CN112570418A

CN112570418A - 一种铝灰脱氨装置及铝灰脱氨工艺

Info

Publication number: CN112570418A
Application number: CN202011312870.4A
Authority: CN
Inventors: 张志刚; 尹帮红; 李伟
Original assignee: Sichuan Kelongda Environmental Protection Co ltd
Current assignee: Sichuan Kelongda Environmental Protection Co ltd
Priority date: 2020-11-20
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2040-11-20
Also published as: CN112570418B

Abstract

本发明公开了一种铝灰脱氨装置及铝灰脱氨工艺。装置包括密闭筒体；密闭筒体外部上方设置有进料孔、除尘排气阀、高温排气阀、泄压阀和进水口，下方设置有卸料口和排水口，密闭筒体外侧设置有加热部件；密闭筒体的轴线上安装有中心轴，中心轴与减速机相连接；中心轴上设置有耙齿，耙齿顶端设有耙齿叶；中心轴和耙齿连接部分安装有弧形加强板，相邻两个加强板可组成一个半圆弧形结构；同一水平位置耙齿间隔中安装有扫料棒；总共安装有两根扫料棒，位于正对的两组耙齿间隔中。脱氨工艺是通过脱氨装置控制铝灰与催化剂的反应温度和压强，并在反应过程中对反应条件进行灵活调节，以将铝灰中的氮转变为氨气，实现脱氨的目的。

Description

一种铝灰脱氨装置及铝灰脱氨工艺

技术领域

本发明属于铝灰处理技术领域，具体涉及一种铝灰脱氨装置及铝灰脱氨工艺。

背景技术

近年来，随着再生金属产业的不断发展，废铝利用率也不断提高，铝灰产量日益增加。按照铝灰中金属铝含量的不同，可分为一次铝灰和二次铝灰。从熔炼炉内扒出的铝渣称为一次铝灰，外观上呈现灰白色，主要是由金属铝和铝氧化物组成的混合物，铝含量可达15％～70％，也称之为“白铝灰”；二次铝灰是一次铝灰提取金属铝后的废弃物，主要成分为氧化铝、氮化铝、金属铝、盐类以及其它组分，因其固结成块状，也称之为“盐饼”。

铝灰中含有氟化物、氮化铝、可溶盐等对环境有毒有害物质，在2016年被列入《国家危险废弃物名录》，属于有色金属冶炼废物(HW48)，需按照危废相关要求处置。国内外学者围绕铝灰处理技术开展了大量工作，并取得一定成效，但仍未实现规模产业化应用。

铝灰综合利用关键步骤在于脱氨，去除其中的氮元素。传统的脱氨方法有水泡和加热水煮。

水泡法脱氨依靠铝灰和水自然反应，去除率低，时间长，产生的废气难以收集处理，属于粗放型处理。

加热水煮法脱氨的工艺流程如图1所示，该法能耗高，时间长，成本高，部分铝灰因反应剧烈容易出现安全事故，后续废水废气处理难度大且成本高，脱氨后的铝灰含水量高，脱氨率不高，限制了其进一步应用。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种铝灰脱氨装置及铝灰脱氨工艺，以解决铝灰脱氨效率低、成本高、后续处理难等问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种铝灰脱氨装置，包括密闭筒体；密闭筒体外部上方设置有人孔、进料孔、除尘排气阀、高温排气阀和若干带有螺旋喷头的进水口，下方设置有卸料口和排水口，密闭筒体外侧设置有加热部件；密闭筒体的轴线上安装有中心轴，中心轴一端从密闭筒体中穿出并与减速机相连接，减速机通过传动皮带与动力机构相连接；中心轴上设置有若干耙齿；耙齿包括耙齿叶、耙齿臂和加强板，耙齿叶固定连接在耙齿臂顶部，耙齿臂竖直固定在中心轴上，加强板为四分之一圆弧形的不锈钢板，其分别与耙齿臂和中心轴固定连接，并且相邻耙齿臂上的加强板可组成半圆形结构；加强板上放置有扫料棒，扫料棒可以随加强板的转动而顺滑至齿耙齿臂端部，对密闭筒体的筒壁进行敲击；中心轴、耙齿和扫料棒共同形成耙齿形搅拌结构。

