CN108940163A - 处理铝灰渣的盘式反应器及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种处理铝灰渣的盘式反应器及处理方法，涉及铝灰渣处理技术领域，包括反应器本体，反应器本体顶部中间连接有向其内部添加物料的加料仓以及设置在加料仓一侧的出气管，出气管从反应器本体顶部引出并连接有氨气吸收塔，反应器本体底部设置有物料出口，物料出口外部连接有排料设备，反应器本体内部设置有若干层上下布置的反应盘，反应盘中空，内部设置有与外部的加热介质管道连通的加热腔，反应器本体内设置有在反应盘上翻动物料的翻料装置。解决铝灰渣处理污染环境的问题，能够将铝灰渣进行处理，铝灰渣放置在盘式反应器内与水发生化学反应，将氮化铝中的氮元素转化成氨气进行回收利用，既能消除污染，又能使废物回收再利用。

Description

处理铝灰渣的盘式反应器及处理方法

技术领域

本发明涉及铝灰渣处理技术领域，特别涉及一种处理铝灰渣的盘式反应器及处理方法。

背景技术

铝灰渣(铝灰/铝渣)是铝工业中常见的废弃物，产量巨大，其主要来源为熔炼铝及铝合金生产过程中浮于铝熔体表面的不熔夹杂物、氧化物、添加剂以及与添加剂进行物理、化学反应产生的反应产物等，产生于铝发生熔融的所有生产工序。

在铝的冶炼过程中通常要向熔炉里充氮气，加速净化与提纯，一部分氮气在蒸发时被漂浮在铝水表面的铝灰渣吸收，因此铝灰渣含氮；而氮化铝遇水生成氨气，受热易挥发，所以铝灰渣受潮即有刺激性极强的氨味，长期以来给环境稳定和人员健康带来了极大困扰。

目前针对铝灰渣的利用方法很多，而对铝灰渣中氮元素的回收利用的方法不多，现有技术通常采用掩埋的方式处理铝灰渣，既污染环境，又造成浪费，亟需提供一种有效的铝灰渣除氮方法或者设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种盘式反应器，能够将铝灰渣进行处理，铝灰渣放置在盘式反应器内与水发生化学反应，将氮化铝中的氮元素转化成氨气进行回收利用，既能消除污染，又能使废物回收再利用。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种盘式反应器，包括反应器本体，所述反应器本体顶部中间连接有向其内部添加物料的加料仓以及设置在加料仓一侧的出气管，所述出气管从反应器本体顶部引出并连接有氨气吸收塔，所述反应器本体底部设置有物料出口，所述物料出口外部连接有排料设备，所述反应器本体内部设置有若干层上下布置的反应盘，所述反应盘中空，内部设置有与外部的加热介质管道连通的加热腔，所述反应器本体内设置有在反应盘上翻动物料的翻料装置。

通过采用上述技术方案，铝灰渣的湿料通过加料仓进入到反应器本体内的反应盘上，加热介质通过加热介质管道进入到反应盘内部的加热腔内，对反应盘进行加热达到一定的反应温度，湿料中的AlN与水开始反应，产生的氨气会通过出气管进入到氨气吸收塔被吸收掉，底层的湿料在翻料装置的作用下翻到表面或者落到下层的反应盘上，充分与水接触反应，反应过后的物料掉到反应器本体底部，并通过物料出口排放到排料设备内排出；整个反应过程铝灰渣能够充分与水进出并发生反应，经过多层反应盘的反应之后尽可能的将氮化铝中的氮元素转化成氨气，氨气被回收能够再利用，氮化铝也被有效的处理，既能够消除污染，还能够产生可利用资源。

作为进一步改进，所述翻料装置包括竖直设置在反应器本体中间的主轴，所述主轴在每层反应盘上方的位置设置有耙臂，所述耙臂上设置有若干在反应盘上翻料的耙叶，所述主轴下端从反应器本体底部伸出，并连接有主轴电机。

通过采用上述技术方案，翻料装置采用一根轴带动多个翻耙的结构，能够对每层反应盘进行翻料，使氮化铝与水或水蒸气充分接触，物料在耙叶的作用下搅拌、运动均匀，反应面不断更新，反应比较彻底。

