CN108793213A - 铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的方法及装置 - Google Patents

铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及冶金制铝领域，公开了铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的方法和装置，其技术要点是：先将生料浆通过生料管导入回转窑中，将天然气和空气分别通过燃料管和输风管导入回转窑中，进行烧结反应，再通过冷却管将烧结反应得到的熟料导入冷却机中，最后将冷却机冷却后的熟料通过输送机送入球磨机中，再胚乳氧化铝蒸发母液进行再次烧结，完成去氧化铝母液有机物，可以安全有效处理铝灰中惰性铝灰，使铝灰中铝的总回收率达到95%以上，整体有机物回收率在85%以上，解决了现有去除氧化铝中有机物的结晶法、氧化法、焙烧法、离子交换法、苛化法等，这些方法有均存在添加物消耗成本高、操作困难不易实现、再生困难、回收效率低的问题。

Description

铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的方法及装置
技术领域
本发明涉及冶金制铝领域，具体的讲是铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的方法和装置。
背景技术
冶金制铝工业中需要通过拜耳法生产氧化铝，矿石和石灰中C02在生产过程中与NaOH反应生成Na2CO3以及一部分Na2C2O4，逐渐积累会降低循环效率，增加了生产成本，会在设备和管道上析出，影响正常生产，所以拜耳法生产氧化铝过程中产生的有机物升高到一定浓度后必须排除，使之保持在一个较低的水平。现有处理方法主要有以下几种：结晶法、氧化法、焙烧法、离子交换法、苛化法等，这些方法有均存在添加物消耗成本高、操作困难不易实现、不易过滤排出、再生困难、回收效率低的问题。
因此需要一种结构简单，通过在回转窑中进行燃烧法去除氧化铝母液中的有机物，安全有效处理铝灰中惰性铝灰，利用危废铝灰处理拜耳法富积有机物，双向处理废物的铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的方法和装置。
发明内容
本发明针对现有去除氧化铝中有机物的结晶法、氧化法、焙烧法、离子交换法、苛化法等，这些方法有均存在添加物消耗成本高、操作困难不易实现、不易过滤排出、再生困难、回收效率低的问题，提供铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的方法和装置。
本发明解决上述技术问题，采用的技术方案是，铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的方法，包括以下步骤：
第一步，将生料浆通过生料管导入回转窑中，同时将天然气和空气分别通过燃料管和输风管导入回转窑中，进行烧结反应；
第二步，通过冷却管将烧结反应得到的熟料导入冷却机中，进行冷却；
第三步，将冷却机冷却后的熟料通过输送机送入球磨机中，再胚乳氧化铝蒸发母液进行再次烧结，完成去氧化铝母液有机物。
这样设计的目的在于，通过在回转窑中通入生料浆、燃料和空气，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、碳酸钠及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 SiO2nH2O
Fe2O3+S Na2CO3 + NaOH → Na2O·Fe2O3 +CO2↑
MgO/ CaO+ SiO2 →MgO/ CaO·SiO2
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，经旋风分离器后，进入新建烟囱排入大气。利用铝灰处理氧化铝生产过程中的，即回收了拜耳法生产氧化铝过程中大量的；又回收了铝灰中的有价物质，并使危险废弃物转化率一般废弃物，便于有毒危险废弃物的处理。其中将氧化铝系统循环进行浓缩沉降分离得碳酸钠和铝灰制浆，将氧化铝系统添加草酸钠晶种分解，分解后的料浆将草酸钠过滤后铝灰制浆，将所制生料浆添加定量石灰进行烧结处理得到熟料，熟料经一次洗液溶出后进入拜耳法氧化铝生产系统。解决了现有去除氧化铝中有机物的结晶法、氧化法、焙烧法、离子交换法、苛化法等，这些方法有均存在添加物消耗成本高、操作困难不易实现、不易过滤排出、再生困难、回收效率低的问题。
可选的，第一步，生料浆中含水率为30%～50%，铝碱比为0.95～1.05，烧结反应温度为950℃～1050℃，烧结时间为25～35min。
可选的，第二步，熟料在冷却机中冷却至120℃。
可选的，第三步，再次烧结温度为850℃～950℃，烧结时间为35～45min。
