CN109179464B - 一种二次铝灰高效清洁资源化利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二次铝灰高效清洁资源化利用的方法，通过将二次铝灰低温焙烧处理，去除氮、碳和氟有害元素，再将其浆化洗涤脱盐脱水，去除钠盐、钾盐等杂质成分，洗盐水利用烟气余热蒸发结晶。净化后的二次铝灰可以作为原料直接利用，通过与辅料（钙基、硅基和镁基）机械混合后，在高温下制备了铝基无机材料，烧结尾气通过除尘和干法脱氟净化达标排放。本发明技术能够安全、清洁和高效的处理二次铝灰，最大限度地将其转化成高值铝基无机材料，真正实现二次铝灰环境友好处理和高值资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及二次铝灰综合利用技术领域，特别涉及一种二次铝灰清洁高效资源化利用的方法。
背景技术
铝灰是铝冶炼和铝加工产生的固体废弃物。一次铝灰中含有大量的金属铝（15-75%），需进行回收处理。目前，铝灰回收金属铝工艺技术成熟，主要采用炒灰法、回转窑法、冷却筛分法等方法，回收率一般在70%以上。二次铝灰则是一次铝灰回收金属铝后剩下的细灰。二次铝灰中含有金属铝，氧化铝，NaCl、KCl等可溶性盐，Ca、Si、Fe等氧化物，镁铝尖晶石，Na3AlF6、NaF、CaF2等氟化物，以及一定量的AlN、Al4C3等。其中，金属铝、AlN、Al4C3等物质活性较大，遇水或在潮湿空气中会产生易燃有毒的气体；含氟化合物和少量重金属具有可浸出毒性，会对水体及空气造成严重污染；可溶性盐类易溶解积聚造成土壤盐碱化。因此，二次铝灰难以通过传统的填埋手段进行处理，否则会对自然环境造成严重危害。
专利CN 105039702 A公开了一种二次铝灰中的有价元素的浸出方法，此发明是将二次铝灰加入到NaOH溶液中，采用碱液法球磨浸出有价元素为Na、K、Cl和Si，该专利未对浸取液的后处理作介绍，也未对处理的铝灰残渣进行合理的资源化利用。专利CN 106834739A公开了一种从二次铝灰中提铝的方法及应用，通过将前处理后的二次铝灰与硫酸铵和/或硫酸氢氨混合焙烧，然后用水或低浓度的硫酸对焙烧熟料浸取，再分离含铝溶液和尾渣，其中含铝溶液可进一步转化用于铝产品制备，该专利未对前处理的水洗含盐溶液进行处理，未对焙烧烟气做处理，也为对尾渣进行合理化利用。专利CN 106694514A公开了一种铝灰资源化处理方法，该方法首先对铝灰进行脱氮、氟、砷处理，然后焙烧得到铝灰熟料，磨细后用稀酸浸出，分离K2O、Na2O、CaO、MgO等金属杂质，并磁选除铁，压滤分离制得氧化铝产品，该发明在水解脱氮回收氨水过程中会产生氢气、甲烷气体，存在安全隐患，工艺流程复杂，处理成本也较高。
关于铝灰的综合利用，开展了大量的研究工作，主要集中在提取有价元素、制备建筑材料、制备耐火材料、制备净水剂等方面的研究。但由于铝灰中含有氟化物和氯盐，一定程度影响产品的强度、耐高温、耐腐蚀等性能。另外，铝灰中存在氮化铝、碳化铝等活性物质，处理过程中会有氨气、甲烷等气体，存在着安全隐患。这些原因增加了二次铝灰综合利用的技术难度。
我国电解铝产量已经超过3500万吨，合金化产量超过5500万吨，每年的二次铝灰量达到100万吨左右，随着铝消费的不断增长，二次铝灰量还进一步增加。因此，二次铝灰急需安全清洁高效的无害化处理技术和高附加值的资源化利用技术。
发明内容
针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种高效清洁的二次铝灰资源化利用方法，二次铝灰通过低温焙烧、水洗除杂、混合搅拌、高温合成等工序，最终将二次铝灰转化成高值铝基无机材料，解决了二次铝灰带来的环境危害问题，提高了其资源利用率和产品附加值。
本发明提供一种二次铝灰高效清洁资源化利用的方法，包括以下步骤：
1）低温焙烧：将二次铝灰在低温下直接焙烧处理得到稳定化铝灰，去除二次铝灰中的氮、碳和氟有害元素；
