CN112225238A - 等离子技术实现铝灰资源化利用的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用等离子技术实现铝灰资源化利用的系统及方法，其中的系统包括预处理单元、预热进料系统、等离子回转窑、余热利用单元、尾气净化单元、载气供给控制系统、制氧单元、等离子火炬和提纯单元。其方法如下：铝灰经过预处理和预热后进入等离子回转窑进行富氧焙烧，使铝灰中的金属铝、氮化铝、碳化铝转化为氧化铝，氟化盐、氯化盐挥发，煅烧氧化物冷却得到低纯度氧化铝原料，通过提纯单元提纯得到氧化铝产品。等离子回转窑的尾气通过余热利用单元进行换热，用于铝灰的预热，节约能耗。换热后的尾气通过净化后与氧气混合，作为载气循环利用。本发明实现了铝灰资源化利用，避免烟气排放造成二次环境污染，经济性、环保性更好。
Description
技术领域
本申请涉及铝工业与环保领域，具体涉及一种通过将二次铝灰无害化处理以制造氧化铝材料的方法及系统。
背景技术
铝灰(铝渣)产生于铝电解、铝加工、再生铝加工等所有铝发生融熔的工序。虽然铝灰的成分因各生产厂家的原料及工艺条件不同而略有变化，通常都包含金属铝、氧化铝、氮化铝、二氧化硅以及铁、硅、镁的氧化物和钾、钠、钙、镁等金属的氯化物等。铝灰接触水后会产生氨气、氢气和甲烷，污染空气，造成密切接触者的急性中毒，还容易引起火灾。铝灰中的有毒金属元素进入土壤和地下水系统会造成重金属污染；2016年环境保护部、国家发展改革委、公安部联合发布的新版《国家危险废物名录》，将铝灰列为“毒性危险废物及易燃性危险废物”。我国每年的铝灰量约为140万吨，铝灰无害化处置与资源化利用的方法与技术，具有重要的社会与经济效益。
针对铝灰处置，现有多种专利技术，如：
公开号为CN110257642A的中国专利公开了一种由铝灰回收铝合金的方法，铝灰通过水洗脱氮、氨气通过氨吸收塔处理，高温煅烧后得到富氧化铝原料，再熔盐电解后得到铝合金，实现铝灰中铝的回收。公开号为CN106694514A的中国专利公开了提供一种铝灰资源化处理方法，铝灰首先进行水洗脱氮、氟、砷处理，并焙烧得到铝灰熟料，焙烧后的铝灰熟料进行破碎磨细后用稀硝酸浸出杂质，烘干得成品氧化铝。公开号为CN111170750A的中国专利公开了二次铝灰无害化处理以制造耐火材料的方法，将铝灰高温煅烧，煅烧氧化物单独或与添加剂混合后，经电弧熔炼后制成铝镁质的耐火材料。专利号为201810062701.6的中国专利公开了一种铝灰资源化生产氧化铝的方法，将铝灰与Na2CO3同时高温煅烧，煅烧后的产物与Na2O的湿磨，过滤去杂质后，再得到氢氧化铝，高温焙烧得到氧化铝。专利号为201410500048.9的中国专利公开了一种无害化处理铝灰并生产砂状氧化铝的方法。铝灰通过碱洗脱杂、纯碱烧结、烧结熟料溶出、铝酸钠溶液深度除杂、碳分、氢氧化铝分离与洗涤、氢氧化铝焙烧、碳分母液蒸发等工序后处理后，得到砂状氧化铝产品。专利号为CN204434302U的中国专利公开了一种利用射频等离子的等离子电浆直接对铝灰进行处置获取氧化铝的装置，其能耗高，转换时间难以控制，装备工业化应用困难。
在上述专利技术中，主要为两类方法。一种方法是提出了铝灰采用烧碱溶出的工艺方法，通过化学方法得到氢氧化铝，再烧结后得到高纯度的氧化铝产品，该方法再大规模工业化时，化学反应过程控制难度大，装置复杂，使用的酸碱都是危险品，安全生产风险大，经济性不好。另一种方法是以高温灼烧为主要技术，加以水洗脱氮气、酸洗除杂等环节。相关专利技术中，都是对环节的不同组合为主，没有涉及到高温烧结的具体实施方法，解决废气排放的有效环保措施。
发明内容
