CN108671462A - 铝灰渣除氮方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了提供一种铝灰渣除氮方法，包括：除氮反应：在温度为30‑100℃的水中加入铝灰渣粉末和上述反应剂并进行搅拌；过滤、烘干：对反应后的液体进行多级过滤，并收集每次过滤的滤渣得到除氮后的铝灰渣。根据本申请实施例提供的技术方案，通过向水解的铝灰渣中加入一定的反应剂进行反应，反应后的铝灰渣中的氮元素形成铵盐，提供一种安全环保、快速的除氮方法，并且在整个处理过程中没有氨气的溢出，有效避免了氨气对环境的污染以及对人的伤害，避免了铝灰渣处理过程中产生的废气污染，为铝灰渣的再生利用解决了一个较大的难题。

Description

铝灰渣除氮方法

技术领域

本公开一般涉及铝灰渣资源综合利用领域，尤其涉及铝灰渣除氮方法。

背景技术

随着我国经济的迅猛发展，对铝的需求量持续增加，我国已经成为世界最大的铝生产国家。随着金属铝的广泛应用，铝灰渣的产生量也不断增加。铝灰渣是电解铝或铸造铝生产工艺中产生的熔渣经冷却加工后的产物，是可再生资源。目前我国铝灰渣的处理方式还主要以堆积为主，一方面堆渣占用了大量的土地，另一方面大量的铝灰渣在填埋时未经过无害化处理，导致环境污染。

制约铝灰渣再生利用的最大难题就是铝灰渣的除氮方法。长时间堆放的铝灰渣会产生难闻的气味，是因为铝灰渣中AlN与水反应产生NH3，吸入过量NH₃会对人的呼吸道造成致命的损伤。铝灰渣中AlN的含量通常在10％～40％，总体含量偏高，AlN的存在也很大程度上影响了后续铝灰渣的再生利用。现阶段研究表明在30～100℃的温度范围内，铝灰渣中AlN的水解能够自发进行，水解速度受温度影响较大。尽管100℃时反应最快，然而仍需要8h以上铝灰中AlN含量才能减少95％以上。并且高温带来的高成本以及水解过程中氨气的逸出是目前亟待解决的问题。

目前，也出现了新的向铝灰渣中加入水和催化剂的报道，但是水解温度过高，大多在70℃以上，甚至需要90、100℃。水解时间过长，严重的增加了铝灰渣处理的成本；并且更为严重的是无法抑制氨气的产生，尽管有的办法通过后续氨气收集装置尝试回收氨气，但回收难度大、氨气不纯等问题限制了这些方法的产业化应用。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种铝灰渣除氮方法。

一方面，提供一种铝灰渣除氮方法，包括步骤：

S1：反应剂配制：所述反应剂包括双氧水、过氧乙酸，氧化钙、碳酸钠、乙酸、稀硫酸中的一种或几种；

S2：除氮反应：在水中加入所述铝灰渣粉末和上述反应剂并进行搅拌；

S3：过滤：对反应后的液体进行多级过滤，并收集每次过滤的滤渣得到除氮后的铝灰渣。

根据本申请实施例提供的技术方案，通过向水解的铝灰渣中加入一定的反应剂进行反应，反应后的铝灰渣中的氮元素形成铵盐，提供一种安全环保、快速的除氮方法，该方法在较低温的条件下快速对铝灰渣中的氮化铝进行去除，并且在整个处理过程中没有氨气的溢出，有效避免了氨气对环境的污染以及对人的伤害，避免了铝灰渣处理过程中产生的废气污染，为铝灰渣的再生利用解决了了一个较大的难题。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例中铝灰渣除氮方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1，本实施例提供一种铝灰渣除氮方法，包括步骤：

S1：反应剂配制：所述反应剂包括双氧水、过氧乙酸，氧化钙、碳酸钠、乙酸、稀硫酸中的一种或几种；

S2：除氮反应：在水中加入所述铝灰渣粉末和上述反应剂并进行搅拌；

S3：过滤：对反应后的液体进行多级过滤，并收集每次过滤的滤渣得到除氮后的铝灰渣。

本实施例通过向水解的铝灰渣中加入一定的反应剂进行反应，反应后的铝灰渣中的氮元素形成铵盐，提供一种安全环保、快速的除氮方法，该方法在较低温的条件下快速对铝灰渣中的氮化铝进行去除，并且在整个处理过程中没有氨气的溢出，有效避免了氨气对环境的污染以及对人的伤害，避免了铝灰渣处理过程中产生的废气污染，为铝灰渣的再生利用解决了了一个较大的难题。上述步骤中的反应剂采用双氧水、过氧乙酸，氧化钙、碳酸钠、乙酸、稀硫酸中的一种或几种，其中过氧乙酸具有弱酸性，易挥发，很容易分解成乙酸和氧气，利用乙酸或稀硫酸来中和大量的氨，生成醋酸铵；并且本实施例中优选的在反应剂中必须加入过氧乙酸，单纯利用乙酸或者稀硫酸去参与除氮，在反应刚开始比较剧烈的时候，仍有氨气逸出，但加入过氧乙酸后，整个反应过程中均无氨气逸出，可能的原因是过氧乙酸具备强氧化性，很快分解成乙酸，新生成的乙酸活性强，捕捉氨气的能力强。

