CN111317955A - 一种低成本铝灰脱氮处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有色金属固废资源化和无害化处理技术，具体涉及一种低成本铝灰脱氮处理的方法。所述低成本铝灰脱氮处理方法，其主要特征在于，在铝灰中加入适量添加料，混合均匀后装入铁质料框；在熔炼炉维护和高温清理废渣时，将装有铝灰的料框放入熔炼炉内，随炉冷却至150℃以下或室温出炉。经本发明的技术方法处理的铝灰由黑色转变为灰白色，脱氮率可达90％以上，铝灰中氮化铝质量分数低于0.8％，遇水、遇碱均不再产生难闻气味，完全实现无害化，且后续可以进行资源化利用。本发明的方法有效利用了熔炼生产过程中的高温余热，使每吨铝灰脱氮处理成本低于160元，具有广阔的应用前景。

Description

一种低成本铝灰脱氮处理方法
技术领域
本发明属于有色金属固废资源化和无害化处理技术，具体涉及一种低成本铝灰脱氮处理的方法。
背景技术
在铝加工领域，冶炼和熔炼环节通常会产生大量熔炼废渣，行业中也称为“一次铝灰”。尤其在再生铝行业，废铝重熔后产生的“一次铝灰”更多。由于这些“一次铝灰”中常含有较多的金属铝，所以后续通常需要进行炒灰处理，以回收其中的有用金属铝。经反复炒灰后形成的“二次铝灰”，成分非常复杂，呈黑色粉末状。由于在熔炼和炒灰过程中，高温下空气中的氮与铝反应生成了较多氮化铝(AlN)，而这些AlN遇水、遇碱又将反应生成有刺激性气味的氨气，污染环境，所以“二次铝灰”不能随意排放，更难以直接回收再利用，有些地方甚至已将其列入危废清单。
在再生铝加工企业，这种“二次铝灰”不断产生，不仅占用大量场地，污染环境，而且浪费资源。实现“二次铝灰”的无害化和资源化处理，是目前铝工业领域的重点课题。对“二次铝灰”进行无害化处理的关键工序就是脱氮处理。只有经充分脱氮处理后，铝灰才不会释放难闻气味，后续才能进行有效再生利用。目前，行业内对铝灰进行脱氮处理的主要办法(湿法处理和高温处理)均存在一定问题，湿法处理不仅工艺复杂，投资成本高，而且容易带来新的环保问题；高温脱氮工艺简单、环保，但耗能高，每吨铝灰处理成本高达300～400元，且效率较低。因此，行业中急需寻找一种科学可行且低成本的铝灰脱氮技术，实现“二次铝灰”的大批量无害化处理，由此推动铝加工和再生铝产业的良性发展。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种低成本铝灰脱氮处理的方法。本发明所述低成本铝灰脱氮处理方法，其主要特征在于，在铝灰中加入适量添加料，混合均匀后装入铁质料框，在熔炼炉维护和高温清理废渣时，将装有铝灰的料框放入熔炼炉内，随炉冷却至150℃以下或室温出炉。具体实施步骤包括：
步骤一：采用普通压力机将炒灰生产线形成的二次铝灰进行碾压，使结块的铝灰颗粒破碎并分散；
步骤二：在步骤一处理后的铝灰中加入适量添加料，并混合均匀；
步骤三：将加入了添加料且混合均匀的铝灰装入铁质料框，采用石棉板盖住料框；在熔炼炉维护和高温清理废渣时，将装有铝灰的料框放入熔炼炉内，随炉冷却至150℃以下或室温出炉。
其中，步骤二中所述添加料，为氟盐、熟石灰、石膏粉的混合物。所述氟盐为脱水干燥后的冰晶石粉(氟铝酸钠)，熟石灰和石膏粉也均为脱水干燥粉末；该混合物的具体配比为：氟盐:熟石灰:石膏粉＝7:2:1；这种混合物在铝灰中的添加量为铝灰质量的6％。
步骤三将铝灰装入铁质料框的操作中，先在料框内壁涂覆一层钛白粉并烘干，其目的是防止铝灰粘连料框；装入料框的铝灰厚度H与料框宽度B之比H/B≤0.5。若铝灰太厚，空气难以通入，氮气不易排出；盖在料框上的石棉板应均匀钻出不少于12个直径为10mm 的小孔。覆盖的目的是防止炉内热风吹散铝灰；钻孔的目的是为了通入空气，排放氮气。
原理和优势
铝合金熔炼生产时，通常在熔炼炉使用一段时间后，必须进行一次维护和清渣处理，以清除炉内积存的杂质，保证熔体质量。清渣时一般是先采用高温火焰和清渣剂将炉壁上的氧化渣溶解，汇集到炉底，然后待炉温将至接近室温再进行机械或人工清理。炉壁清渣烘烤的温度高达750～800℃，后续需要冷却20小时以上达到接近室温的温度，才能进行炉底炉渣清理。本发明就是利用这段从高温冷却到接近室温的余热进行铝灰脱氮处理。
