CN112111657A - 一种利用铝灰渣制备高纯铝的装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用铝灰渣制备高纯铝的装置，包括底板和安装在底板上下两侧的铝灰渣处理箱、电解池；所述铝灰渣处理箱的中间位置竖直安装有分隔板，分隔板将铝灰渣处理箱的内部分为左腔室和右腔室，电解池的左右两侧分别设置有一级电解槽和二级电解槽，一级电解槽与二级电解槽通过联通通道连通。本发明采用铝灰渣为原料，经过研磨、煅烧、反应处理和电解后制备得到高纯铝，实现铝灰渣中盐类资源的再生利用，达到回收‑净化‑循环利用铝灰渣中盐类资源的目的，实现了铝灰渣废渣资源的完全再生、循环、利用，真正实现铝灰渣资源利用的零排放，从而提高了企业的经济效益，具有广阔的市场前景。

Description

一种利用铝灰渣制备高纯铝的装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及铝灰渣回收利用技术领域，具体是一种利用铝灰渣制备高纯铝的装置及其使用方法。
背景技术
铝灰渣是铝及铝合金熔铸过程中的副产物，熔铸一吨铝铸锭约产生5kg/tAl铝灰渣。2016年,我国铝及铝合金材产量约为5796万吨，按照65％的综合成材率测算，需要铝合金铸锭8917万吨，同时附产铝灰渣446万吨。铝灰渣的化学组分为：金属铝、氟盐、氯盐、氧化铝、氮化铝、碳化铝以及硅、铁、镁、锰、锌、铜等金属氧化物。主要组分为金属铝、氟盐、氯盐和氧化铝，约占铝灰渣质量的90％。目前，主要采用以下几种方法回收利用铝灰渣。
灰渣炒制法：炒制法回收利用铝灰渣的原理是利用外热装置将铝灰渣加热到一定温度，向铝灰渣中加入一定量的氧化剂，利用铝热氧化反应使灰渣升温至铝的熔点以上温度，灰渣中的颗粒铝因氧化、放热、熔化，熔化的液体铝珠在外力和机械作用下汇聚成较大的铝珠，最后汇聚成铝块，方便回收利用。炒制法回收铝灰渣存在的主要问题是：生产效率低、工人劳动强度大、生产环境恶劣。炒制过程中存在较多的铝的氧化损失。炒制后的残灰中仍然含有一定量的铝，残灰一般作为废渣弃用，造成环境污染。
利用铝灰渣制作净水剂：该方法是利用酸液溶解铝灰渣，使灰渣中的金属铝、氧化铝与酸反应制备氯化铝、硫酸铝等净水剂。该方法利用铝灰渣存在以下几个方面的问题：在酸溶过程中，灰渣中的碳化铝、氮化铝易于与水反应，水解产物为甲烷、氨气，造成环境污染。灰渣中的氯盐、氟盐降低净水剂的品质和纯度。处理过程中产生的废水、弃渣造成环境污染。
近年来，人们开始利用铝灰渣中的金属铝作为炼钢脱氧剂，受合金种类和后续处理手段的限制，铝灰渣中的残留铝含量往往波动很大，很难精确配制和充分利用灰渣中的金属铝资源，灰渣中的氧化铝、氟盐、氯盐等等，最终作为废渣弃用，造成环境污染和资源浪费。
综上所述，我国铝合金熔铸每年产生超过440万吨的铝灰渣，现有的铝灰渣处理方法存在生产效率低下、生产环境恶劣，铝灰渣中的金属铝无法完全回收利用。处理尾矿中的氟盐、氯盐等作为弃渣处理，既浪费了资源，又污染了环境。
因此，针对以上现状，迫切需要开发一种利用铝灰渣制备高纯铝的装置及其使用方法，以克服当前实际应用中的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用铝灰渣制备高纯铝的装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种利用铝灰渣制备高纯铝的装置，包括底板和安装在底板上下两侧的铝灰渣处理箱、电解池；所述铝灰渣处理箱的中间位置竖直安装有分隔板，分隔板将铝灰渣处理箱的内部分为左腔室和右腔室，右腔室的内部固定安装有筛板，右腔室位于筛板的上方转动安装有研磨辊；电解池的左右两侧分别设置有一级电解槽和二级电解槽，一级电解槽与二级电解槽通过联通通道连通，一级电解槽内部设有阳极板，一级电解槽内部从上到下依次分为一级电解槽电解液区和一级电解槽铝液区，二级电解槽内部设有阴极板，二级电解槽内部从上到下依次分为二级电解槽电解液区和二级电解槽铝液区。
作为本发明进一步的方案：所述右腔室位于筛板的下方固定安装有过滤板，筛板和过滤板之间形成有对铝灰渣进行处理的反应腔，反应腔中装有对铝灰渣进行煅烧的焙烧装置。