针对上述现有铝灰处置与资源化利用技术存在的问题，本发明提供一种等离子技术实现铝灰资源化利用的系统及方法，利用等离子技术对铝灰进行富氧焙烧，将铝灰转化为氧化铝材料，较好地解决了有关技术中工艺复杂、工业化应用困难的技术问题，实现了铝灰的资源化利用，有利于环境保护。
为了达到上述技术效果，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种等离子技术实现铝灰资源化利用的系统，其特征在于，包括包括铝灰原料仓、预处理单元、预热进料系统、等离子回转窑、余热利用单元、尾气净化单元、载气供给控制系统、制氧单元、等离子火炬和提纯单元，所述铝灰原料仓、预处理单元、预热进料系统和等离子回转窑依次连接；所述等离子回转窑还连接余热利用单元、等离子火炬和提纯单元，所述余热利用单元与预热进料系统双向连接，余热利用单元下游还与尾气净化单元连接，所述载气供给控制系统的输入端连接制氧单元，载气供给控制系统的输出端连接等离子火炬。
进一步地，所述预处理单元设有电磁除铁装置、球磨装置、筛分装置和缓冲料仓，所述铝灰原料仓与电磁除铁装置进料端连接接，所述电磁除铁装置出料端与球磨装置进料端连接接，所述球磨装置出料端与筛分装置进料端连接，所述筛分装置的筛下物出口与缓冲料仓进料端连接，所述缓冲料仓出料端与预热进料系统的进料端连接。
进一步地，所述预热进料系统设有预热装置和计量进料装置，所述预热装置的进料端与缓冲料仓出料端连接，所述预热装置的出料端与计量进料装置进料端连接，计量进料装置出料端与等离子回转窑进料端连接。
进一步地，所述尾气净化单元设有布袋除尘装置、喷淋净化装置、废水处理系统、除湿装置和过滤装置；所述布袋除尘装置一端连接余热利用单元下游，另一端连接喷淋净化装置进气端，所述喷淋净化装置出气端连接除湿装置进气端，喷淋净化装置排水端连接废水处理系统，所述除湿装置出气端连接过滤装置进气端。
进一步地，所述过滤装置排气端连接载气供给控制系统的另一输入端。
进一步地，所述等离子回转窑与提纯单元之间通过氧化铝原料仓相连接。
本发明提供的一种等离子技术实现铝灰资源化利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将铝灰原料集中存放于铝灰原料仓中，由送料装置将铝灰原料逐渐送入预处理单元进行预处理；
S2.铝灰原料在预处理单元中依次进行除铁、球磨和筛分处理，筛分处理后的筛下物送入缓冲料仓中集中存放，并由送料装置逐渐送入预热进料系统进行预热并计量后送入等离子回转窑富氧高温富氧焙烧；
S3.将等离子回转窑焙烧后的氧化物进行冷却出灰后送入氧化铝原料仓，焙烧时产生的烟气利用预热利用单元进行冷却换热，冷却换热后的烟气输入尾气净化单元进行尾气净化处理；
S4.将氧化铝原料仓内的氧化物送入提纯单元进行提纯，经弱酸除盐后过滤烘干得到氧化铝，弱酸除盐后的溶液进行水处理后蒸发结晶处理成结晶盐。
进一步地，步骤S2中，所述等离子回转窑采用非转移弧等离子火炬作为热源，等离子火炬工作电源为等离子电源，工作载气采用富氧空气，氧气浓度为30至70％，实现铝灰高温富氧焙烧。
进一步地，步骤S2中，所述等离子回转窑进行高温焙烧时，焙烧温度为1100-1400度，焙烧时间1至4小时。
进一步地，所述等离子火炬的工作载气采用等离子回转窑富氧焙烧过程的烟气经过处理净化后与制氧单元制备的氧气在载气供给控制系统中经混合调整后得到。
本发明的有益效果为：本发明能够有效实现铝灰的无害化处置与资源化利用，通过等离子富氧环境下对铝灰进行高温焙烧，快速将铝灰中的铝、氮化铝、碳化铝等转换为稳定的氧化铝，同时将氟化盐，氯化盐等有害物质挥发出来，把铝灰从有害的危废转换为氧化铝材料实现再生利用。等离子火炬载气实现循环利用，等离子回转窑富氧焙烧过程的烟气经过处理净化后，通过载气供给控制系统调整后，控制一定的氧气浓度，重新作为载气使用，实现载气的循环使用，工艺简单，应用性好，真正实现了处置过程的零排放，避免了烟气排放造成的二次环境污染。等离子回转窑产生的高温烟气通过余热利用单元进行热交换，热空气通过预热进料系统对焙烧前的铝灰进行加热，实现余热的利用。本发明提出的技术运行成本低、环保性好。