在高温和有氧环境下，以氟盐等为催化剂，铝灰中的AlN与空气中的氧气会发生一种“循环式氧化反应”，即空气中的部分氧原子与氟化物的氟原子结合，生成一种中间活性物质，这种中间活性物质在一定温度下能够很容易与AlN发生氧化反应，生成Al2O3及 NyFx；NyFx又能够与O2继续发生反应，再生成中间活性物质，从而使反应持续进行。最终综合反应的产物为Al2O3和N2。通过长时间的高温反应，实现铝灰脱氮。AlN与O2的综合反应式为：
4AlN+3O2＝2Al2O3+2N2↑
“氟盐+熟石灰+石膏粉”混合添加料，在铝灰脱氮反应中起催化作用，加快反应速度，提高处理效率；同时，石膏粉和熟石灰的加入，以及在料框内壁涂覆钛白粉，可使脱氮铝灰更易聚集成团，且与料框内壁不粘连，使铝灰脱氮处理结束后易于从料框中取出。在料框上覆盖石棉板的目的是防止炉内热风吹散铝灰，但铝灰的脱氮反应需要大量空气(氧气)，因此盖在料框上的石棉板上须均匀钻出一些小孔，其目的是为了通入空气，排放氮气；同时，料框内装入的铝灰不能太厚，否则空气难以通入，氮气不易排出。
采用本发明的技术方法处理的铝灰由黑色转变为灰白色，脱氮率可达90％以上，铝灰中氮化铝质量分数将低于0.8％，遇水、遇碱均不再产生难闻气味，完全实现无害化，且后续可以进行资源化利用。本发明的方法有效利用了熔炼生产过程中的高温余热，且采用了一种特殊添加料，不仅降低了成本，而且提高了处理效率；若采用现成的熔炼渣料框来装载铝灰，则不需要增加任何投资，且每吨铝灰脱氮处理的成本将低于160元。相比于已有技术办法，本发明操作简便，低能耗，无污染，设备投资少，处理成本低，因此具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例与对比例得到的处理过后的铝灰。
具体实施方式
以下通过实施例和对比例对本发明的技术方案作进一步具体说明。需要说明的是，以下实施例和对比例仅用于解释本发明，而不应视为对本发明的权利要求的范围的限制。
实施例1
步骤一：采用普通压力机将炒灰生产线形成的二次铝灰进行碾压，使结块的铝灰颗粒破碎并分散；
步骤二：在步骤一处理后的铝灰中加入6％的混合物，该混合物的具体配比为：氟盐：熟石灰：石膏粉＝7:2:1，并混合均匀；
步骤三：铁质料框内壁涂覆一层钛白粉并烘干，将加入了添加料且混合均匀的铝灰装入铁质料框，采用石棉板盖住料框；在熔炼炉维护和高温清理废渣时，将装有铝灰的料框放入熔炼炉内，随炉冷却至150℃出炉，得到处理过的二次铝灰。
实施例2
步骤一：采用普通压力机将炒灰生产线形成的二次铝灰进行碾压，使结块的铝灰颗粒破碎并分散；
步骤二：在步骤一处理后的铝灰中加入6％的混合物，该混合物的具体配比为：氟盐：熟石灰：石膏粉＝7:2:1，并混合均匀；
步骤三：铁质料框内壁涂覆一层钛白粉并烘干，将加入了添加料且混合均匀的铝灰装入铁质料框，采用石棉板盖住料框；在熔炼炉维护和高温清理废渣时，将装有铝灰的料框放入熔炼炉内，随炉冷却至室温出炉，得到处理过的二次铝灰。
对比例1
步骤一：采用普通压力机将炒灰生产线形成的二次铝灰进行碾压，使结块的铝灰颗粒破碎并分散；
步骤二：在步骤一处理后的铝灰中加入5％的混合物，该混合物的具体配比为：氟盐：熟石灰：石膏粉＝7:2:1，并混合均匀；
步骤三：铁质料框内壁涂覆一层钛白粉并烘干，将加入了添加料且混合均匀的铝灰装入铁质料框，采用石棉板盖住料框；在熔炼炉维护和高温清理废渣时，将装有铝灰的料框放入熔炼炉内，随炉冷却至150℃出炉，得到处理过的二次铝灰。
对比例2
步骤一：采用普通压力机将炒灰生产线形成的二次铝灰进行碾压，使结块的铝灰颗粒破碎并分散；
步骤二：在步骤一处理后的铝灰中不添加任何其它组分；
步骤三：铁质料框内壁涂覆一层钛白粉并烘干，将铝灰装入铁质料框，采用石棉板盖住料框；在熔炼炉维护和高温清理废渣时，将装有铝灰的料框放入熔炼炉内，随炉冷却至150℃出炉，得到处理过的二次铝灰。
对比例3
步骤一：采用普通压力机将炒灰生产线形成的二次铝灰进行碾压，使结块的铝灰颗粒破碎并分散；
步骤二：在步骤一处理后的铝灰中只加入6％的氟盐；
步骤三：铁质料框内壁涂覆一层钛白粉并烘干，将加入了添加料且混合均匀的铝灰装入铁质料框，采用石棉板盖住料框；在熔炼炉维护和高温清理废渣时，将装有铝灰的料框放入熔炼炉内，随炉冷却至室温出炉，得到处理过的二次铝灰。
对比例4
步骤一：采用普通压力机将炒灰生产线形成的二次铝灰进行碾压，使结块的铝灰颗粒破碎并分散；