这样设计的目的在于，可以安全有效处理铝灰中惰性铝灰，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，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，整体有机物回收率在85%以上。
本发明还提供了一种铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的装置，包括回转窑、旋风分离器、冷却机，回转窑一端为窑头，另一端为窑尾，窑头的出料口通过冷却管与冷却机的进料口连接，窑尾的出料口通过尾气回收管与旋风分离器的进料口连接，回转窑倾斜设置，窑头位于窑尾下方，窑头的燃料进口与燃料管连接，窑头的空气进口与输风管连接，窑尾的生料进口与生料管连接，生料管位于窑尾内的一端设置有喷头。
进一步的，回转窑底部设置有活动杆，活动杆上设置有刮片，活动杆一端从窑尾穿出。
这样设计的目的在于，在整个燃烧法去氧化铝母液有机物的反应中有大量氧化中间产物析出，会吸附在回转窑内壁上，长时间不清理易发生回转窑堵塞的问题，通过设置的活动杆和刮片，使之能够对回转窑内壁底部氧化物进行刮除，提高整个装置的使用寿命。
可选的，活动杆另一端位于回转窑内，且为锥形，刮片底部与回转窑内壁接触，且刮片朝向窑头的一端呈锥形。
可选的，窑尾设置有密封圈，活动杆穿过密封圈。
进一步的，窑尾底部出料口与灰料收集管连接，燃料管上设置有第一控制阀，输风管上设置有风机，冷却管上设置有第二控制阀，生料管上设置有第三控制阀。
这样设计的目的在于，通过设置的灰料收集管可以将反应产生的α-氧化铝进行回收，通过设置的第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀可以对各个管道的流量进行控制。
可选的，喷头包括第一喷管、第二喷管和第三喷管，第一喷管、第二喷管和第三喷管依次连接，且管径依次减小，第一喷管上设置有第一出液口，第二喷管上设置有第二出液口，第三喷管上设置有第三出液口，第三喷管远离生料管。
这样设计的目的在于，通过设置管径依次减小的三个喷管组成喷头，由于管径存在差异，生料浆在各个喷管的液压也存在差异，使得远离生料管的喷管堵塞几率大幅度降低。
可选的，生料管与喷头之间设置有紧固圈。
本发明的有益效果至少包括以下之一；
1、利用铝灰处理氧化铝生产过程中的，即回收了拜耳法生产氧化铝过程中大量的；又回收了铝灰中的有价物质，并使危险废弃物转化率一般废弃物，便于有毒危险废弃物的处理。其中将氧化铝系统循环进行浓缩沉降分离得碳酸钠和铝灰制浆，将氧化铝系统添加草酸钠晶种分解，分解后的料浆将草酸钠过滤后铝灰制浆，将所制生料浆添加定量石灰进行烧结处理得到熟料，熟料经一次洗液溶出后进入拜耳法氧化铝生产系统。解决了现有去除氧化铝中有机物的结晶法、氧化法、焙烧法、离子交换法、苛化法等，这些方法有均存在添加物消耗成本高、操作困难不易实现、不易过滤排出、再生困难、回收效率低的问题。
2、可以安全有效处理铝灰中惰性铝灰，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，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，整体有机物回收率在85%以上。
3、在整个燃烧法去氧化铝母液有机物的反应中有大量氧化中间产物析出，会吸附在回转窑内壁上，长时间不清理易发生回转窑堵塞的问题，通过设置的活动杆和刮片，使之能够对回转窑内壁底部氧化物进行刮除，提高整个装置的使用寿命。
4、通过设置的灰料收集管可以将反应产生的α-氧化铝进行回收，通过设置的第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀可以对各个管道的流量进行控制。
5、通过设置管径依次减小的三个喷管组成喷头，由于管径存在差异，生料浆在各个喷管的液压也存在差异，使得远离生料管的喷管堵塞几率大幅度降低。
附图说明
图1为铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的装置结构示意图；
图2为喷头结构示意图；
图3为回转窑截面结构示意图；
图中标记为：1为回转窑、2为窑头、3为窑尾、4为生料管、5为喷头、501为第一喷管、502为第二喷管、503为第三喷管、6为输风管、7为燃料管、8为冷却管、9为灰料收集管、10为灰料收集器、11为尾气回收管、12为旋风分离器、13为风机、14为第一控制阀、15为第二控制阀、16为活动杆、17为密封圈、18为刮片、19为第三控制阀、20为紧固圈、21为第三出液口、22为第二出液口、23为第一出液口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点能够更加清晰明白，以下结合附图和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保护内容。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“中央”、“周向”、“上”、“内侧”、“外侧”、“另一端”、“中部”、“顶部”、“一侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1所示，铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的装置包括回转窑1、旋风分离器12、冷却机，回转窑1一端为窑头2，另一端为窑尾3，窑头2的出料口通过冷却管8与冷却机的进料口连接，窑尾3的出料口通过尾气回收管11与旋风分离器12的进料口连接，回转窑1倾斜设置，窑头2位于窑尾3下方，窑头2的燃料进口与燃料管7连接，窑头2的空气进口与输风管6连接，窑尾3的生料进口与生料管4连接，生料管4位于窑尾3内的一端设置有喷头5。