2）洗涤脱水：将所述稳定化铝灰进行冷却处理，然后用新水或循环洗液进行浆化洗涤，洗掉其中的钠盐、钾盐等杂质，过滤脱水得到脱水滤饼和含盐洗液，滤饼含水率控制在20%-30%，当含盐洗液的盐浓度达到15%-20%时去蒸发结晶；
3）混合搅拌：将所述脱水滤饼与添加辅料按一定比例进行机械混合，制得混合生料；
4）高温烧结：将所述混合生料在高温炉内高温烧结制备高值铝基无机材料。
进一步的，烟气余热利用：将低温焙烧烟气和高温烧结烟气混合余热利用，蒸发含盐洗液，制取结晶盐；
进一步的，尾气净化：余热利用后的尾气通过氧化铝干法吸附脱氟，再经过布袋除尘器或电除尘器或金属膜除尘器除尘后，实现烟气净化达标排放。
进一步的，所述步骤1）中，二次铝灰低温直接焙烧处理的温度为500℃-800℃，焙烧时间为0.5h-5h。
优选地，所述步骤1）中，二次铝灰低温焙烧采用的设备为微波加热窑、电加热窑、天然气加热窑中的一种。
优选地，所述步骤2）中，稳定化铝灰浆化洗涤的液固比为2:1-10:1，浆化洗涤时间为0.5h-10h。
优选地，所述步骤3）中，所述添加辅料为硅石粉、粉煤灰、石灰石粉、石灰、氧化铝粉、镁砂和白云石中的一种或几种混合物，包括但不限以上几种。
优选地，所述步骤4）中，所述混合生料在高温炉内烧结温度为1200℃-1800℃，烧结时间为0.5h-6h；烧结制备高值铝基无机材料，包括铝酸钙材料、烧结莫来石和镁铝尖晶石耐火材料，但不限于这几种产品。
本发明的有益效果：
采用上述技术方案，能够清洁高效地处理二次铝灰。低温焙烧能将二次铝灰中的AlN转化成Al2O3和N2，Al4C3则转化成Al2O3和CO2，避免直接湿法处理产生氨气、甲烷等气体带来安全隐患和后期净化处理问题。焙烧后的二次铝灰再经水洗脱除钠盐、钾盐等杂质，避免其对合成产品的品质影响。净化处理的二次铝灰可作为原料直接利用，通过与钙基、硅基和镁基辅料混合，最后在高温条件下合成铝基无机材料，包括铝酸钙材料、烧结莫来石和镁铝尖晶石耐火材料等，实现二次铝灰的高值化利用。
本发明技术能够实现二次铝灰清洁、安全、稳定的处理，并最大限度地将二次铝灰转化成高值铝基无机材料，真正实现二次铝灰环境友好处理和高值资源化利用，技术应用前景广阔。
附图说明
图1所示为二次铝灰高效清洁资源化利用工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种二次铝灰高效清洁资源化利用的方法，包括以下步骤：
1）低温焙烧：将二次铝灰在低温窑炉内500℃-800℃直接焙烧0.5h-5h得到稳定化铝灰；
2）洗涤脱水：将上述稳定化铝灰进行冷却处理，然后按照液固比2:1-10:1添加新水或循环洗液浆化进行洗涤0.5h-10h，洗后过滤脱水得到脱水滤饼，滤饼含水率控制在20%-30%；
3）混合搅拌：将上述脱水滤饼与辅料（硅石粉、粉煤灰、石灰石粉、石灰、氧化铝粉、镁砂和白云石中的一种或几种混合物）按一定比例进行机械混合，搅拌均匀后得到混合生料；
4）高温烧结：将上述混合生料在高温炉内1200℃-1800℃烧结0.5h-6h；制备高值铝基无机材料，包括铝酸钙材料、烧结莫来石和镁铝尖晶石耐火材料。
进一步的，烟气余热利用：将低温焙烧烟气和高温烧结烟气混合余热利用，蒸发含盐量15%-20%的洗液制得含氯化钠、氯化钾的混合结晶盐；
进一步的，尾气净化：尾气通过氧化铝干法吸附脱氟，再经过布袋除尘器或电除尘器或金属膜除尘器除尘后达标排放。
实施例1
本发明提出了一种二次铝灰高效清洁资源化利用的方法，包括以下步骤：
1）低温焙烧：将二次铝灰在微波加热窑内500℃焙烧10h，去除二次铝灰中的氮、碳和氟，得到稳定化铝灰。
2）洗涤脱水：将上述稳定化铝灰冷却处理，然后按照液固比5:1进行浆化洗涤，洗掉其中的钠盐、钾盐等杂质，过滤脱水得到脱水滤饼，滤饼含水率为25%。