作为本发明进一步的方案：所述左腔室的内部固定安装有挡板，挡板的底部连通有下料管，所述铝灰渣处理箱的顶部固定安装有抽液泵，抽液泵的进液端与右腔室的底部连通，抽液泵的排液端与左腔室的上部连通。
作为本发明进一步的方案：所述左腔室的下部装有对氢氧化铝进行煅烧的焙烧装置。
作为本发明进一步的方案：所述下料管上安装有单向阀，所述左腔室底部倾斜安装有方便氧化铝进料的导料板。
作为本发明进一步的方案：所述底板由左底板和右底板拼接而成，左底板和过滤板的结构相同。
作为本发明进一步的方案：所述左底板和过滤板均包括有上隔板和下隔板，下隔板滑动安装在上隔板的底部，且下隔板的一端通过连接弹簧与上隔板固定连接；所述上隔板上均匀开设有若干第一通孔，下隔板上对应开设有若干第二通孔。
作为本发明进一步的方案：所述上隔板的底部转动安装有调节螺杆，调节螺杆的一端与下隔板螺纹连接，调节螺杆的另一端固定安装有调节旋钮。
作为本发明进一步的方案：一级电解槽和二级电解槽上分别设有对阳极板、阴极板进行供电的进电母线和出电母线。
一种利用铝灰渣制备高纯铝的装置的使用方法，包括以下步骤：
S1、向右腔室的内部加入铝灰渣，驱动研磨辊转动，研磨辊将铝灰渣研磨成粉末状，随后铝灰渣经过筛板落下，启动右腔室下部的焙烧装置对铝灰渣进行煅烧，煅烧结束后通入通入碱液，反应一段时间后利用过滤板进行固液分离，得到铝酸钠溶液；
S2、启动抽液泵将铝酸钠溶液抽入左腔室的上部，通入二氧化碳气体，反应得到氢氧化铝，氢氧化铝沿下料管流入左腔室的下部，启动左腔室下部的焙烧装置对氢氧化铝进行煅烧，氢氧化铝煅烧后生成氧化铝并进入电解池的一级电解槽内；
S3、启动直流电源，直流电由直流电源经由进电母线、阳极板进入一级电解槽电解液区，氧化铝定量输送到一级电解槽电解液区后，溶入电解液中的氧化铝参与电解过程，在直流电的作用下电解成铝和氧或者二氧化碳，电解产物铝汇入槽底的一级电解槽铝液区，得到一级高纯电解铝液；
S4、一级高纯电解铝液通过联通通道从一级电解槽流入二级电解槽中，经过进一步电解后在二级电解槽铝液区中析出二级高纯电解铝液。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用铝灰渣为原料，经过研磨、煅烧、反应处理和电解后制备得到高纯铝，实现铝灰渣中盐类资源的再生利用，达到回收-净化-循环利用铝灰渣中盐类资源的目的，实现了铝灰渣废渣资源的完全再生、循环、利用，真正实现铝灰渣资源利用的零排放，从而提高了企业的经济效益，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为利用铝灰渣制备高纯铝的装置的结构示意图。
图2为利用铝灰渣制备高纯铝的装置中左底板和过滤板的结构示意图。
图3为利用铝灰渣制备高纯铝的装置使用方法流程图。
图中：1-底板、101-左底板、102-右底板、2-铝灰渣处理箱、201-分隔板、202-研磨辊、203-筛板、204-过滤板、205-抽液泵、206-挡板、207-下料管、208-导料板、3-电解池、301-进电母线、302-阳极板、303-一级电解槽电解液区、304-一级电解槽铝液区、305-联通通道、306-二级电解槽铝液区、307-二级电解槽电解液区、308-阴极板、309-出电母线、4-上隔板、5-下隔板、6-连接弹簧、7-第一通孔、8-第二通孔、9-调节螺杆、10-调节旋钮。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，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专利和简化描述，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专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
实施例1