本实施例中将铝灰中的氮元素转化为铵盐的形式，再通过过滤的方式除去大部分溶于水的盐，从而实现铝灰去氮，并且反应过程中没有氨气逸出。

进一步的，所述反应剂包括如下重量份数的各组分：氧化钙0～3份，碳酸钠0～2份，双氧水1～5份，过氧乙酸1～30份，乙酸1～10份，稀硫酸1～5份。在本优选的实施例中，铝灰渣、水以及反应剂的重量在同一配比关系下，采用上述重量份的反应剂可使本申请中除氮率高，其中优选的可以采用30％浓度的双氧水，18％浓度的过氧乙酸和30％浓度的稀硫酸，除氮率可达到96％以上。

进一步优选地，反应剂包括如下重量份数的各组分：碳酸钠1份，30％浓度的双氧水1份，18％浓度的过氧乙酸2份，乙酸3份，30％浓度的稀硫酸4份；或者，氧化钙3份，碳酸钠1份，30％浓度的双氧水5份，18％浓度的过氧乙酸20份，乙酸3份，30％浓度的稀硫酸3份；或者，氧化钙2份，碳酸钠2份，30％浓度的双氧水5份，18％浓度的过氧乙酸30份，乙酸10份，30％浓度的稀硫酸1份等。

进一步的，在所述S2前还包括：对铝灰渣进行破碎形成初始铝灰渣粉末。本实施例中为了保证对铝灰渣进行除氮反应的效率，首先将铝灰渣进行研磨，机械球磨等破碎方式，将形成的粉末目数控制在80-200目，一方面破碎较为容易，另一方面后续除氮反应更快效果更好。

进一步的，S3中所述铝灰渣粉末与水的质量比为1:(3-10)，上述铝灰渣粉末与所述反应剂质量比为100：(3-26)。

进一步的，S3中反应时间为5-210min。

进一步的，S3中水的温度为30℃-100℃。本实施例中采用上述反应剂与溶于水的铝灰渣粉末反应，能够快速的进行反应，在5-210min之间以上述质量比进行反应的铝灰渣中的氮元素基本都能被反应，形成较好的且快速的除氮效果；其中，除氮反应的反应温度可以为30、50、70、80、100等，除氮反应的反应时间可以为30、60、90、180分钟等。

进一步的，S4中“对反应后的液体进行多级过滤”包括：

S41：对反应后的液体进行一级过滤得到初级滤液，滤网目数为300-700目；

S42：对所述初级溶液进行二级过滤得到次级滤液，滤网目数为1000-1500目；

S43：对所述次级溶液进行三级过滤得到最终滤液，将所述最终滤液进行排放，滤网目数为2000-3000目。反应完成后氮元素形成铵盐进行沉淀，另外的液体中包括了除氮后的铝灰渣，需要对其进行过滤，将除氮后的铝灰渣粉末进行回收；由于含有的粉末较多，对其进行多级过滤且滤网目数由小变大递进进行过滤，使得对反应后的液体进行过滤时不会出现堵塞滤网的情况，或者过滤不完全的情况；最终2000-3000目滤网进行三级过滤后的滤液能够直接进行排放，上述步骤加快了过滤的速度，减少了过滤的时间，提高了效率。

进一步的，S4后还包括：对除氮后的铝灰渣进行烘干获得最终铝灰渣。随后将除氮后的铝灰渣进行烘干，一般采用100℃以上的温度进行烘干。

以下给出本发明的几个实施例：

实施例一：

处理100份质量份数的铝灰渣，该铝灰渣的主要化学成分为：单质铝3±2％、氧化铝19±2％、氮化铝9±2％。

(1)机械球磨铝灰渣至80～200目；

(2)取2份质量份数的氧化钙和0.5份碳酸钠与铝灰渣混合均匀。称取30％浓度的双氧水2份，18％浓度的过氧乙酸5份，乙酸2份，30％浓度的稀硫酸1份，混合后得到溶液A；