作为进一步改进，所述主轴上端设置有分料盘，所述分料盘设置在加料仓下开口的正下方并位于反应盘的正上方。

通过采用上述技术方案，在主轴上端设置有分料盘，加料仓进入到反应器本体内的湿料会被分料盘均分落入到最上层的反应盘上，避免出现湿料堆积的情况，提高反应效率。

作为进一步改进，所述反应盘包括上下交替设置的呈环形的小盘和大盘，所述小盘内圈设置有内挡料板，所述大盘外圈设置有外挡料板，所述小盘上的物料通过外圈落入到大盘上，所述大盘上的物料通过内圈落入到小盘上。

通过采用上述技术方案，反应盘分为大盘和小盘两种，在反应器内水平层式布置，反应盘静止不动，物料在大盘上在耙叶推动下由外向里运动，由大盘的里缘落入小盘的里缘，物料在小盘上由里向外运动，由小盘的外缘落入大盘，物料在反应盘面上由耙叶输送、翻动、呈阿基米德螺线轨迹运动，在运动过程中被反应盘加热，进行传热传质完成反应作业，根据被反应物料的产量、性质、反应速度，确定反应盘层数（反应面积）。

作为进一步改进，所述加热介质管道与反应盘的侧面连接，所述反应盘通过加热介质管道连接在反应器本体的内壁上。

通过采用上述技术方案，通过加热介质管道支撑并固定反应盘，能够做到一物二用，简化反应器内部的结构。

作为进一步改进，所述加热介质管道外部设置有补水管，所述补水管与加热介质管道沿相同方向设置，所述补水管一端随加热介质管道一起连通至反应器本体的外部，另一端向反应盘上方弯折并向反应盘内喷水。

通过采用上述技术方案，在反应器内部设置几段喷水装置，能够保证反应器内有足够的水量与氮化铝进行反应，满足反应对水的需求；补水管与加热介质管道沿相同方向设置，能够减少补水管的占用空间，加热介质管道与补水管相互配合，结构强度更高。

作为进一步改进，所述小盘外圈设置有外挡水板，所述大盘内圈设置有内挡水板，所述外挡水板的高度小于内挡料板的高度，所述内挡水板的高度小于外挡料板的高度。

通过采用上述技术方案，在小盘外圈设置有外挡水板，大盘内圈设置有内挡水板，防止补的水分过多的落入到下层反应盘中，使每层反应盘都能够有充足的水与氮化铝进行反应。

作为进一步改进，所述加料仓上开口设置有定量加料器，控制向加料仓内添加物料的重量，所述加料仓内设置有竖直的螺旋搅拌机。

通过采用上述技术方案，加料仓上部设置定量加料器，使进入到反应器内的湿料量可控，能够匀速的加料，加料仓内设置螺旋搅拌机，能够避免湿料凝结成较大的块，使湿料的粒度均匀，能够充分与水接触，同时也能够避免堵塞加料仓下料口。

作为进一步改进，所述排料设备包括连接在物料出口下方的螺旋排料机，所述螺旋排料机外壁上设置有冷却管，所述冷却管内流通有用于给物料降温的冷水。

通过采用上述技术方案，反应完的物料通过螺旋排料机排出，螺旋排料机外壁设置冷却管，反应过的物料温度较高，不利于排放，经过冷却管水冷之后降低温度，排出后能够快速进行处理。

利用盘式反应器处理铝灰渣的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.进料过程：通过加料仓把物料均匀的送入多层盘式的反应器本体内；

S2.升温过程：低温的湿物料进入到反应盘上后采用热介质通过换热盘面在翻料装置的搅动下升温到90℃左右；

S3.反应过程：随着水解反应的进行，氨气不断的排出，并从顶部的出气管引出至氨气吸收塔，水分也相应减少，除了翻料装置的不断搅动，还要在反应器本体的底部通入热空气来加速水分的扩散，来提高反应速度，减少总反应时间；

S4.补水过程：当铝灰中的水分含量较低时，为了使铝灰中的AlN反应充分,给铝灰喷入90℃的水分；

S5.排料过程：物料在反应盘上层层反应，被翻料装置推送到下层反应盘上，最后进入到反应器本体底部，经物料出口进入到排料设备排出。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明盘式反应器立式工作，湿物料由顶部的加料仓加入，通过每层反应盘后由反应器的底部排出，整个反应过程密闭操作，从物料中释放出的氨气由反应器顶部的出气管直接排入到尾气吸收段，进行回收方便再利用。