采用上述技术技术方案的有益效果是：本发明中的脱氨装置设置有具有特殊结构的搅拌结构，搅拌结构由中心轴、耙齿和扫料棒共同形成，耙齿包括耙齿叶、耙齿臂和加强板；耙齿叶使用整体切割的不锈钢板，焊接在耙齿臂顶端，耙齿臂使用压制椭圆的整体不锈钢棒，提高耐冲击强度，耙齿臂底端焊接在中心轴上；中心轴和耙齿连接部分安装有弧形加强板，相邻两个加强板可组成一个半圆弧形结构；同一水平位置耙齿间隔中安装有扫料棒；总共安装有两根扫料棒，位于正对的两组耙齿间隔中。加强板的设计作用是使扫料棒顺滑至齿臂端，再轻敲筒壁，防止扫料棒被耙齿举到高处直接落下造成过大的敲击，既有效防止物料粘壁，又能延长齿臂的使用寿命，较少运行噪声。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，中心轴与减速机通过十字联轴器相连接。

进一步，加热部件为蒸汽加热系统，蒸汽加热系统包括焊接于密闭筒体表面的夹套盘管，夹套盘管设置有蒸汽进口和冷凝水出口。

进一步，夹套盘管设置有四组，均匀分布在密闭筒体的外侧。

采用上述技术进一步技术方案的有益效果是：本发明中的铝灰脱氨装置使用夹套盘管加热，热源使用高温蒸汽，加热区分为四个，分别设有蒸汽进口和冷凝水出口。相比传统一体加热方式，蒸汽从四个进气管道进入到四个加热区域，能在短时间内充满整个筒体表面，有效提高加热效率和速度，且能更快达到均匀。盘管采用半圆管，呈Z形布局，密布焊接在筒体表面，然后整体采用钢板包裹。

进一步，耙齿设置有32支，均分为4组；相邻两支耙齿错位设置于中心轴上，整体上呈螺旋状；扫料棒放置在同一水平面的四支耙齿上。

采用上述技术进一步技术方案的有益效果是：四组耙齿交错设置在中心轴上，整体上呈螺旋状，与中心轴和共同形成耙齿形搅拌结构，可将筒体内的物料混合均匀，便于后续反应的进行，可以保证铝灰的脱氨效果和效率。

进一步，进料孔处设置有半球阀，设卸料口处设置有刀阀。

采用上述技术进一步技术方案的有益效果是：进料孔处设置半球阀，保证密封性的同时，可有效防止粉尘进入阀门密封部位。卸料口处设置刀阀，方便开关，卸料操作更加省力。

进一步，密闭筒体两端端部设置有温度传感器。

采用上述技术进一步技术方案的有益效果是：在筒体两端设置传感器，可以方便对筒体内的温度进行监测，以便于对温度进行精确控制，使脱氨反应进行更加彻底。

进一步，进水口设置有四个，均匀分布在密闭筒体上。

本发明的有益效果是：

1.本发明中的脱氨装置操作简便，不仅可以使反应物料混合更加均匀，而且可以对反应温度、压强的条件进行精确控制，脱氨反应更加彻底，铝灰的脱氨效果以及脱氨效率均有较大的提升。

2.本发明中的装置具有较高的安全性，尤其是分次加水反应，通过双排气阀控制尾气量，使铝灰脱氨实现可安全操作的批量生产。并且在保证安全操作前提下，可以提高铝灰脱氨的一次处理量，脱氨效率提高。

3.本发明的脱氨工艺利用脱氨装置对脱氨过程的温度和压力进行了精确控制，通过条件的调控，能够使反应快速且彻底的进行，铝灰中的氨被基本除去，提高了氨的去除率。

4.产生的氨气和其它气体，通过完善的尾气处理系统，生产为硫酸铵副产品，废气达标排放。脱氨后的铝灰，含水率可调节，相比传统水煮法脱氨，很大程度上扩大了其应用场景和范围。且无脱氨废水产生，减轻了环保压力。