(3)加热500L水至60℃，倒入铝灰后立即加入溶液A，进行机械搅拌，反应1.5h；

(4)将反应完成后的混合液进行过滤，第一次过滤选择300目滤网，过滤速度快，水溶液较浑浊，静置有大量沉淀产生，第二次过滤选择1000目滤网，过滤速度较快，水溶液清澈，静置有少量沉淀。第三次过滤选择2000目滤网，过滤速度慢，水溶液清澈，静置无沉淀产生；

(5)将过滤后的铝灰渣粉末在180℃温度下烘干，即可得到去氮后的铝灰渣粉末。

实施例二：

处理100份质量份数的铝灰渣，该铝灰渣的主要化学成分为：单质铝21±3％、氧化铝5±2％、氮化铝44±3％。

(1)机械球磨铝灰渣至80～200目；

(2)将1份质量份数的氧化钙和1份碳酸钠与铝灰渣混合均匀。称取30％浓度的双氧水3份，18％浓度的过氧乙酸8份，乙酸5份，30％浓度的稀硫酸1.5份，混合后得到溶液A；

(3)加热800L水至70℃，倒入铝灰后立即加入溶液A，进行机械搅拌，反应1h；

(4)将反应完成后的混合液进行过滤，第一次过滤选择500目滤网，过滤速度快，水溶液较浑浊，静置有大量沉淀产生，第二次过滤选择1500目滤网，过滤速度较快，水溶液清澈，静置有少量沉淀。第三次过滤选择3000目滤网，过滤速度慢，水溶液清澈，静置无沉淀产生；

(5)将过滤后的铝灰渣粉末在200℃温度下烘干，即可得到去氮后的铝灰渣粉末。

实施例三：

处理100份质量份数的铝灰渣，该铝灰渣的主要化学成分为：单质铝16±2％、氧化铝18±2％、氮化铝21±2％。

(1)人工破碎铝灰渣至80～200目；

(2)将2份质量份数的氧化钙和1份碳酸钠与铝灰渣混合均匀。称取30％浓度的双氧水1份，18％浓度的过氧乙酸3份，乙酸5份，30％浓度的稀硫酸2份，混合后得到溶液A；

(3)加热600L水至50℃，倒入铝灰后立即加入溶液A，进行机械搅拌，反应2.5h；

(4)将反应完成后的混合液进行过滤，第一次过滤选择500目滤网，过滤速度快，水溶液较浑浊，静置有大量沉淀产生，第二次过滤选择1000目滤网，过滤速度较快，水溶液清澈，静置有少量沉淀。第三次过滤选择2000目滤网，过滤速度慢，水溶液清澈，静置无沉淀产生；

(5)将过滤后的铝灰渣粉末在150℃温度下烘干，即可得到去氮后的铝灰渣粉末。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (8)

1.一种铝灰渣除氮方法，其特征在于，包括步骤：

S1：反应剂配制：所述反应剂包括双氧水、过氧乙酸，氧化钙、碳酸钠、乙酸、稀硫酸中的一种或几种；

S2：除氮反应：在水中加入所述铝灰渣粉末和上述反应剂并进行搅拌；

S3：过滤：对反应后的液体进行多级过滤，并收集每次过滤的滤渣得到除氮后的铝灰渣。

2.根据权利要求1所述的铝灰渣除氮方法，其特征在于，所述反应剂包括如下重量份数的各组分：

氧化钙0～3份，碳酸钠0～2份，双氧水1～5份，过氧乙酸1～30份，乙酸1～10份，稀硫酸1～5份。

3.根据权利要求1所述的铝灰渣除氮方法，其特征在于，在所述S2前还包括：对铝灰渣进行破碎形成初始铝灰渣粉末。

4.根据权利要求1所述的铝灰渣除氮方法，其特征在于，所述S3中所述铝灰渣粉末与水的质量比为1:(3-10)，上述铝灰渣粉末与所述反应剂质量比为100：(3-26)。

5.根据权利要求4所述的铝灰渣除氮方法，其特征在于，所述S3中反应时间为5-210min。

6.根据权利要求4所述的铝灰渣除氮方法，其特征在于，所述S3中水的温度为30℃-100℃。

7.根据权利要求1所述的铝灰渣除氮方法，其特征在于，S4中“对反应后的液体进行多级过滤”包括：

S41：对反应后的液体进行一级过滤得到初级滤液，滤网目数为300-700目；

S42：对所述初级溶液进行二级过滤得到次级滤液，滤网目数为1000-1500目；

S43：对所述次级溶液进行三级过滤得到最终滤液，将所述最终滤液进行排放，滤网目数为2000-3000目。

8.根据权利要求1所述的铝灰渣除氮方法，其特征在于，所述S4后还包括：对除氮后的铝灰渣进行烘干获得最终铝灰渣。