CN110217810B - 一种高效回收铝灰中有价元素的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效回收铝灰中有价元素的方法，将铝灰与水或稀碱液湿磨，调节浆料酸碱度至中性，固液分离，分别得到脱盐脱氨铝灰和盐溶液；盐溶液进行蒸发结晶处理得到电解质盐产品，脱盐脱氨铝灰与碱液按照一定液固比加入高压反应釜内进行水热反应，反应过程产生一定量的氢气；得到的浆料进行固液分离，得到铝酸钠溶液和溶出残渣；铝酸钠溶液可用于生产氧化铝或氢氧化铝产品，残渣可作为建材原料。本发明通过对铝灰进行脱盐脱氨处理，充分回收铝灰中的氮及电解质盐成分，采用高压溶出的方式对铝灰中惰性氧化铝成分进行高效溶出，实现了铝灰中有价成分的高效回收，为电解铝、铝加工等行业产生的铝灰固体废弃物的资源化利用开辟了一条新的途径。

Description

一种高效回收铝灰中有价元素的方法
技术领域
本发明涉及电解铝及铝加工工艺中产生的铝灰回收利用技术领域，尤其涉及一种从铝灰中分离回收氨、电解质盐和氧化铝的方法。
背景技术
铝灰是电解铝生产或铝加工熔炼过程中产生的固体废弃物，主要由冷却的金属铝、高温过程中产生的氧化物、熔剂以及电解质盐等成分组成。据报道，每生产1 t金属铝，约产生20-40kg铝灰；每回收再生1 t废铝，约产生100-250kg铝灰。作为世界第一的电解铝、铝加工大国，我国每年产出的铝灰量在300万吨以上，加上历年来的堆存量，数量达数千万吨。铝灰中主要成分包括氧化铝、金属铝、氮化铝、及可溶性电解质盐等；根据处理环节不同又铝灰又分为一次铝灰和二次铝灰，二次铝灰作为一次铝灰提铝后的剩余物，其金属铝含量相对较低。由于铝灰中氮化物及氟、氯等有毒有害物质的存在，使得铝灰在堆存过程中容易产生恶臭气体及毒性物质，对环境污染较大。
当前，国内外对于铝灰处理的研究主要侧重于对其中金属铝的回收利用，而对于铝灰中氮、电解质盐及氧化铝等有价成分的高效回收缺少有效手段。
CN 106315634 A与CN 1927718 A分别公开了一种用废铝灰制备铝酸钠的方法，其工艺步骤为：将废铝灰先进行除氨、脱水处理后，加入NaOH碱化，然后加入适量去离子水，在65-100℃下浸出铝酸钠粗溶液；然后进行压滤，得到铝酸钠精制液。
CN 102828028 A公开了一种废铝灰综合处理工艺，其特征在于采用高温260℃以上、高压60kg/cm3以上、高浓度Na2Ok220g/l 以上的循环碱液溶出铝灰，生成铝酸钠溶液和灰泥；其在循环碱液溶出铝灰前，采用水洗铝灰的方法，洗除大部分的氯化盐，洗液用于吸收溶出过程产生的氨气。
CN 105274346 A公开了一种铝灰回收利用工艺，其主要工艺为：将铝灰与水进行调浆预处理，然后将预处理后的铝灰料浆加入加压反应釜进行加压水浸，加压水浸得到含氯低于0.01 的含氧化铝或氢氧化铝的浸出渣和含氯盐浸出液，将含氯盐浸出液蒸发结晶浓缩得到铝合金熔铸用覆盖剂或通过脱氟后经蒸发结晶浓缩得到工业用盐，加压水浸渣经高温焙烧（温度400-1200℃）得到氧化铝可返回电解槽也可作为棕刚玉原料。
上述专利都提出了对铝灰进行回收利用的处理方式，其基本思路主要分步分离铝灰中氯盐和氨，氯盐一般采用水洗的方式进行分离，而氨的脱除则有加酸、加碱或直接水洗等多种方式，对于铝灰中氧化铝的回收则有高温焙烧或碱溶提取等方法。专利中只提出了理论的处理方法，但对于实际生产中存在的诸多问题并未充分考虑，譬如：（1）铝灰颗粒间不同物相的相互包覆嵌布，氯盐不易洗脱的问题；（2）铝灰中氮化铝在水解过程产生的Al(OH)3及AlOOH等产物会包裹原料，抑制其水解过程，导致氯盐及氨的分离不彻底；（3）由于氯盐及氮化铝的不完全分离，使得较多杂质进入氧化铝提取过程，进而影响产品质量；（4）氨气及氢气的回收利用等问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高效回收铝灰中有价元素的方法，通过湿法处理工艺实现铝灰中有价成分高效回收，最大程度减少资源浪费。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种高效回收铝灰中有价元素的方法，包括以下步骤：