附图说明

图1为现有技术中的加热水煮法脱氨的工艺流程；

图2为本发明脱氨装置的主剖视图；

图3为本发明脱氨装置的俯视图；

图4为耙齿、中心轴和扫料棒的配合关系图；

其中，1、密闭筒体；2、耙齿；21、耙齿臂；22、耙齿叶；23、加强板；3、进料孔；4、加热部件；5、扫料棒；6、减速机；7、排水口；8、卸料口；9、冷凝水出口；10、中心轴；11、除尘排气阀；12、蒸汽进口；13、高温排气阀；14、泄压阀；15、进水口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的铝灰脱氨装置做详细的说明。

本发明的铝灰脱氨装置结构如图2～4所示。包括密闭筒体1，密闭筒体1的整个筒体及筒体内部采用不锈钢材质制成，密闭筒体1的筒体尺寸φ1680×4500，有效容积为10m³。密闭筒体1外部上方设置有进料孔3、除尘排气阀11、高温排气阀13、泄压阀14和若干带有螺旋喷头的进水口15，下方设置有卸料口8和排水口7，密闭筒体1外侧设置有加热部件4；进料孔3处设置有半球阀，在保证密封性的同时，可有效防止粉尘进入阀门密封部位；泄压阀14可对筒内压力进行控制；卸料口8处设置有刀阀，方便开关；排水口7方便设备清洗和维护。为了使加入的水与固体粉末混合更加均匀，本发明的装置中进水口15设置有4个，并且沿密闭筒体1的轴向均匀分布，在加水混合时，4个进水口同时进水，可保证良好的混合效果。本发明装置上的加热部件4用于对密闭筒体1内的混合物料进行加热，只要能实现加热功能的系统均适用于本发明的脱氨装置；在本发明的一种优选实施例中，加热部件4为蒸汽加热系统，蒸汽加热系统包括焊接于密闭筒体表面的夹套盘管，夹套盘管设置有蒸汽进口12和冷凝水出口9，夹套盘管采用半圆管，呈Z形布局，密布焊接在筒体表面，然后整体采用钢板包裹；另外，为了能使温度在短时间内充满整个筒体表面，且能更快达到均匀，本发明中的夹套盘管可以设置四组，将密闭筒体1的加热区分为四个，加热时，同时对密闭筒体1的加热区进行加热，在保证温度分布均匀的同时，可在较短时间内将物料的温度提升至需要的范围。

密闭筒体1两端的端盖中心开设有安装中心轴的通孔，通孔中活动安装有中心轴10，中心轴10为一整体加厚的不锈钢管，位于密闭筒体1的中心轴线上。中心轴10通过轴承和轴承座与密闭筒体1的端盖连接，连接处采用耐磨石墨盘根填料密封，盘根盖下方设计检修平台。中心轴10一端从密闭筒体1中穿出，并通过十字联轴器与减速机6连接，减速机6通过皮带轮和传动皮带与动力机构相连接，动力机构可以为电机、柴油机、汽油机等，其通过减速机6控制中心轴10的转动。

中心轴10上通过焊接、卡接等方式固定连接有若干耙齿2，中心轴10和耙齿2共同形成耙齿形搅拌结构。耙齿2包括耙齿叶22、耙齿臂21和加强板23；耙齿叶22采用整体切割的不锈钢板制成，焊接在耙齿臂21顶端，耙齿臂21使用压制椭圆的整体不锈钢棒制成，其耐冲击强度较高。耙齿臂21底端焊接在中心轴10上。耙齿臂21和中心轴10上焊接加强板23，加强板23为一四分之一圆弧形的不锈钢板，相邻耙齿臂21上的加强板23可组成半圆形结构，加强板23上放置有扫料棒5，扫料棒5可以随加强板23的转动而顺滑至齿耙齿臂21端部，对密闭筒体1的筒壁进行敲击。加强板23的设计作用是使扫料棒5顺滑至耙齿臂21的端部，再轻敲密闭筒体1的筒壁，防止扫料棒5被耙齿2举到高处直接落下造成过大的敲击，既能有效防止物料粘壁，又能延长耙齿臂21的使用寿命，并能减少运行噪声。在本发明的一种优选实施例中，耙齿2工设置有共有32支，共分为四组，每组8支，相邻两支耙齿2错位连接在中心轴10上，整体呈四条螺旋状；扫料棒5放置在同一水平面的四支耙齿上。设备运行时，扫料棒5随着耙齿2滚动和敲击，从水平一排耙齿2的顶端，沿着加强板23慢慢顺滑至相邻一排耙齿2顶端，然后轻敲在筒壁上。扫料棒5的作用一是防止物料结团，二是防止物料粘接在耙齿1和密闭筒体1的筒体上。密闭筒体1的两端端盖上均设置扫料棒5安装孔，适应各种安装环境。另外，为了对密闭筒体1的温度进行监测，在筒体两端端盖上安装温度传感器，可对反应温度进行精确控制。