3）混合搅拌：将40wt%-55wt%脱水滤饼和45wt%-60wt%石灰石粉进行机械混合，制得混合生料。
4）高温烧结：将上述混合生料在高温炉内1400℃烧结2h制备铝酸钙材料，所述铝酸钙材料主要用于钢铁精炼，其主要物相为12CaO·7Al2O3和3CaO·Al2O3。
5）烟气余热利用：将低温焙烧烟气和高温烧结烟气混合余热利用，蒸发循环高浓度盐水，制取结晶盐。
6）尾气净化：余热利用后尾气通过氧化铝干法吸附脱氟，再经过布袋除尘器除尘后达标排放。
实施例2
本发明提出了一种二次铝灰高效清洁资源化利用的方法，包括以下步骤：
1）低温焙烧：将二次铝灰在电加热窑内800℃焙烧2h，去除二次铝灰中的氮、碳和氟，得到稳定化铝灰。
2）洗涤脱水：将上述稳定化铝灰冷却处理，然后按照液固比3:1进行浆化洗涤，洗掉其中的钠盐、钾盐等杂质，过滤脱水得到脱水滤饼，滤饼含水率20%。
3）混合搅拌：将75wt%-90wt%脱水滤饼和25wt%-10wt%硅石粉进行机械混合，制得混合生料。
4）高温烧结：将上述混合生料在高温炉内1500℃烧结3h制备烧结莫来石，其主要物相为莫来石，含少量刚玉和镁铝尖晶石成分。
5）烟气余热利用：将低温焙烧烟气和高温烧结烟气混合余热利用，蒸发循环高浓度盐水，制取结晶盐。
6）尾气净化：余热利用后尾气通过氧化铝干法吸附脱氟，再经过电除尘器除尘后达标排放。
实施例3
本发明提出了一种二次铝灰高效清洁资源化利用的方法，包括以下步骤：
1）低温焙烧：将二次铝灰在天然气加热窑内650℃焙烧4h，去除二次铝灰中的氮、碳和氟，得到稳定化铝灰。
2）洗涤脱水：将上述稳定化铝灰冷却，然后按照液固比6:1加水进行化浆洗涤，洗掉其中的钠盐、钾盐等杂质，过滤脱水得到脱水滤饼，滤饼含水率为30%。
3）混合搅拌：将68wt%-74wt%脱水滤饼和26wt%-32wt%菱镁矿粉进行机械混合，制得混合生料。
4）高温烧结：将上述混合生料在高温炉内1650℃烧结2h制备镁铝尖晶石耐火材料，其主要物相为镁铝尖晶石和刚玉。
5）烟气余热利用：将低温焙烧烟气和高温烧结烟气混合余热利用，蒸发循环高浓度盐水，制取结晶盐。
6）尾气净化：余热利用后尾气通过氧化铝干法吸附脱氟，再经过金属膜除尘器除尘后达标排放。
以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种二次铝灰清洁资源化利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将二次铝灰在低温500℃-650℃下直接焙烧0.5h-5h，得到稳定化铝灰；2)将稳定化铝灰进行冷却处理，然后按照液固比2:1-6:l加水或循环洗液进行浆化洗涤0.5h-10h，过滤脱水得到脱水滤饼和含盐洗液，蒸发含盐洗液，制取结晶盐；3)将所述脱水滤饼与添加辅料按一定比例进行机械混合，制得混合生料；4)将所述混合生料在高温1200℃-1800℃下烧结0.5h-6h制备高值铝基无机材料，包括铝酸钙材料、烧结莫来石和镁铝尖晶石耐火材料。
2.根据权利要求1 所述的二次铝灰清洁资源化利用的方法，其特征在于，将低温焙烧烟气和高温烧结烟气混合余热利用。
3.根据权利要求2所述的二次铝灰清洁资源化利用的方法，其特征在于，余热利用后的尾气通过氧化铝干法吸附脱氟，再经过布袋除尘器或电除尘器或金属膜除尘器除尘后达标排放。
4.根据权利要求1 所述的二次铝灰清洁资源化利用的方法，其特征在于，所述步骤1)中，二次铝灰低温焙烧采用的设备为微波加热窑炉、电加热窑炉、天然气加热窑炉中的一种。
5.根据权利要求1 所述的二次铝灰清洁资源化利用的方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述添加辅料为硅石粉、粉煤灰、石灰石粉、石灰、氧化铝粉、镁砂、白云石中的一种或几种混合物。
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