附图说明
本发明的下列附图作为本发明的一部分，结合实施方式，进一步阐述本发明的原理。
图1为本发明等离子技术实现铝灰资源化利用的系统的结构示意图。
图2为本发明等离子技术实现铝灰资源化利用的方法的详细工艺流程图。
具体实施方式
为了详细说明本发明的技术方案、实现方法、达到的目的与功效，以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。
参见图1和图2，给出了本实例中等离子技术实现铝灰资源化利用的系统及方法的结构示意图与详细工艺流程图。
由图可见，本实例提供的等离子技术实现铝灰资源化利用的方法是先把要处理铝灰原料置于铝灰原料仓，由送料装置将铝灰原料送入电磁除铁装置进行电磁除铁，将铝灰中含有含铁磁性物质进行一定去除后，再由送料装置将除铁后的原料送入球磨装置进行球磨，含铁物料卸料后用于金属铁回收，球磨装置将原料磨成200目及更细粉末，由筛分装置振动筛分出球磨后原料中所含的颗粒较大的金属铝，筛上物金属铝用于金属铝回收，筛下物送入缓冲料仓，缓冲料仓中物料由送料装置送入预热装置，与烟气换热器中热气进行换热，换热后由计量进料装置定量进料送入等离子回转窑。
在本发明系统中，等离子回转窑需要的焙烧热量由等离子火炬提供，富氧空气，氧气体积浓度为30至70％，实现铝灰高温富氧焙烧，焙烧温度为1100-1400度，焙烧时间1至4小时，铝灰中的金属铝、氮化铝、碳化铝等快速转换为稳定的氧化铝，同时将氟化盐，氯化盐等有害物质挥发出来，把铝灰从有害的危废转换为氧化铝材料实现再生利用。
在等离子回转窑下游侧设置有烟气换热器作为余热利用单元，可以将烟气进行冷却换热，换热后的热气用于将预热装置中铝灰原料进行预热。实现能源再利用，有效减少系统能耗。
在烟气换热器的下游侧设置有布袋除尘装置，对烟气进行除尘。在布袋除尘装置的下游侧设置有喷淋净化装置，对烟气进行脱硫、脱氯。喷淋净化装置可以选择碱水喷淋塔，碱水经过废水处理系统处置后，废水处理系统采用蒸发结晶装置除盐，通过循环水作为喷淋塔的回用水，实现水的循环使用。
在喷淋净化装置的下游侧连接除湿装置与过滤装置，进一步清除烟气中的水分与灰尘，实现烟气的净化。净化后的烟气进入载气供给控制系统，用于烟气的再循环使用，与PSA O2(PSA制氧系统)产生氧气混合后通过气体流量控制按照一定的压力、流量与浓度输出给等离子火炬，实现对等离子回转窑的加热。其中，载气供给控制系统具有对载气的压力与氧气浓度进行平衡控制的功能，载气供给控制系统包括载气成分与压力检测传感器、载气存储罐、制氧单元、氧气补充与压力调节控制系统。
经过等离子回转窑富氧焙烧后的氧化物通过冷却装置冷却，再由出灰装置出灰进入氧化铝原料仓，此时的氧化铝原料已经没有有害成分，主要为含有一定氧化盐的氧化铝，可以用作低端的耐火材料或者陶瓷材料。
优选地，氧化铝原料仓中的氧化铝原料，可以通过提纯单元弱酸除盐装置进行提纯，再经过烘干装置烘干处理后进入氧化铝材料仓，得到一定纯度的氧化铝材料。弱酸除盐装置的溶液通过水处理装置进行水处理、水处理后的澄清液作为循环水实现水的循环使用，溶液中的盐类通过蒸发结晶装置蒸发结晶处理成结晶盐，从而使系统实现污水零排放。
以上所述，上述实例只是用于举例与说明的目的，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明展示的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (10)