本发明的铝灰脱氨机运行原理是：通过进料孔3加入铝灰和催化剂，通过进水口15加入回用水或者新水，通过耙齿2和扫料棒5对物料进行混合；通过扫料棒5的敲击作用，防止物料在耙齿2和筒壁上粘接；在筒体内，通过物料自身反应和外部蒸汽加热，进行升温；利用泄压阀14调节筒体压力，使得筒体内温度能控制在要求范围内。脱氨产生的氨气和其它尾气通过排气阀进入尾气处理系统；脱氨时加入催化剂，即可促进脱氨反应的进行，也可稳定固化铝灰中的重金属盐，对铝灰进行无害化处理；通过人孔观察物料湿度，通过控制物料停留时间来控制物料水分。

下面结合实施例对利用本发明的铝灰脱氨装置进行铝灰脱氨的工艺做详细的说明。

实施例1

一种铝灰脱氨工艺，包括以下步骤：

向脱氨装置中加入铝灰3.5吨，加入0.025吨生石灰粉，0.01吨硫代硫酸钠，加入除尘水0.7吨，加入清洗水0.3吨，开启高温排气阀，关闭除尘排气阀，加热部件将物料加热至50℃，物料开始剧烈反应，大量氨气排出，等待10min后，反应平缓。继续加入除尘水0.5吨，加入新水1.5吨，待温度升至70℃后，无剧烈反应，关闭除尘排气阀，压力升至0.1Mpa，部分开启泄压阀，调节内压至0.15Mpa，保压反应2.5小时，开启除尘排气阀，关闭高温排气阀，开启卸料阀，出料。

实施例2

一种铝灰脱氨工艺，包括以下步骤：

向脱氨装置中加入铝灰2.5吨，加入0.015吨熟石灰粉，0.005吨硫酸钠，加入除尘水0.6吨，加入新水0.2吨，开启高温排气阀，关闭除尘排气阀，加热部件将物料加热至40℃，物料开始剧烈反应，大量氨气排出，等待10min后，反应平缓。继续加入除尘水0.5吨，加入新水0.7吨，待温度升至60℃后，无剧烈反应，关闭除尘排气阀，压力升至0.12Mpa，部分开启泄压阀，调节内压至0.18Mpa，保压反应1.5小时，开启除尘排气阀，关闭高温排气阀，开启卸料阀，出料。

实施例3

一种铝灰脱氨工艺，包括以下步骤：

向脱氨装置中加入铝灰3.8吨，加入0.05吨石粉，0.015吨硫酸镁，加入除尘水0.8吨，加入清洗水0.3吨，新水0.4吨，开启高温排气阀，关闭除尘排气阀，加热部件将物料加热至70℃，物料开始剧烈反应，大量氨气排出，等待10min后，反应平缓。继续加入除尘水0.6吨，加入新水1.2吨，待温度升至80℃后，无剧烈反应，关闭除尘排气阀，压力升至0.08Mpa，部分开启泄压阀，调节内压至0.12Mpa，保压反应1.5小时，开启除尘排气阀，关闭高温排气阀，开启卸料阀，出料。

结果分析

检测上述各实施例脱氨后铝灰的性能指标，结果如表1所示。

表1脱氨后铝灰的性能指标

指标	实施例1	实施例2	实施例3
				水分	10％	15％	8％
氮含量	0.2％	0.4％	0.1％
				去除率	92％	89％	96％

从表中可以看出，采用本发明中的装置和方法，铝灰所含氮的脱除率在89％以上，脱氨后铝灰含水率可以根据需要进行灵活调节。氨气经吸收生产为硫酸铵，尾气处理后达标排放，无脱氨废水产生。

