜耳法系统的高压溶出后槽，与拜耳法系统溶出料浆合流。采用此工艺，既回收了铝灰中的铝又有效处理拜耳法有机物的堆积，可实现铝灰高效、经济、环保综合利用的目标。
作为优选的，所述回转窑包括筒体和设置在筒体内的粗料挡板和细料挡板，所述粗料挡板和细料挡板均沿筒体的轴线方向设置；
所述细料挡板设置在筒体内壁上，粗料挡板设置在细料挡板靠近轴线的一侧，所述粗料挡板和细料挡板相错设置且均沿周向设置有两个以上。
回转窑转动过程中，小颗粒的细料会靠近筒体内壁，大颗粒的粗料会浮在小颗粒细料上方造成大颗粒物料和小颗粒物料的分离，由于大颗粒物料孔隙率比较高，小颗粒物料之间孔隙率较低，可能会造成物料烧结不均匀的问题。所以设置粗料挡板和细料挡板，所述转动过程中，细料挡板将细料向筒体中心抛出，粗料挡板将粗料向筒体边缘抛出，从而使粗料和细料混合的相对均匀，有利于物料的均匀烧结。
作为优选的，所述筒体轴线处设置有固定装置，所述固定装置通过固定杆固定在筒体上，所述粗料挡板设置在固定装置上；
所述固定装置包括沿轴向设置的两个以上固定环，相连固定环上连接有连接杆。
本申请中的粗料挡板靠近轴线的一侧固定在固定装置上，固定装置有固定环和连接杆构成，使得物料也能够从粗料挡板靠近轴线的一侧被抛出，不会在粗料挡板上堆积。
作为优选的，所述粗料挡板和/或细料挡板末端均向筒体转动方向的后方倾斜，可防止物料在粗料挡板或细料挡板上过多堆积且促进粗料和细料的均匀分布。
作为优选的，所述筒体沿物料流动的方向逐渐向下倾斜设置，通过设置倾斜的角度和通体的转动速度，控制物料在筒体内停留的时间。
作为优选的，所述筒体从进料端至出料端直径逐渐增加，根据物料的停留时间选择不同规格的筒体。
作为优选的，所述粗料挡板和/或细料挡板上设置有导流板，所述导流板末端向物料传送方向倾斜。
通过选择不同倾斜程度的导流板，可以在一定程度上加快或减慢物料移动的速度，从而改变物料在筒体内停留的时间。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少是如下之一：
本申请能够安全有效处理铝灰中惰性铝灰，且石灰乳配入与F-反应生成CaF2以除去危害元素及消除F-进入烟气带来的危害，同时能够处理拜耳法富积有机物。
采用回转窑进行熟料烧结，进一步回收一段溶出环节难以溶出的α-Al2O3、使铝灰中铝的总回收率达到95%以上。
生料浆采用蒸发母液和排盐苛化的有机物配制，可以使富积的有机物得到有效处理，每年可减少拜耳法系统有机物量930t左右，约为拜耳法系统矿石带入有机物进入总量的70%。
回转窑的设置能够促使不同粒径的物料均匀混合，提高煅烧的效率和效果。
附图说明
图1为本发明一种铝灰处理工艺中惰性铝灰处理的方法的流程图。
图2为本发明中回转窑的截面图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
本实施例提供了一种铝灰处理工艺中惰性铝灰处理的方法，如图1所示，铝灰和生料浆的混合物即惰性铝灰跟碳酸盐、草酸盐、苛碱、石灰乳的混合物依次经过回转窑进行烧成，冷却机进行冷却、最后在球磨机中进行熟料溶出。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上，进一步限定了：回转窑内的温度为900-1000℃，烧结时间为30min。
实施例3：
本实施例在实施例1的基础上，进一步限定了：所述铝灰与水制成0.8-1.1Kg/L的浆料后，与含水率37-41%、碱比0.95-1.05的生料浆混合均匀在回转窑内烧成，其中，铝灰和生料浆的质量比为1:0.47-1:0.49。
实施例4：
本实施例在实施例1的基础上，进一步限定了：所述生料浆包括氢氧化钠、碳酸钠和草酸钠，烧成之前还向其中加入有石灰乳，所述石灰乳中钙与铝灰中氟的摩尔比为1.05-1.1。
实施例5：
本实施例在实施例1的基础上，进一步限定了：生料浆采用蒸发母液和排盐苛化的有机物配制。
根据工艺要求设置回转窑1、冷却机2、磨机3等装置，生料浆用喷枪从回转窑1窑头喷入窑内，采用天然气作为燃料，在1000℃下进行熟料烧结反应，烧结好的熟料经冷却机2冷却至120℃后，用输送机送入球磨机3，配入氧化铝蒸发母液进行烧结，可以逐步消耗氧化铝生产系统的有机物，达到排除氧化铝生产系统中有机物的目的。由蒸发母液及蒸发排盐带出的有机物经烧结后转化成CO2气体，随窑尾烟气，经电除尘后，进入新建烟囱排入大气。
球磨机3中同时添加拜耳法系统送来的一次洗液，进行熟料溶出，溶出后的浆液进入溶出槽4，与一段溶出的溶出液混合，然后用溶出泵送至拜耳法系统的高压溶出后槽，与拜耳法系统溶出料浆合流。采用此工艺，既回收了铝灰中的铝又有效处理拜耳法有机物的堆积，可实现铝灰高效、经济、环保综合利用的目标。
其中，蒸发母液和排盐苛化的有机物的成分如下表，需强调，下表只是蒸发母液和排盐苛化的有机物的一种组成形式，各组分可在一定幅度内变动。
排盐苛化的有机物的成分
成分 NaOH NaCO3 Na2C2O4 有机碳 H2O 其他
质量分数% 29.19 46.88 3.09 7.69 9.95 3.21