使用中，在回转窑中通入生料浆、燃料和空气，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、碳酸钠及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 SiO2nH2O
Fe2O3+S Na2CO3 + NaOH → Na2O·Fe2O3 +CO2↑
MgO/ CaO+ SiO2 →MgO/ CaO·SiO2
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，经旋风分离器后，进入新建烟囱排入大气。利用铝灰处理氧化铝生产过程中的，即回收了拜耳法生产氧化铝过程中大量的；又回收了铝灰中的有价物质，并使危险废弃物转化率一般废弃物，便于有毒危险废弃物的处理。其中将氧化铝系统循环进行浓缩沉降分离得碳酸钠和铝灰制浆，将氧化铝系统添加草酸钠晶种分解，分解后的料浆将草酸钠过滤后铝灰制浆，将所制生料浆添加定量石灰进行烧结处理得到熟料，熟料经一次洗液溶出后进入拜耳法氧化铝生产系统。解决了现有去除氧化铝中有机物的结晶法、氧化法、焙烧法、离子交换法、苛化法等，这些方法有均存在添加物消耗成本高、操作困难不易实现、不易过滤排出、再生困难、回收效率低的问题。
实施例2
基于实施例1，如图3所示，回转窑1底部设置有活动杆16，活动杆16上设置有刮片18，活动杆16一端从窑尾3穿出。活动杆16另一端位于回转窑1内，且为锥形，刮片18底部与回转窑1内壁接触，且刮片朝向窑头2的一端呈锥形。窑尾3设置有密封圈17，活动杆16穿过密封圈17。
使用中，在整个燃烧法去氧化铝母液有机物的反应中有大量氧化中间产物析出，会吸附在回转窑内壁上，长时间不清理易发生回转窑堵塞的问题，通过设置的活动杆和刮片，使之能够对回转窑内壁底部氧化物进行刮除，提高整个装置的使用寿命。
同时通过设置密封圈可以防止活动杆在活动时带出回转窑中生料浆，也对整个回转窑内部环境进行密封，防止烧结反应中出现漏气。
实施例3
基于实施例1，窑尾3底部出料口与灰料收集管9连接，燃料管7上设置有第一控制阀14，输风管6上设置有风机13，冷却管8上设置有第二控制阀15，生料管4上设置有第三控制阀19。
使用中，设置的灰料收集管可以将反应产生的α-氧化铝进行回收，通过设置的第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀可以对各个管道的流量进行控制。
实施例4
基于实施例1，如图2所示，喷头5包括第一喷管501、第二喷管502和第三喷管503，第一喷管501、第二喷管502和第三喷管503依次连接，且管径依次减小，第一喷管501上设置有第一出液口23，第二喷管502上设置有第二出液口22，第三喷管503上设置有第三出液口21,第三喷管503远离生料管4。
使用中，设置管径依次减小的三个喷管组成喷头，由于管径存在差异，生料浆在各个喷管的液压也存在差异，使得远离生料管的喷管堵塞几率大幅度降低。
实施例5
基于实施例4，生料管4与喷头5之间设置有紧固圈20。
实施例6
一种铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的方法，包括以下步骤：
第一步，将生料浆通过生料管4导入回转窑1中，同时将天然气和空气分别通过燃料管7和输风管6导入回转窑1中，进行烧结反应；
第二步，通过冷却管8将烧结反应得到的熟料导入冷却机中，进行冷却；
第三步，将冷却机冷却后的熟料通过输送机送入球磨机中，再胚乳氧化铝蒸发母液进行再次烧结，完成去氧化铝母液有机物。
实施例7
基于实施例6，一种铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的方法，包括以下步骤：
第一步，将生料浆通过生料管4导入回转窑1中，同时将天然气和空气分别通过燃料管7和输风管6导入回转窑1中，进行烧结反应，生料浆中含水率为30%，铝碱比为0.95，烧结反应温度为950℃，烧结时间为25min；
第二步，通过冷却管8将烧结反应得到的熟料导入冷却机中，进行冷却，熟料在冷却机中冷却至120℃；
第三步，将冷却机冷却后的熟料通过输送机送入球磨机中，再胚乳氧化铝蒸发母液进行再次烧结，完成去氧化铝母液有机物，再次烧结温度为850，烧结时间为35min。
实施例8
基于实施例6，一种铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的方法，包括以下步骤：