2、物料在耙叶的作用下搅拌、运动均匀，反应面不断更新，反应比较彻底，氨气移除快，水分子在物料中移动快，大大提高了反应速度。

3、在反应器内部设置几段喷水装置，能够保证反应器内有足够的水量与氮化铝进行反应，满足反应对水的需求，缩短反应时间，提高反应效率。

4、采用本发明的方法处理铝灰渣，能够将铝灰渣中的氮元素充分的提取出来，能够做到回收再利用，同时铝灰渣也不需要采用掩埋的方式处理，避免污染环境，更环保。

附图说明

图1是本发明盘式反应器的连接结构原理图；

图2是本发明反应器的内部结构图；

图3是本发明反应盘的结构示意图；

图4是本发明翻料装置的结构示意图；

图5是本发明加料仓与定量加料器的连接结构图；

图6是本发明排料设备的结构示意图。

图中，1、反应器本体；11、热空气管；12、支架；2、加料仓；21、定量加料器；22、螺旋搅拌机；3、出气管；4、氨气吸收塔；41、循环泵；42、引风机；5、物料出口；6、排料设备；61、螺旋排料机；62、冷却管；7、反应盘；71、小盘；72、大盘；73、内挡料板；74、外挡料板；75、外挡水板；76、内挡水板；8、加热介质管道；81、补水管；9、翻料装置；91、主轴；92、耙臂；93、耙叶；94、主轴电机；95、分料盘。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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创造和简化描述，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。

一种处理铝灰渣的盘式反应器，如附图1所示，该盘式反应器主要由反应器本体1、加料仓2、出气管3、氨气吸收塔4、物料出口5、排料设备6、加热介质管道8和翻料装置9等结构组成。反应器本体1为密封的圆柱形反应罐，其侧面设置有能够打开的罐门，加料仓2开口向上，安装在反应器本体1上端面的中间位置，用于向反应器本体1内部添加拌有水的铝灰渣物料。

出气管3设置在加料仓2的一侧，从反应器本体1的顶部引出，连接反应器本体1的内部与外部，出气管3的端部连接在氨气吸收塔4上，将反应器本体1内氮化铝与水反应产生的氨气传递到氨气吸收塔4中，被氨气吸收塔4吸收。氨气吸收塔4外部设置有连接在上下端之间的循环泵41，能够将氨气吸收塔4内未被吸收的氨气循环起来再次被吸收，氨气吸收塔4的上端还安装有引风机42，将氨气吸收塔4内的气体抽出，只保存氨气。

如附图1所示，物料出口5安装在反应器本体1的底部，其开口下方设置有排料设备6，反应器本体1内氮化铝水解反应过后产生的固体粉末通过物料出口5落入到排料设备6中，经排料设备6转移运走。反应器本体1的底部还设置有加热介质管道8，与外界加热设备连接，加热介质管道8内通有加热介质对反应器本体1内部进行加热，使其内部达到氮化铝的最佳水解反应温度。随加热介质管道8一起铺设的还有补水管81，补水管81与加热介质管道8沿相同的方向铺设，通到反应器本体1内部，为氮化铝的水解反应补充足够的水。反应器本体1的底部还连通有热空气管11，热空气管11连通到反应器本体1的底部，当反应器本体1内的温度达不到最佳反应温度时，打开热空气管11的阀门，向反应器本体1内通入热空气，对其内部进行加温以达到最佳反应温度。

反应器本体1内部还设置有翻料装置9，翻料装置9下部从反应器本体1底部伸出连接驱动装置，反应器本体1内的湿料不能充分与水接触，通过翻料装置9将湿料输送、翻动，充分与水接触，反应面不断更新，反映比较彻底。

如附图2所示，反应器本体1固定安装在支架12上，翻料装置9下端也固定安装在支架12上，上端伸入到反应器本体1中。反应器本体1内部设置有若干层上下布置的反应盘7，反应盘7包括上下交替设置的小盘71和大盘72，小盘71和大盘72的数量相通过并且都为同轴设置的圆环结构，翻料装置9竖直从小盘71和大盘72的中间穿过，在每个盘体上都设置翻料结构。

反应盘7均为中空结构，内部设置有加热腔，三个加热介质管道8连接在反应盘7的侧面上，并与反应盘7内部的加热腔连接，三个加热介质管道8中两个作为进气管道，一个作为出气管道。反应盘7通过加热介质管道8作为连接支撑，固定在反应器本体1的内壁上。补水管81与加热介质管道8沿相同方向设置，补水管81一端随加热介质管道8一起连通至反应器本体1的外部，另一端向反应盘7上方弯折并在端部设置喷头，向反应盘7内淋水，本实施例中三个补水管81均为进水管。