（1）将铝灰与水或稀碱液按照一定的液固比加入球磨机中进行湿磨处理，湿磨过程中产生的尾气经管道送入氨吸收设备；
（2）对步骤（1）得到的球磨料浆进行中和调配，调节浆料酸碱度至中性；
（3）对步骤（2）得到的中性料浆进行固液分离，分别得到脱盐脱氨铝灰和电解质盐溶液；
（4）对步骤（3）得到的盐溶液进行蒸发结晶处理得到电解质盐产品；蒸发过程产生的蒸汽经冷凝回收冷凝水，不凝气体经管道送入氨吸收设备；
（5）采用弱酸对步骤（1）中的尾气和步骤（4）中的不凝气体进行喷淋吸收，得到铵盐溶液；
（6）将步骤（3）得到的脱盐脱氨铝灰与碱液按照一定比例加入高压反应釜内进行水热反应，反应过程产生一定量的氢气；
（7）对步骤（6）得到的浆料进行固液分离，分别得到铝酸钠溶液和溶出残渣；铝酸钠溶液可用于生产氧化铝或氢氧化铝产品，残渣可作为建材原料，残渣洗涤水可返回作为球磨添加水回用。
进一步，所述步骤（1）中的液固比为0.8-3，球磨时间为15-60min，磨料粒度≤100-350目，稀碱液采用氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，其苛性碱浓度（C Na2Ok/C K2Ok）为50-120 g/L。
进一步，所述步骤（2）和步骤（5）中的稀酸溶液采用稀盐酸溶液、稀硫酸溶液或稀硝酸溶液，优选稀盐酸溶液；所述酸性气体为二氧化碳或二氧化硫等酸性气体。
进一步，所述步骤（2）中得到的中性料浆的pH终值范围为5.5-8.0。
进一步，所述步骤（5）中铵盐溶液的pH终值范围为5.5-8.0。
进一步，所述步骤（6）中的碱液采用氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，苛性碱浓度（C Na2Ok/C K2Ok）为150-300 g/L，液固比为0.5-2。
进一步，所述步骤（6）中水热反应的反应温度为175-280℃，反应时间为0.5-3h。
与现有技术相比，本发明至少具有以下的技术优越性：
（1）本发明实现了铝灰中氨、电解质盐及氧化铝组分的逐级提取分离，分别得到铵盐、电解质盐、铝酸钠及氢气等主/副产品，实现了各组分的高效分离与回收利用；
（2）采用湿法分离工艺，操作条件温和，设备简单，投资少；
（3）整个处理过程中无废水、废气外排，少量溶出残渣可作为建材原料，不产生二次污染。
（4）本发明通过对铝灰进行脱盐脱氨处理，充分回收铝灰中的氮及电解质盐成分，采用高压溶出的方式对铝灰中惰性氧化铝成分进行高效溶出，实现了铝灰中有价成分的高效回收，为电解铝、铝加工等行业产生的铝灰固体废弃物的资源化利用开辟了一条新的途径。
附图说明
图1为本发明一种高效回收铝灰中有价元素方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
本发明高效回收铝灰中有价元素的方法，具体工艺步骤如下：
（1）铝灰湿磨：将取自洛阳某企业的二次铝灰（具体成分见表1）和水按照液固比为2的比例配入球磨机，控制球磨机转速，保持物料在球磨机中停留时间为40min，球磨浆料中物料粒度d90≤300目，球磨过程中产生的尾气通过负压管道引入喷淋吸收塔；
表1 洛阳某企业二次铝灰化学组成（干基）：
Figure 673321DEST_PATH_IMAGE002
（2）中和调配：采用15%的盐酸对球磨后的料浆进行酸碱调配，控制料浆终点pH值达到6.5；
（3）固液分离：球磨后的料浆通过板框过滤机分离固液两相；
（4）蒸发结晶：采用三效蒸发器对分离所得的液相进行蒸发浓缩，再经结晶器分离得到电解质盐产品；蒸发过程产生的蒸汽经冷凝后作为添加用水回用，不凝气体通过负压管道引入喷淋吸收塔；
（5）氨吸收：采用稀盐酸对球磨和蒸发结晶过程产生的尾气进行喷淋吸收，吸收液为氯化铵溶液，未被吸收的气体为氢气；