步骤二：在步骤一处理后的铝灰中加入6％的混合物，该混合物不含石膏粉，具体配比为：氟盐：熟石灰＝7:2，并混合均匀；
步骤三：铁质料框内壁涂覆一层钛白粉并烘干，将加入了添加料且混合均匀的铝灰装入铁质料框，采用石棉板盖住料框；在熔炼炉维护和高温清理废渣时，将装有铝灰的料框放入熔炼炉内，随炉冷却至室温出炉，得到处理过的二次铝灰。
对比例5
步骤一：采用普通压力机将炒灰生产线形成的二次铝灰进行碾压，使结块的铝灰颗粒破碎并分散；
步骤二：在步骤一处理后的铝灰中加入6％的混合物，该混合物不含熟石灰，具体配比为：氟盐：石膏粉＝7:1，并混合均匀；
步骤三：铁质料框内壁涂覆一层钛白粉并烘干，将加入了添加料且混合均匀的铝灰装入铁质料框，采用石棉板盖住料框；在熔炼炉维护和高温清理废渣时，将装有铝灰的料框放入熔炼炉内，随炉冷却至室温出炉，得到处理过的二次铝灰。
在从铁质料框取料过程中，实施例1和实施例2铝灰烧结收缩成块，容易从料框中取出；对比例1铝灰烧结收缩成块，但由于混合物添加量较低，块状物取出过程中容易破碎，不便于收集；对比例3～5添加料中由于缺少熟石灰或者石膏粉或者二者均缺少，高温处理后铝灰烧结但未收缩形成整体块状，取料时需要将铝灰在料框中破碎成小碎块再取出，操作较为不便。
将实施例与对比例得到的处理过后的二次铝灰，通过中和滴定法测其中AlN占比并计算脱氮率，所得结果如表1所示。
表1实施例与对比例脱氮处理结果
试验例 AlN占比/％ 脱氮率/％ 与碱的反应气味
实施例1 0.75 92.96 无明显难闻气味
实施例2 0.72 93.14 无明显难闻气味
对比例1 1.85 84.55 有轻微难闻气味
对比例2 5.83 50.67 有明显难闻气味
对比例3 0.68 93.36 无明显难闻气味
对比例4 0.71 93.21 无明显难闻气味
对比例5 0.70 93.27 无明显难闻气味
由表1检测结果可见，采用本发明的方法处理的铝灰，脱氮率均高于90％，后续与碱反应未生产难闻气味；而对比例1的操作中，因为催化组分添加量较少，所以从高温冷却至室温的过程中，脱氮反应进行得不充分，脱氮率低于90％，与碱反应仍能释放轻微刺激性气味，对比例2因未加入其他任何组分，高温处理后AlN含量仍然较高，与碱反应有明显难闻气味。对比例3～5由于添加料中由于缺少熟石灰或者石膏粉或者二者均缺少，使得冰晶石含量占比提高，脱氮率略微增加，但是导致取料不便，并且也会增加成本。
实施例与对比例得到的处理过后的二次铝灰的颜色如图1所示，图1(a)为实施例1获得的铝灰，图1(b)为实施例2获得的铝灰，图1(c)为对比例1获得的铝灰，图1 (d)为对比例2获得的铝灰。可见，采用本发明的方法脱氮充分的实施例1和实施例2，获得的铝灰颜色明显较浅，为浅灰色；而脱氮不充分的对比例1和对比例2，获得的铝灰颜色明显较深，为暗灰色。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种低成本铝灰脱氮处理方法，其特征在于，按如下步骤进行处理：
步骤一：采用普通压力机将炒灰生产线形成的二次铝灰进行碾压，使结块的铝灰颗粒破碎并分散；
步骤二：在步骤一处理后的铝灰中加入适量添加料，并混合均匀；
步骤三：将加入了添加料且混合均匀的铝灰装入铁质料框，采用石棉板盖住料框；在熔炼炉维护和高温清理废渣时，将装有铝灰的料框放入熔炼炉内，随炉冷却至150℃以下或室温出炉；
步骤二中所述添加料，为氟盐、熟石灰、石膏粉的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种低成本铝灰脱氮处理方法，其特征在于，所述氟盐为脱水干燥后的冰晶石粉，熟石灰和石膏粉也均为脱水干燥粉末；该混合物的具体配比为：氟盐∶熟石灰∶石膏粉＝7∶2∶1。
3.根据权利要求1或2所述的一种低成本铝灰脱氮处理方法，其特征在于，所述添加料在铝灰中的添加量为铝灰质量的6％。
4.根据权利要求1所述的一种低成本铝灰脱氮处理方法，其特征在于，步骤三将铝灰装入铁质料框的操作中，先在料框内壁涂覆一层钛白粉并烘干；装入料框的铝灰厚度H与料框宽度B之比H/B≤0.5；盖在料框上的石棉板应均匀钻出不少于12个直径为10mm的小孔。
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