结合附图2和3所示，小盘71和大盘72上下交替，最上端为小盘71，小盘71中间的孔较小，孔边设置有内挡料板73，大盘72中间的孔较大，大盘72边缘设置有一圈外挡料板74，在翻料装置9的翻动下，小盘71上的物料通过外圈落入到大盘72上，大盘72上的物料通过内圈落入到小盘71上，交替进行，使物料反应面不断交替，提高反应效率。小盘71的外圈边缘处还设置有一圈外挡水板75，外挡水板75的高度小于内挡料板73的高度，大盘72的内圈设置有一圈内挡水板76，内挡水板76的高度小于外挡料板74的高度，设置挡水板能够防止每层反应盘7上的水向下流入过多，使每层反应盘7都能够有充足的水与氮化铝进行反应。

如附图4所示，翻料装置9包括一根竖直的主轴91，主轴91上沿切线方向设置有耙臂92，三个耙臂92为一组均匀分布，多组耙臂92沿上下方向分布在主轴91上，每个耙臂92上设置有三个耙叶93。主轴91上端设置有伞形的分料盘95，下端安装有驱动主轴91转动的主轴电机94。结合附图2和4，主轴电机94设置在反应器本体1的下部，固定在支架12上，主轴91竖直穿过多个反应盘7，耙臂92设置在每层反应盘7和反应器本体1底板的上方，耙叶93抵在反应盘7和反应器本体1底板上，位于小盘71和反应器本体1底板上的耙叶93将物料向外侧推动翻起，位于大盘72上的耙叶93将物料向内侧推动翻起。分料盘95设置在最上层小盘71的正上方、加料仓2下开口的正下方，分料盘95与反应盘7和加料仓2的间距等于相邻反应盘7之间的间距，加料仓2进入到反应器本体1内的湿料会被分料盘95均分落入到最上层的反应盘7上，避免出现湿料堆积的情况。

如附图5所示，加料仓2呈漏斗形，开口内设置有竖直的螺旋搅拌机22，螺旋搅拌机22由电机驱动，电机固定在加料仓2开口的一侧，能将湿料凝结成的块打碎，使湿料的粒度均匀，能够充分与水接触；开口另一侧安装有定量加料器21，定量加料器21采用螺旋结构，横向设置，均匀的向加料仓2内添加湿料。

如附图6所示，排料设备6采用输料仓带有螺旋绞龙的螺旋排料机61，螺旋排料机61的输料仓靠近电机的一端上部为接料斗，螺旋排料机61的外壁上设置有冷却管62，冷却管62呈螺旋形缠绕在螺旋排料机61的外壁上，其内部通有冷水，用于对螺旋排料机61内的排出残料进行冷却降温。

铝灰中的氮化铝是在较低温度下生成的，呈多孔、疏松团聚状，表面积较大，因而更活泼，易于水解反应，最佳的反应温度90~100℃。

氮化铝水解反应方程式为： AlN+3H₂O→Al(OH)₃+NH₃

利用盘式反应器处理铝灰渣的方法，包括以下步骤：

S1.进料过程：加料前将铝灰渣与水混合，使用定量加料器21向加料仓2内均添加湿料，经螺旋搅拌机22绞碎打散之后进入到反应器本体1内，经过分料盘95的分料和耙叶93的翻动，湿料分散到反应盘7上；

S2.升温过程：低温的湿物料进入到反应盘7上后，外部的热介质通过加热介质管道8进入到反应盘7内的加热腔中，对反应盘7进行加热，反应盘7面在翻料装置9的搅动下升温到90℃左右，本实施例中热介质采用热蒸汽；

S3.反应过程：反应盘7上达到最佳反应温度，随着水解反应的进行，氨气不断的排出，并从顶部的出气管3引出至氨气吸收塔4，水分也相应减少，除了翻料装置9的不断搅动，还要在反应器本体1的底部通过热空气管11通入热空气来加速水分的扩散，来提高反应速度，缩短总反应时间；