（6）高压溶出：将经固液分离后的固相与C Na2O=260g/L的NaOH溶液按照液固比为1.8的比例配入反应釜，开启搅拌装置，保持转速300rpm，控制反应温度为240℃，反应时间60min；溶出过程中因金属铝参与反应，将产生部分氢气尾气，经收集后可作为燃料使用；
（7）过滤洗涤：溶出反应后的浆料经过滤后得到铝酸钠溶液，固相经洗涤后所得残渣可作为制砖原料，洗涤液并入铝酸钠溶液。
实施例2
本发明高效回收铝灰中有价元素的方法，具体工艺步骤如下：
（1）铝灰湿磨：将取自巩义某企业的二次铝灰（具体成分见表2）和C Na2O=80g/L的NaOH溶液按照液固比为1.5的比例配入球磨机，控制球磨机转速，保持物料在球磨机中停留时间为20min，球磨浆料中物料粒度d90≤200目，球磨过程中产生的尾气通过负压管道引入喷淋吸收塔；
表2 巩义某企业二次铝灰化学组成（干基）：
Figure 918357DEST_PATH_IMAGE004
（2）中和调配：采用15%的盐酸对球磨后的料浆进行酸碱调配，控制料浆终点pH值达到8.0；
（3）固液分离：球磨后的料浆通过板框过滤机分离固液两相；
（4）蒸发结晶：采用三效蒸发器对分离所得的液相进行蒸发浓缩，再经结晶器分离得到电解质盐产品；蒸发过程产生的蒸汽经冷凝后作为添加用水回用，不凝气体通过负压管道引入喷淋吸收塔；
（5）氨吸收：采用稀盐酸对球磨和蒸发结晶过程产生的尾气进行喷淋吸收，吸收液为氯化铵溶液，未被吸收的气体主要为氢气；
（6）高压溶出：将经固液分离后的固相与C Na2O=260g/L的NaOH溶液按照液固比为1.5的比例配入反应釜，开启搅拌装置，保持转速300rpm，控制反应温度为240℃，反应时间1h；溶出过程中产生的氢气尾气，经收集后作为燃料使用；
（7）过滤洗涤：溶出反应后的浆料经过滤后得到铝酸钠溶液，固相经洗涤后所得残渣作为制砖原料，一次洗涤液并入铝酸钠溶液，后续洗涤液返回球磨工序作为添加碱液使用。
实施例3
本发明高效回收铝灰中有价元素的方法，具体工艺步骤如下：
（1）铝灰湿磨：将取自洛阳某企业的二次铝灰（具体成分见表3）和C Na2O=50g/L的NaOH溶液按照液固比为1.2的比例配入球磨机，控制球磨机转速，保持物料在球磨机中停留时间为15min，球磨浆料中物料粒度d90≤200目，球磨过程中产生的尾气通过负压管道引入喷淋吸收塔；
表3 洛阳某企业二次铝灰化学组成（干基）：
Figure 39373DEST_PATH_IMAGE006
（2）中和调配：采用15%的盐酸对球磨后的料浆进行酸碱调配，控制料浆终点pH值达到7.5；
（3）固液分离：球磨后的料浆通过板框过滤机分离固液两相；
（4）蒸发结晶：采用三效蒸发器对分离所得的液相进行蒸发浓缩，再经结晶器分离得到电解质盐产品；蒸发过程产生的蒸汽经冷凝后作为添加用水回用，不凝气体通过负压管道引入喷淋吸收塔；
（5）氨吸收：采用稀盐酸对球磨和蒸发结晶过程产生的尾气进行喷淋吸收，吸收液为氯化铵溶液，未被吸收的气体主要为氢气；
（6）高压溶出：将经固液分离后的固相与C Na2O=260g/L的NaOH溶液按照液固比为1.8的比例配入反应釜，开启搅拌装置，保持转速300rpm，控制反应温度为260℃，反应时间40min；溶出过程中产生的氢气尾气经收集后作为燃料使用；
（7）过滤洗涤：溶出反应后的浆料经过滤后得到铝酸钠溶液，固相经洗涤后所得残渣作为制砖原料，一次洗涤液并入铝酸钠溶液，后续洗涤液返回球磨工序作为添加碱液使用。
实施例4
本发明高效回收铝灰中有价元素的方法，具体工艺步骤如下：
（1）铝灰湿磨：将取自焦作某企业的二次铝灰（具体成分见表4）和C Na2O=80g/L的NaOH溶液按照液固比为1.5的比例配入球磨机，控制球磨机转速，保持物料在球磨机中停留时间为20min，球磨浆料中物料粒度d90≤200目，球磨过程中产生的尾气通过负压管道引入喷淋吸收塔；
表4 焦作某企业二次铝灰化学组成（干基）：