1.一种等离子技术实现铝灰资源化利用的系统，其特征在于，包括包括铝灰原料仓、预处理单元、预热进料系统、等离子回转窑、余热利用单元、尾气净化单元、载气供给控制系统、制氧单元、等离子火炬和提纯单元，所述铝灰原料仓、预处理单元、预热进料系统和等离子回转窑依次连接；所述等离子回转窑还连接余热利用单元、等离子火炬和提纯单元，所述余热利用单元与预热进料系统双向连接，余热利用单元下游还与尾气净化单元连接，所述载气供给控制系统的输入端连接制氧单元，载气供给控制系统的输出端连接等离子火炬。
2.根据权利要求1所述的一种等离子技术实现铝灰资源化利用的系统，其特征在于，所述预处理单元设有电磁除铁装置、球磨装置、筛分装置和缓冲料仓，所述铝灰原料仓与电磁除铁装置进料端连接接，所述电磁除铁装置出料端与球磨装置进料端连接接，所述球磨装置出料端与筛分装置进料端连接，所述筛分装置的筛下物出口与缓冲料仓进料端连接，所述缓冲料仓出料端与预热进料系统的进料端连接。
3.根据权利要求2所述的一种等离子技术实现铝灰资源化利用的系统，其特征在于，所述预热进料系统设有预热装置和计量进料装置，所述预热装置的进料端与缓冲料仓出料端连接，所述预热装置的出料端与计量进料装置进料端连接，计量进料装置出料端与等离子回转窑进料端连接。
4.根据权利要求1所述的一种等离子技术实现铝灰资源化利用的系统，其特征在于，所述尾气净化单元设有布袋除尘装置、喷淋净化装置、废水处理系统、除湿装置和过滤装置；所述布袋除尘装置一端连接余热利用单元下游，另一端连接喷淋净化装置进气端，所述喷淋净化装置出气端连接除湿装置进气端，喷淋净化装置排水端连接废水处理系统，所述除湿装置出气端连接过滤装置进气端。
5.根据权利要求4所述的一种等离子技术实现铝灰资源化利用的系统，其特征在于，所述过滤装置排气端连接载气供给控制系统的另一输入端。
6.根据权利要求1所述的一种等离子技术实现铝灰资源化利用的系统，其特征在于，所述等离子回转窑与提纯单元之间通过氧化铝原料仓相连接。
7.一种等离子技术实现铝灰资源化利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将铝灰原料集中存放于铝灰原料仓中，由送料装置将铝灰原料逐渐送入预处理单元进行预处理；
S2.铝灰原料在预处理单元中依次进行除铁、球磨和筛分处理，筛分处理后的筛下物送入缓冲料仓中集中存放，并由送料装置逐渐送入预热进料系统进行预热并计量后送入等离子回转窑富氧高温富氧焙烧；
S3.将等离子回转窑焙烧后的氧化物进行冷却出灰后送入氧化铝原料仓，焙烧时产生的烟气利用预热利用单元进行冷却换热，冷却换热后的烟气输入尾气净化单元进行尾气净化处理；
S4.将氧化铝原料仓内的氧化物送入提纯单元进行提纯，经弱酸除盐后过滤烘干得到氧化铝，弱酸除盐后的溶液进行水处理后蒸发结晶处理成结晶盐。
8.根据权利要求7所述的一种等离子技术实现铝灰资源化利用的方法，其特征在于，步骤S2中，所述等离子回转窑采用非转移弧等离子火炬作为热源，等离子火炬工作电源为等离子电源，工作载气采用富氧空气，氧气浓度为30至70％，实现铝灰高温富氧焙烧。
9.根据权利要求7所述的一种等离子技术实现铝灰资源化利用的方法，其特征在于，步骤S2中，所述等离子回转窑进行高温焙烧时，焙烧温度为1100-1400度，焙烧时间1至4小时。
10.根据权利要求8所述的一种等离子技术实现铝灰资源化利用的方法，其特征在于，所述等离子火炬的工作载气采用等离子回转窑富氧焙烧过程的烟气经过处理净化后与制氧单元制备的氧气在载气供给控制系统中经混合调整后得到。
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