CN110028092A - 一种利用铝灰和电石渣制备铝酸钙的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用铝灰和电石渣制备铝酸钙的方法，该方法是铝灰经催化水解、酸解和洗涤后制得高纯铝灰粉料，然后高纯铝灰粉料与电石渣进行球磨混合，混合粉料经压制成型于烧结炉中烧结制得活性铝酸钙块状物料，再经破碎球磨制备高活性铝酸钙精炼剂。本发明制备的铝酸钙精炼剂性能优异，满足炼钢除渣剂用铝酸钙钙YB/T4265‑2011的指标要求。本发明所公开的方法不仅解决了铝灰、电石渣危/固废对环境的污染问题还实现了资源化利用，具有良好的环境、经济和社会效益。

Description

一种利用铝灰和电石渣制备铝酸钙的方法
技术领域
本发明涉及危废安全处置、大宗工业固废资源化利用及铝酸钙应用领域，特别是一种利用铝灰和电石渣制备铝酸钙的新方法。
背景技术
铝灰是电解铝、铝加工和铝再生行业产生的危险废弃物，年排放量200多万吨，电解铝行业每生产1t铝约产生30～50kg铝灰。目前，铝工业产生的铝灰经炒灰回收单质铝后，二次铝灰大量堆存，对大气和土壤造成严重的污染。铝锭生产过程为保证产品性能，需添加很多金属元素，因次，去除有害元素，合理利用其中的氧化铝资源，实现铝灰资源化利用意义重大。
电石渣是电石与水反应制备乙炔过程中产生的固体废弃物，聚氯乙烯(PVC)行业每年排放1800万吨电石渣。电石渣中含有丰富的钙资源，具有很大潜在资源再利用价值，其利用途径主要包括建材生产、环境治理、普通钙化工产品。电石渣中氢氧化钙质量含量高达80％～90％，直接排放会造成严重的污染，合理利用其丰富的钙资源是电石渣资源化利用的关键所在。
目前铝灰和电石渣安全处置与资源化利用研究较多，但都是针对铝灰或电石渣的独立技术，并未将两种危/固废协同处置利用，且涉及的研究均处于实验室研发阶段，缺乏系统性应用工程。CN108863123A公开了利用铝灰替代部分高铝矾土制备铝酸盐水泥的工艺，以石灰石、高铝矾土和铝灰为原料经球磨混料，再于烧结炉中于1380～1440℃烧结制备铝酸盐水泥，焙烧后冷却即得到水泥熟料；CN101913634A公开了一种废铝灰资源化利用的处理方法，在废铝灰中加入破碎的石灰石和催化剂，三种物料充分混合，置于焙烧反应炉内进行焙烧，焙烧后得到的产物磨碎或冷却后磨碎，制备铝酸钙粉料；CN107555447A公开了一种二次铝灰无害化综合利用方法，将铝灰与水混合调节浆料进行脱氨反应，洗涤后的固相料用于生产铝酸钙粉料；CN108585009A公开了一种利用白泥制备铝酸钙粉的生产线及其工艺以上公开的方法，该方法是以白泥渣/电石渣、铝质原料和晶核素为原料，按照一定比例混合均匀，再于烧结炉中烧结制备铝酸钙粉料。以上公开的方法都是单独利用铝灰或电石渣制备铝酸钙粉料，并未实现危废与固废的协同利用，且所使用铝灰并未提纯/纯度低，杂质元素含量高。虽然制备了铝酸钙粉料，但因杂质元素的存在，导致产品性能的降低，目前工艺无法实现稳定产业化运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用铝灰和电石渣制备铝酸钙的新方法，采用催化水解、酸解和洗涤实现氮化铝及氟的深度脱除，制备高纯度铝灰粉料，再调配电石渣进行球磨混料、成型、烧结、破碎和球磨制备铝酸钙粉料。该方法不仅解决了铝灰和电石渣的安全处置以及资源化利用问题，还实现了铝灰和电石渣的协同利用。通过前期脱杂处理更加充分利用铝灰和电石渣中的杂质元素和有价组分，实现了铝灰、电石渣协同资源化利用，具有良好的环境和社会价值；同时所制备的铝酸钙粉料产品性能优异，可应用于水处理、精炼剂和高钙水泥三个方向，潜在经济价值巨大，实现了危/固废向化工、环保方向的转化。