请参阅图1-2，本发明实施例中，一种利用铝灰渣制备高纯铝的装置，包括底板1和安装在底板1上下两侧的铝灰渣处理箱2、电解池3；所述铝灰渣处理箱2的中间位置竖直安装有分隔板201，分隔板201将铝灰渣处理箱2的内部分为左腔室和右腔室，右腔室的内部固定安装有筛板203，右腔室位于筛板203的上方转动安装有研磨辊202，铝灰渣加入右腔室的内部后，转动研磨辊202将铝灰渣研磨成粉末状后从筛板203落下；所述右腔室位于筛板203的下方固定安装有过滤板204，筛板203和过滤板204之间形成有对铝灰渣进行处理的反应腔，反应腔中装有对铝灰渣进行煅烧的焙烧装置，煅烧完成后向反应腔的内部通入碱液，反应一段时间后利用过滤板204进行固液分离，得到铝酸钠溶液，铝酸钠溶液经过过滤板204流入右腔室底部；
所述左腔室的内部固定安装有挡板206，挡板206的底部连通有下料管207，所述铝灰渣处理箱1的顶部固定安装有抽液泵205，抽液泵205的进液端与右腔室的底部连通，抽液泵205的排液端与左腔室的上部连通，抽液泵205将铝酸钠溶液抽入左腔室的上部，然后通入二氧化碳气体，反应得到氢氧化铝，氢氧化铝沿下料管207流入左腔室的下部；所述左腔室的下部装有对氢氧化铝进行煅烧的焙烧装置，氢氧化铝煅烧后生成氧化铝并进入电解池的内部进行点解反应生成高纯铝；
具体的，本实施例中，所述下料管207上安装有单向阀，所述左腔室底部倾斜安装有方便氧化铝进料的导料板208；
进一步的，本实施例中，所述底板1由左底板101和右底板102拼接而成，左底板101和过滤板204的结构相同；
更进一步的，本实施例中，所述左底板101和过滤板204均包括有上隔板4和下隔板5，下隔板5滑动安装在上隔板4的底部，且下隔板5的一端通过连接弹簧6与上隔板4固定连接；所述上隔板4上均匀开设有若干第一通孔7，下隔板5上对应开设有若干第二通孔8，滑动下隔板5，使上、下隔板错开，从而改变第一通孔7和第二通孔8的对齐程度，完成对物料的控制下料；
更进一步的，本实施例中，所述上隔板4的底部转动安装有调节螺杆9，调节螺杆9的一端与下隔板5螺纹连接，调节螺杆9的另一端固定安装有调节旋钮10；
所述电解池3的左右两侧分别设置有一级电解槽和二级电解槽，一级电解槽与二级电解槽通过联通通道305连通，一级电解槽内部设有阳极板302，一级电解槽内部从上到下依次分为一级电解槽电解液区303和一级电解槽铝液区304，二级电解槽内部设有阴极板308，二级电解槽内部从上到下依次分为二级电解槽电解液区307和二级电解槽铝液区306；
具体的，本实施例中，所述一级电解槽和二级电解槽上分别设有对阳极板302、阴极板308进行供电的进电母线301和出电母线309；
直流电由直流电源经由进电母线301、阳极板302进入一级电解槽电解液区303，氧化铝定量输送到一级电解槽电解液区303后，溶入电解液中的氧化铝参与电解过程，在直流电的作用下电解成铝和氧或者二氧化碳，电解产物铝汇入槽底的一级电解槽铝液区304，得到一级高纯电解铝液；
一级高纯电解铝液通过联通通道305从一级电解槽流入二级电解槽中，经过进一步电解后在二级电解槽铝液区306中析出二级高纯电解铝液。
实施例2
请参阅图3，一种利用铝灰渣制备高纯铝的装置的使用方法，包括以下步骤：
S1、向右腔室的内部加入铝灰渣，驱动研磨辊202转动，研磨辊202将铝灰渣研磨成粉末状，随后铝灰渣经过筛板203落下，启动右腔室下部的焙烧装置对铝灰渣进行煅烧，煅烧结束后通入通入碱液，反应一段时间后利用过滤板204进行固液分离，得到铝酸钠溶液；
S2、启动抽液泵205将铝酸钠溶液抽入左腔室的上部，通入二氧化碳气体，反应得到氢氧化铝，氢氧化铝沿下料管207流入左腔室的下部，启动左腔室下部的焙烧装置对氢氧化铝进行煅烧，氢氧化铝煅烧后生成氧化铝并进入电解池3的一级电解槽内；
S3、启动直流电源，直流电由直流电源经由进电母线301、阳极板302进入一级电解槽电解液区303，氧化铝定量输送到一级电解槽电解液区303后，溶入电解液中的氧化铝参与电解过程，在直流电的作用下电解成铝和氧或者二氧化碳，电解产物铝汇入槽底的一级电解槽铝液区304，得到一级高纯电解铝液；
S4、一级高纯电解铝液通过联通通道305从一级电解槽流入二级电解槽中，经过进一步电解后在二级电解槽铝液区306中析出二级高纯电解铝液。
以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (10)