第一步，将生料浆通过生料管4导入回转窑1中，同时将天然气和空气分别通过燃料管7和输风管6导入回转窑1中，进行烧结反应，生料浆中含水率为50%，铝碱比为1.05，烧结反应温度为1050℃，烧结时间为35min；
第二步，通过冷却管8将烧结反应得到的熟料导入冷却机中，进行冷却，熟料在冷却机中冷却至120℃；
第三步，将冷却机冷却后的熟料通过输送机送入球磨机中，再胚乳氧化铝蒸发母液进行再次烧结，完成去氧化铝母液有机物，再次烧结温度为950，烧结时间为45min。
使用中，可以安全有效处理铝灰中惰性铝灰，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，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，整体有机物回收率在85%以上。

Claims (10)

1.铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，将生料浆通过生料管（4）导入回转窑（1）中，同时将天然气和空气分别通过燃料管（7）和输风管（6）导入回转窑（1）中，进行烧结反应；
第二步，通过冷却管（8）将烧结反应得到的熟料导入冷却机中，进行冷却；
第三步，将冷却机冷却后的熟料通过输送机送入球磨机中，再胚乳氧化铝蒸发母液进行再次烧结，完成去氧化铝母液有机物。
2.根据权利要求1所述的铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的方法，其特征在于：所述第一步，生料浆中含水率为30%～50%，铝碱比为0.95～1.05，烧结反应温度为950℃～1050℃，烧结时间为25～35min。
3.根据权利要求1所述的铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的方法，其特征在于：所述第二步，熟料在冷却机中冷却至120℃。
4.根据权利要求1所述的铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的方法，其特征在于：所述第三步，再次烧结温度为850℃～950℃，烧结时间为35～45min。
5.铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的装置，包括回转窑（1）、旋风分离器（12）、冷却机，所述回转窑（1）一端为窑头（2），另一端为窑尾（3），窑头（2）的出料口通过冷却管（8）与冷却机的进料口连接，窑尾（3）的出料口通过尾气回收管（11）与旋风分离器（12）的进料口连接，其特征在于：所述回转窑（1）倾斜设置，窑头（2）位于窑尾（3）下方，窑头（2）的燃料进口与燃料管（7）连接，窑头（2）的空气进口与输风管（6）连接，所述窑尾（3）的生料进口与生料管（4）连接，生料管（4）位于窑尾（3）内的一端设置有喷头（5）。
6.根据权利要求5所述的铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的装置，其特征在于：所述回转窑（1）底部设置有活动杆（16），活动杆（16）上设置有刮片（18），活动杆（16）一端从窑尾（3）穿出。
7.根据权利要求6所述的铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的装置，其特征在于：所述活动杆（16）另一端位于回转窑（1）内，且为锥形，所述刮片（18）底部与回转窑（1）内壁接触，且刮片朝向窑头（2）的一端呈锥形。
8.根据权利要求7所述的铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的装置，其特征在于：所述窑尾（3）设置有密封圈（17），所述活动杆（16）穿过密封圈（17）。
9.根据权利要求5所述的铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的装置，其特征在于：所述窑尾（3）底部出料口与灰料收集管（9）连接，所述燃料管（7）上设置有第一控制阀（14），所述输风管（6）上设置有风机（13），所述冷却管（8）上设置有第二控制阀（15），所述生料管（4）上设置有第三控制阀（19）。
10.根据权利要求5所述的铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的装置，其特征在于：所述喷头（5）包括第一喷管（501）、第二喷管（502）和第三喷管（503），所述第一喷管（501）、第二喷管（502）和第三喷管（503）依次连接，且管径依次减小，第一喷管（501）上设置有第一出液口（23），第二喷管（502）上设置有第二出液口（22），第三喷管（503）上设置有第三出液口（21）,第三喷管（503）远离生料管（4）。
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