S4.补水过程：当铝灰中的水分含量较低时，为了使铝灰中的AlN反应充分,通过补水管81给反应盘7上的铝灰喷入90℃的水分；

S5.排料过程：物料在反应盘7上层层反应，被翻料装置9推送到下层反应盘7上，最后进入到反应器本体1底部，打开物料出口5，反应过后的残料经物料出口5进入到排料设备6中，将经冷却管62水冷之后，被螺旋排料机61排出。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种处理铝灰渣的盘式反应器，其特征在于：包括反应器本体（1），所述反应器本体（1）顶部中间连接有向其内部添加物料的加料仓（2）以及设置在加料仓（2）一侧的出气管（3），所述出气管（3）从反应器本体（1）顶部引出并连接有氨气吸收塔（4），所述反应器本体（1）底部设置有物料出口（5），所述物料出口（5）外部连接有排料设备（6），所述反应器本体（1）内部设置有若干层上下布置的反应盘（7），所述反应盘（7）中空，内部设置有与外部的加热介质管道（8）连通的加热腔，所述反应器本体（1）内设置有在反应盘（7）上翻动物料的翻料装置（9）。

2.根据权利要求1所述的处理铝灰渣的盘式反应器，其特征在于：所述翻料装置（9）包括竖直设置在反应器本体（1）中间的主轴（91），所述主轴（91）在每层反应盘（7）上方的位置设置有耙臂（92），所述耙臂（92）上设置有若干在反应盘（7）上翻料的耙叶（93），所述主轴（91）下端从反应器本体（1）底部伸出，并连接有主轴电机（94）。

3.根据权利要求2所述的处理铝灰渣的盘式反应器，其特征在于：所述主轴（91）上端设置有分料盘（95），所述分料盘（95）设置在加料仓（2）下开口的正下方并位于反应盘（7）的正上方。

4.根据权利要求3所述的处理铝灰渣的盘式反应器，其特征在于：所述反应盘（7）包括上下交替设置的呈环形的小盘（71）和大盘（72），所述小盘（71）内圈设置有内挡料板（73），所述大盘（72）外圈设置有外挡料板（74），所述小盘（71）上的物料通过外圈落入到大盘（72）上，所述大盘（72）上的物料通过内圈落入到小盘（71）上。

5.根据权利要求4所述的处理铝灰渣的盘式反应器，其特征在于：所述加热介质管道（8）与反应盘（7）的侧面连接，所述反应盘（7）通过加热介质管道（8）连接在反应器本体（1）的内壁上。

6.根据权利要求5所述的处理铝灰渣的盘式反应器，其特征在于：所述加热介质管道（8）外部设置有补水管（81），所述补水管（81）与加热介质管道（8）沿相同方向设置，所述补水管（81）一端随加热介质管道（8）一起连通至反应器本体（1）的外部，另一端向反应盘（7）上方弯折并向反应盘（7）内喷水。

7.根据权利要求6所述的处理铝灰渣的盘式反应器，其特征在于：所述小盘（71）外圈设置有外挡水板（75），所述大盘（72）内圈设置有内挡水板（76），所述外挡水板（75）的高度小于内挡料板（73）的高度，所述内挡水板（76）的高度小于外挡料板（74）的高度。

8.根据权利要求1所述的盘式反应器，其特征在于：所述加料仓（2）上开口设置有定量加料器（21），控制向加料仓（2）内添加物料的重量，所述加料仓（2）内设置有竖直的螺旋搅拌机（22）。

9.根据权利要求1所述的盘式反应器，其特征在于：所述排料设备（6）包括连接在物料出口（5）下方的螺旋排料机（61），所述螺旋排料机（61）外壁上设置有冷却管（62），所述冷却管（62）内流通有用于给物料降温的冷水。

10.利用权利要求1-9任一项所述盘式反应器处理铝灰渣的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.进料过程：通过加料仓（2）把物料均匀的送入多层盘式的反应器本体（1）内；

S2.升温过程：低温的湿物料进入到反应盘（7）上后采用热介质通过换热盘面在翻料装置（9）的搅动下升温到90℃左右；

S3.反应过程：随着水解反应的进行，氨气不断的排出，并从顶部的出气管（3）引出至氨气吸收塔（4），水分也相应减少，除了翻料装置（9）的不断搅动，还要在反应器本体（1）的底部通入热空气来加速水分的扩散，来提高反应速度，减少总反应时间；

S4.补水过程：当铝灰中的水分含量较低时，为了使铝灰中的AlN反应充分,给铝灰喷入90℃的水分；

S5.排料过程：物料在反应盘（7）上层层反应，被翻料装置（9）推送到下层反应盘（7）上，最后进入到反应器本体（1）底部，经物料出口（5）进入到排料设备（6）排出。