虽然结合附图和实施例对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims

1.一种铝灰脱氨装置，其特征在于：包括密闭筒体(1)；所述密闭筒体(1)外部上方设置有进料孔(3)、除尘排气阀(11)、高温排气阀(13)、泄压阀(14)和若干带有螺旋喷头的进水口(15)，下方设置有卸料口(8)和排水口(7)，密闭筒体(1)外侧设置有加热部件(4)；所述密闭筒体(1)的轴线上安装有中心轴(10)，所述中心轴(10)一端从所述密闭筒体(1)中穿出并与减速机(6)相连接，所述减速机(6)通过传动皮带与动力机构相连接；所述中心轴(10)上设置有若干耙齿(2)；所述耙齿(2)包括耙齿叶(22)、耙齿臂(21)和加强板(23)，所述耙齿叶(22)固定连接在所述耙齿臂(21)顶部，所述耙齿臂(21)竖直固定在所述中心轴(10)上，所述加强板(23)为四分之一圆弧形的不锈钢板，其分别与所述耙齿臂(21)和中心轴(10)固定连接，并且相邻耙齿臂(21)上的加强板(23)可组成半圆形结构；所述加强板(23)上放置有扫料棒(5)，所述扫料棒(5)可以随加强板(23)的转动而顺滑至所述齿耙齿臂(21)端部，对所述密闭筒体(1)的筒壁进行敲击；所述中心轴(10)、耙齿(2)和扫料棒(5)共同形成耙齿形搅拌结构。

2.根据权利要求1所述的铝灰脱氨装置，其特征在于：所述中心轴(10)与所述减速机(6)通过十字联轴器相连接。

3.根据权利要求1所述的铝灰脱氨装置，其特征在于：所述加热部件(4)为蒸汽加热系统，所述蒸汽加热系统包括焊接于所述密闭筒体表面的夹套盘管，所述夹套盘管设置有蒸汽进口(12)和冷凝水出口(9)。

4.根据权利要求3所述的铝灰脱氨装置，其特征在于：所述夹套盘管设置有四组，均匀分布在所述密闭筒体(1)的外侧。

5.根据权利要求1所述的铝灰脱氨装置，其特征在于：所述耙齿(2)设置有32支，均分为4组；相邻两支耙齿(2)错位设置于所述中心轴(10)上，整体上呈螺旋状；所述扫料棒(5)放置在同一水平面的四支耙齿(2)上。

6.根据权利要求1所述的铝灰脱氨装置，其特征在于：所述进料孔(3)处设置有半球阀，所述设卸料口(8)处设置有刀阀。

7.根据权利要求1所述的铝灰脱氨装置，其特征在于：所述密闭筒体(1)两端端部设置有温度传感器。

8.根据权利要求1所述的铝灰脱氨装置，其特征在于：所述进水口(15)设置有四个，均匀分布在所述密闭筒体(1)上。

9.一种利用权利要求1～8任一项所述的铝灰脱氨装置进行铝灰脱氨的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1：打开排气闸阀，关闭其它阀门，通过进料孔将铝灰和催化剂加入到密闭筒体内部，所加催化剂的质量占铝灰质量的0.1～3％，然后关闭进料半球阀，开启搅拌，同时通过进水口向密闭筒体内加水，加水量与筒体内固体的液固比为0.1～0.4mL/g，通过耙齿和扫料棒将物料混合均匀，同时利用加热部件将物料加热至40～80℃，在此温度下反应1～20min；所述催化剂为氧化钙、氢氧化钙、氯化钙等含钙化合物和硫酸钠、硫代硫酸钠和硫酸镁中的至少一种；

S2：通过进水口向密闭筒体内加水，加水量与加入筒体内固体的液固比为0.1～0.8mL/g；然后将物料加热至40～80℃，反应1～20min，继续升温，至筒内压力为0.1～0.2Mpa，温度为80～150℃，在此条件下反应1～10h；

S3：打开除尘排气阀，关闭高温排气阀，开启卸料阀，出料，完成铝灰脱氨。