为达此目的，本发明采用了以下技术方案：
一种利用铝灰和电石渣制备铝酸钙的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将铝灰置于含有催化剂的水溶液中进行溶出反应，经液固分离、水洗，得到第一固体、第一滤液和第一洗液，第一洗液和第一滤液返回调配溶液，继续溶出铝灰，滤液多次循环制备含氟溶液；
(2)向(1)制备的含氟溶液中添加沉淀剂，通过沉降、液固分离，制备氟化钙，得到滤液用于脱硝原料；
(3)将(1)制备的第一固体于盐酸溶液中进行酸解反应，经过滤、洗涤得到第二固体、第二滤液和第二洗液，第二洗液返回调配盐酸溶液，第二固体经干燥制得高纯铝灰粉料；
(4)向(3)产生的第二滤液中添加铝酸钙，于反应槽中加热溶出进行聚合调控制备聚合氯化铝絮凝剂。
(5)将(3)产生的高纯铝灰粉料与电石渣按一定比例混合，经球磨、成型、烧结、破碎和球磨制备高活性铝酸钙粉料。
优选的是，步骤(1)所述的反应条件为：液固比2～6ml/g反应温度60～100℃，反应时间1～5h；
优选的是，步骤(1)所述的催化剂为氧化钙、氧化钠、过氧化钠、氧化钾或氨水中的一种或几种；
优选的是，步骤(1)所述的第一滤液和第一洗液返回调配溶液，其中循环次数为3～10次；
优选的是，步骤(2)所述的向步骤(1)所得含氟溶液中添加沉淀剂，所述沉淀剂为氯化钙、石灰乳、电石渣或碳酸钙中的一种或几种；
优选的是，步骤(3)所述将第一固体加入到盐酸溶液中进行溶出反应，其中反应条件为：液固比为3～10ml/g，反应温度80～100℃，反应时间1～4h，盐酸浓度100～300g/l；
优选的是，步骤(5)所述的利用步骤(3)产生的高纯铝灰粉料与电石渣按一定比例进行球磨混料、成型、焙烧、破碎和球磨工艺制备高活性铝酸钙，其中成型压力20～200MPa，焙烧温度1000～1600℃，焙烧时间0.5～2h。
附图说明
图1为本发明一种利用铝灰和电石渣制备铝酸钙的方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本领域技术人员应该明了，所述实施例仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
图1出示了本发明一种利用铝灰和电石渣制备铝酸钙的方法的工艺流程图。本发明所利用的铝灰原料(AD)、高纯铝灰粉料(PAD)和电石渣(CS)的组成如表1所示。
表1铝灰原料、高纯铝灰粉料和电石渣XRF分析结果(mass％)
实施例1：
将铝灰按照催化水解-酸解-洗涤的工艺处理，催化水解工段：液固比2ml/g，反应温度70℃，反应时间1h，水解液循环次数3次；酸解工段：液固比为3ml/g，反应温度80℃，反应时间1h，盐酸浓度100g/l；烧结工段：成型压力20MPa，焙烧温度1000℃，焙烧时间0.5h。所制备铝酸钙可溶性氧化铝90％，氧化铝含量54％，氧化钙34％。
实施例2：
将铝灰按照催化水解-酸解-洗涤的工艺处理，催化水解工段：液固比3ml/g，反应温度85℃，反应时间2h，水解液循环次数5次；酸解工段：液固比为4ml/g，反应温度80℃，反应时间1h，盐酸浓度150g/l；烧结工段：成型压力100MPa，焙烧温度1100℃，焙烧时间1h。所制备铝酸钙可溶性氧化铝92％，氧化铝含量56％，氧化钙22％。
实施例3：
将铝灰按照催化水解-酸解-洗涤的工艺处理，催化水解工段：液固比3ml/g，反应温度95℃，反应时间3h，水解液循环次数6次；酸解工段：液固比为5ml/g，反应温度95℃，反应时间2h，盐酸浓度200g/l；烧结工段：成型压力120MPa，焙烧温度1200℃，焙烧时间1h。所制备铝酸钙可溶性氧化铝96％，氧化铝含量60％，氧化钙28％。