1.一种利用铝灰渣制备高纯铝的装置，其特征在于，包括底板(1)和安装在底板(1)上下两侧的铝灰渣处理箱(2)、电解池(3)；所述铝灰渣处理箱(2)的中间位置竖直安装有分隔板(201)，分隔板(201)将铝灰渣处理箱(2)的内部分为左腔室和右腔室，右腔室的内部固定安装有筛板(203)，右腔室位于筛板(203)的上方转动安装有研磨辊(202)；电解池(3)的左右两侧分别设置有一级电解槽和二级电解槽，一级电解槽与二级电解槽通过联通通道(305)连通，一级电解槽内部设有阳极板(302)，一级电解槽内部从上到下依次分为一级电解槽电解液区(303)和一级电解槽铝液区(304)，二级电解槽内部设有阴极板(308)，二级电解槽内部从上到下依次分为二级电解槽电解液区(307)和二级电解槽铝液区(306)。
2.根据权利要求1所述的利用铝灰渣制备高纯铝的装置，其特征在于，所述右腔室位于筛板(203)的下方固定安装有过滤板(204)，筛板(203)和过滤板(204)之间形成有对铝灰渣进行处理的反应腔，反应腔中装有对铝灰渣进行煅烧的焙烧装置。
3.根据权利要求2所述的利用铝灰渣制备高纯铝的装置，其特征在于，所述左腔室的内部固定安装有挡板(206)，挡板(206)的底部连通有下料管(207)，所述铝灰渣处理箱(1)的顶部固定安装有抽液泵(205)，抽液泵(205)的进液端与右腔室的底部连通，抽液泵(205)的排液端与左腔室的上部连通。
4.根据权利要求3所述的利用铝灰渣制备高纯铝的装置，其特征在于，所述左腔室的下部装有对氢氧化铝进行煅烧的焙烧装置。
5.根据权利要求4所述的利用铝灰渣制备高纯铝的装置，其特征在于，所述下料管(207)上安装有单向阀，所述左腔室底部倾斜安装有方便氧化铝进料的导料板(208)。
6.根据权利要求5所述的利用铝灰渣制备高纯铝的装置，其特征在于，所述底板(1)由左底板(101)和右底板(102)拼接而成，左底板(101)和过滤板(204)的结构相同。
7.根据权利要求6所述的利用铝灰渣制备高纯铝的装置，其特征在于，所述左底板(101)和过滤板(204)均包括有上隔板(4)和下隔板(5)，下隔板(5)滑动安装在上隔板(4)的底部，且下隔板(5)的一端通过连接弹簧(6)与上隔板(4)固定连接；所述上隔板(4)上均匀开设有若干第一通孔(7)，下隔板(5)上对应开设有若干第二通孔(8)。
8.根据权利要求7所述的利用铝灰渣制备高纯铝的装置，其特征在于，所述上隔板(4)的底部转动安装有调节螺杆(9)，调节螺杆(9)的一端与下隔板(5)螺纹连接，调节螺杆(9)的另一端固定安装有调节旋钮(10)。
9.根据权利要求1所述的利用铝灰渣制备高纯铝的装置，其特征在于，一级电解槽和二级电解槽上分别设有对阳极板(302)、阴极板(308)进行供电的进电母线(301)和出电母线(309)。
10.如权利要求1-9任一所述的利用铝灰渣制备高纯铝的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、向右腔室的内部加入铝灰渣，驱动研磨辊(202)转动，研磨辊(202)将铝灰渣研磨成粉末状，随后铝灰渣经过筛板(203)落下，启动右腔室下部的焙烧装置对铝灰渣进行煅烧，煅烧结束后通入通入碱液，反应一段时间后利用过滤板(204)进行固液分离，得到铝酸钠溶液；
S2、启动抽液泵(205)将铝酸钠溶液抽入左腔室的上部，通入二氧化碳气体，反应得到氢氧化铝，氢氧化铝沿下料管(207)流入左腔室的下部，启动左腔室下部的焙烧装置对氢氧化铝进行煅烧，氢氧化铝煅烧后生成氧化铝并进入电解池(3)的一级电解槽内；
S3、启动直流电源，直流电由直流电源经由进电母线(301)、阳极板(302)进入一级电解槽电解液区(303)，氧化铝定量输送到一级电解槽电解液区(303)后，溶入电解液中的氧化铝参与电解过程，在直流电的作用下电解成铝和氧或者二氧化碳，电解产物铝汇入槽底的一级电解槽铝液区(304)，得到一级高纯电解铝液；
S4、一级高纯电解铝液通过联通通道(305)从一级电解槽流入二级电解槽中，经过进一步电解后在二级电解槽铝液区(306)中析出二级高纯电解铝液。
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