Figure 903424DEST_PATH_IMAGE008
（2）中和调配：采用15%的盐酸对球磨后的料浆进行酸碱调配，控制料浆终点pH值达到7.8；
（3）固液分离：球磨后的料浆通过板框过滤机分离固液两相；
（4）蒸发结晶：采用三效蒸发器对分离所得的液相进行蒸发浓缩，再经结晶器分离得到电解质盐产品；蒸发过程产生的蒸汽经冷凝后作为添加用水回用，不凝气体通过负压管道引入喷淋吸收塔；
（5）氨吸收：采用稀盐酸对球磨和蒸发结晶过程产生的尾气进行喷淋吸收，吸收液为氯化铵溶液，未被吸收的气体主要为氢气；
（6）高压溶出：将经固液分离后的固相与C Na2O=260g/L的NaOH溶液按照液固比为1.5的比例配入反应釜，开启搅拌装置，保持转速300rpm，控制反应温度为260℃，反应时间0.5h；溶出过程中产生的氢气尾气经收集后作为燃料使用；
（7）过滤洗涤：溶出反应后的浆料经过滤后得到铝酸钠溶液，固相经洗涤后所得残渣可作为制砖原料，一次洗涤液并入铝酸钠溶液，后续洗涤液返回球磨工序作为添加碱液使用。
与传统工艺相比，本发明实现了铝灰中氨、电解质盐、氧化铝等成分的逐级分离回收，分别到铵盐、电解质盐、铝酸钠溶液及氢气等产品，少量残渣亦可作为建材原料使用，整个工艺环保清洁，与传统技术相比该方法具有明显的技术优势。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种高效回收铝灰中有价元素的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将铝灰与稀碱液按照液固比0.8-3加入球磨机中进行湿磨处理得到球磨料浆，湿磨过程中产生的尾气经管道送入氨吸收设备；
（2）采用稀酸溶液或通入酸性气体对步骤（1）得到的球磨料浆进行中和调配，调节浆料酸碱度得到中性料浆；
（3）对步骤（2）得到的中性料浆进行固液分离，分别得到脱盐脱氨铝灰和电解质盐溶液；
（4）对步骤（3）得到的电解质盐溶液进行蒸发结晶处理得到电解质盐产品；蒸发过程产生的蒸汽经冷凝回收冷凝水，不凝气体经管道送入氨吸收设备；
（5）采用稀酸溶液或通入酸性气体对步骤（1）中的尾气和步骤（4）中的不凝气体进行喷淋吸收，得到铵盐溶液；
（6）将步骤（3）得到的脱盐脱氨铝灰与碱液按照一定液固比加入高压反应釜内进行水热反应，反应过程产生一定量的氢气；
（7）对步骤（6）得到的浆料进行固液分离，分别得到铝酸钠溶液和溶出残渣；铝酸钠溶液可用于生产氧化铝或氢氧化铝产品，残渣可作为建材原料；
所述步骤（1）中的球磨时间为15-60min，磨料粒度≤100-350目，稀碱液采用氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，其苛性碱浓度C Na2Ok/C K2Ok为50-120 g/L。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）和步骤（5）中的稀酸溶液采用稀盐酸溶液、稀硫酸溶液或稀硝酸溶液；所述酸性气体为二氧化碳或二氧化硫。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（5）中铵盐溶液的pH终值范围为5.5-8.0。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（6）中的碱液采用氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，苛性碱浓度C Na2Ok/C K2Ok为150-300 g/L，液固比为0.5-2。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（6）中水热反应的反应温度为175-280℃，反应时间为0.5-3h。
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