实施例4：
将铝灰按照催化水解-酸解-洗涤的工艺处理，催化水解工段：液固比5ml/g，反应温度70℃，反应时间4h，水解液循环次数8次；酸解工段：液固比为7ml/g，反应温度95℃，反应时间3h，盐酸浓度250g/l；烧结工段：成型压力160MPa，焙烧温度1400℃，焙烧时间1.5h。所制备铝酸钙可溶性氧化铝93％，氧化铝含量55％，氧化钙23％。
实施例5：
将铝灰按照催化水解-酸解-洗涤的工艺处理，催化水解工段：液固比6ml/g，反应温度90℃，反应时间5h，水解液循环次数10次；酸解工段：液固比为10ml/g，反应温度100℃，反应时间4h，盐酸浓度300g/l；烧结工段：成型压力200MPa，焙烧温度1600℃，焙烧时间2h。所制备铝酸钙可溶性氧化铝92％，氧化铝含量54％，氧化钙24％。
最优方案为实施例3。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (7)

1.一种利用铝灰和电石渣制备铝酸钙的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将铝灰置于含有催化剂的水溶液中进行溶出反应，经液固分离、水洗，得到第一固体、第一滤液和第一洗液，第一洗液和第一滤液返回调配溶液，继续溶出铝灰，滤液多次循环制备含氟溶液；
(2)向(1)制备的含氟溶液中添加沉淀剂，通过沉降、液固分离，制备氟化钙，得到滤液用于脱硝原料；
(3)将(1)制备的第一固体于盐酸溶液中进行酸解反应，经过滤、洗涤得到第二固体、第二滤液和第二洗液，第二洗液返回调配盐酸溶液，第二固体经干燥制得高纯铝灰粉料；
(4)向(3)产生的第二滤液中添加铝酸钙，于反应槽中加热溶出进行聚合调控制备聚合氯化铝絮凝剂。
(5)将(3)产生的高纯铝灰粉料与电石渣按一定比例混合，经球磨、成型、烧结、破碎和球磨制备高活性铝酸钙粉料。
2.根据权利要求1所述的一种利用铝灰和电石渣制备铝酸钙的方法，其特征在于，步骤(1)所述的反应条件为：液固比2～6ml/g反应温度60～100℃，反应时间1～5h。
3.根据权利要求1所述的一种利用铝灰和电石渣制备铝酸钙的方法，其特征在于，步骤(1)所述的催化剂为氧化钙、氧化钠、过氧化钠、氧化钾或氨水中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种利用铝灰和电石渣制备铝酸钙的方法，其特征在于，步骤(1)所述的第一滤液和第一洗液返回调配溶液，其中循环次数为3～10次。
5.根据权利要求1所述的一种利用铝灰和电石渣制备铝酸钙的方法，其特征在于，步骤(2)所述的向步骤(1)所得含氟溶液中添加沉淀剂，所述沉淀剂为氯化钙、石灰乳、电石渣或碳酸钙中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种利用铝灰和电石渣制备铝酸钙的方法，其特征在于，步骤(3)所述将第一固体加入到盐酸溶液中进行溶出反应，其中反应条件为：液固比为3～10ml/g，反应温度80～100℃，反应时间1～4h，盐酸浓度100～300g/l。
7.根据权利要求1所述的一种利用铝灰和电石渣制备铝酸钙的方法，其特征在于，步骤(5)所述的利用步骤(3)产生的高纯铝灰粉料与电石渣按一定比例进行球磨混料、成型、焙烧、破碎和球磨工艺制备高活性铝酸钙，其中成型压力20～200MPa，焙烧温度1000～1600℃，焙烧时间0.5～2h。
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