蒸发母液的成分
成分 Al2O3 Na2Ok Na2OH CO2 H2O 密度
蒸发母液(g/l) 143.82 245.00 27.22 19.32 949.52 1384.87
实施例6：
本实施例在实施例1的基础上，进一步限定了所述回转窑1包括筒体11和设置在筒体11内的粗料挡板13和细料挡板12，所述粗料挡板13和细料挡板12均沿筒体11的轴线方向设置；
所述细料挡板12设置在筒体11内壁上，粗料挡板13设置在细料挡板12靠近轴线的一侧，所述粗料挡板13和细料挡板12相错设置且均沿周向设置有两个以上。
回转窑1转动过程中，小颗粒的细料会靠近筒体11内壁，大颗粒的粗料会浮在小颗粒细料上方造成大颗粒物料和小颗粒物料的分离，由于大颗粒物料孔隙率比较高，小颗粒物料之间孔隙率较低，可能会造成物料烧结不均匀的问题。所以设置粗料挡板13和细料挡板12，所述转动过程中，细料挡板12将细料向筒体11中心抛出，粗料挡板13将粗料向筒体11边缘抛出，从而使粗料和细料混合的相对均匀，有利于物料的均匀烧结。
实施例7：
本实施例在实施例6的基础上，进一步限定了所述筒体11轴线处设置有固定装置14，所述固定装置14通过固定杆固定在筒体11上，所述粗料挡板13设置在固定装置14上；
所述固定装置14包括沿轴向设置的两个以上固定环，相连固定环上连接有连接杆，如图2所示。
本申请中的粗料挡板13靠近轴线的一侧固定在固定装置14上，固定装置14有固定环和连接杆构成，使得物料也能够从粗料挡板13靠近轴线的一侧被抛出，不会在粗料挡板13上堆积。
实施例8：
本实施例在实施例6的基础上，进一步限定了所述粗料挡板13和/或细料挡板12末端均向筒体11转动方向的后方倾斜，可防止物料在粗料挡板13或细料挡板12上过多堆积且促进粗料和细料的均匀分布。
实施例9：
本实施例在实施例6的基础上，进一步限定了所述筒体11沿物料流动的方向逐渐向下倾斜设置，通过设置倾斜的角度和通体的转动速度，控制物料在筒体11内停留的时间。
实施例10：
本实施例在实施例6的基础上，进一步限定了所述筒体11从进料端至出料端直径逐渐增加，根据物料的停留时间选择不同规格的筒体11。
实施例11：
本实施例在实施例6的基础上，进一步限定了所述粗料挡板13和/或细料挡板12上设置有导流板，所述导流板末端向物料传送方向倾斜。
通过选择不同倾斜程度的导流板，可以在一定程度上加快或减慢物料移动的速度，从而改变物料在筒体11内停留的时间。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种铝灰处理工艺中惰性铝灰处理的方法，其特征在于：铝灰和生料浆的混合物依次经过回转窑进行烧成，冷却机进行冷却、最后在球磨机中进行熟料溶出。
2.根据权利要求1所述的一种铝灰处理工艺中惰性铝灰处理的方法，其特征在于，所述回转窑内的温度为900-1000℃，烧结时间为30min。
3.根据权利要求1所述的一种铝灰处理工艺中惰性铝灰处理的方法，其特征在于，所述铝灰与水制成0.8-1.1Kg/L的浆料后，与含水率37-41%、碱比0.95-1.05的生料浆混合均匀在回转窑内烧成，其中，铝灰和生料浆的质量比为1:0.47-1:0.49。
4.根据权利要求1所述的一种铝灰处理工艺中惰性铝灰处理的方法，其特征在于，所述生料浆包括氢氧化钠、碳酸钠和草酸钠，烧成之前还向其中加入有石灰乳，所述石灰乳中钙与铝灰中氟的摩尔比为1.05-1.1。
5.根据权利要求1所述的一种铝灰处理工艺中惰性铝灰处理的方法，其特征在于，生料浆采用拜耳法中得到的蒸发母液和排盐苛化的有机物配制。
6.根据权利要求1所述的一种铝灰处理工艺中惰性铝灰处理的方法，其特征在于，所述回转窑（1）包括筒体（11）和设置在筒体（11）内的粗料挡板（13）和细料挡板（12），所述粗料挡板（13）和细料挡板（12）均沿筒体（11）的轴线方向设置；
所述细料挡板（12）设置在筒体（11）内壁上，粗料挡板（13）设置在细料挡板（12）靠近轴线的一侧，所述粗料挡板（13）和细料挡板（12）相错设置且均沿周向设置有两个以上。
7.根据权利要求6所述的一种铝灰处理工艺中惰性铝灰处理的方法，其特征在于，所述筒体（11）轴线处设置有固定装置（14），所述固定装置（14）通过固定杆固定在筒体（11）上，所述粗料挡板（13）设置在固定装置（14）上；
所述固定装置（14）包括沿轴向设置的两个以上固定环，相连固定环上连接有连接杆。
8.根据权利要求6所述的一种铝灰处理工艺中惰性铝灰处理的方法，其特征在于，所述粗料挡板（13）和/或细料挡板（12）末端均向筒体（11）转动方向的后方倾斜。
9.根据权利要求6所述的一种铝灰处理工艺中惰性铝灰处理的方法，其特征在于，所述筒体（11）沿物料流动的方向逐渐向下倾斜设置。
10.根据权利要求6所述的一种铝灰处理工艺中惰性铝灰处理的方法，其特征在于，所述粗料挡板（13）和/或细料挡板（12）上设置有导流板，所述导流板末端向物料传送方向倾斜。
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