CN112744850A - 一种二次铝灰资源综合利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二次铝灰资源综合利用的方法，通过火法工艺将铝灰中氧化铝回收，并将氧化铝转化为铝酸钠熟料，可直接出售，也可以返回至氧化铝生产过程中铝酸钠溶出工序，直接产出工业级氧化铝。本发明具有生产过程便于控制、易于工业化稳定生产、产品附加值高、废物零排放等特点，实现了二次铝灰资源化利用。

Description

一种二次铝灰资源综合利用的方法
技术领域
本发明涉及化工生产技术领域，具体涉及一种二次铝灰资源综合利用的方法。
背景技术
我国是世界上最大铝生产国和消费国。近年来伴随我国电解铝、再生铝和铝加工产能的不断扩张，上述生产活动中产生的铝灰也不断增多。理论上铝的熔融环节都会产生铝灰，铝灰主要收集来源于漂浮在铝熔体表面的不熔夹杂物、添加剂及与添加剂进行物理化学反应产生的物质，呈松散灰渣状。电解铝铝液转移、精炼、合金化、铸造过程熔体表面会产生铝灰渣(又称：一次铝灰)，以及回收铝过程会产生盐渣和二次铝灰，危废代码：321-024-48。再生铝和铝加工生产过程中，废铝及铝锭重熔、精炼、合金化、铸造熔体表面会产生铝灰渣(又称：一次铝灰)，及其回收铝过程会产生盐渣和二次铝灰，危废代码：321-026-48。据资料显示，一般生产1吨电解铝原铝铝锭要产生10～20kg铝灰，而对于再生铝和铝加工行业来讲，根据生产合金品种不同所产生的铝灰量也不同，通常生产1吨再生铝和铝加工产品产生铝灰量为50～100kg。
铝灰的成分因各企业生产原材料及操作条件不同而存在差异，也与原料的污染物、使用的覆盖剂、造渣剂和精炼剂有直接关系，同时与铸造熔炼炉内气氛也存在一定的关系。通常铝灰中除含有氟化物危害因子外，还含有氮化物和碳化物等活性成分，这些成分遇水等物质后表现出化学反应性并生成毒性物质。铝灰除类似于炭渣氟的环境危害性外，还存在一定量的有毒元素和化合物，尤其是再生铝和铝加工行业，由于原料来源渠道众多，其产生的铝灰中不仅可能含有硒、砷、钡、镉、铬、铅等,还有吸附二噁英的可能。铝灰中还含有一定量的氮化物,与水反应作用后会生成大量NH3气体、H2气体和CH4气体,这些气体都属于可燃气体,会有引起火灾的风险。另外，铝灰中的AlAs,接触到水后会生成AsH3气体,该气体属于剧毒类气体,对人体伤害极大,若是留存在工作场所会造成空气污染以及导致工人急性砷化氢中毒。因此，铝灰已经逐渐成为电解铝、再生铝和铝加工行业重点环境安全管理的废物，行业急需铝灰低成本处置及利用技术。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种二次铝灰资源综合利用的方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种二次铝灰资源综合利用的方法，包括如下步骤：
S1、将二次铝灰、钠碱和催化剂混料均化，得到混合料；
S2、将步骤S1得到的混合料加入干式压球设备中，干法成型压制得到球型混合料；
S3、将步骤S2得到的球型混合料输送至高温焙烧窑炉内进行碱烧结，烧结产出铝酸钠熟料；
S4、高温焙烧窑炉进行碱烧结过程中所产生的尾气用于预热球型混合料，尾气冷却后经除尘净化后达标排放；尾气冷却的过程中，尾气中的盐分冷凝结晶，利用冷凝结晶的盐分制备得到用于铝灰回收金属铝工序的辅料打渣剂；
步骤S3得到的铝酸钠熟料直接对外销售或经碱溶后固液分离得到铝酸钠溶液和浸出渣，得到的铝酸钠溶液输送至氧化铝生产系统用于生产氧化铝，浸出渣洗涤后作为生产耐火材料的原料。
进一步地，步骤S1中，采用颚式破碎机、辊式破碎机、立式细碎机、球磨机中的一种将二次铝灰、钠碱和催化剂混料均化。
进一步地，步骤S1中，所述钠碱包括氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠中的一种或者多种，添加量为二次铝灰重量的1.0-1.5倍。
进一步地，步骤S1中，所述催化剂为有机物纤维素类球团粘结剂，添加量为二次铝灰重量的0.08-0.12倍。
进一步地，步骤S2中，所述球型混合料的直径为30mm-200mm。
进一步地，步骤S3中，碱烧结时间为30min-120min，烧结温度为800℃-1500℃。
进一步地，步骤S3中，所述碱溶的条件为：苛性碱浓度Nk＝10-30g/L，碳碱浓度Nc＝2-10g/L；液固质量比5-20；浸出温度50-150℃；浸出时间10-60min。
本发明的有益效果在于：本发明方法通过火法工艺将铝灰中氧化铝回收，并将氧化铝转化为铝酸钠熟料，可直接出售，也可以返回至氧化铝生产过程中铝酸钠溶出工序，直接产出工业级氧化铝。本发明具有生产过程便于控制、易于工业化稳定生产、产品附加值高、废物零排放等特点，实现了铝灰资源化利用。
附图说明
图1为本发明实施例1-3的方法流程图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
实施例1
本实施例提供一种二次铝灰资源综合利用的方法，如图1所示，具体过程为：
(1)将二次铝灰、氢氧化钠和有机物纤维素类球团粘结剂混合均匀制备得到混合料，其中氢氧化钠的总用量为二次铝灰质量的1倍，有机物纤维素类球团粘结剂总用量为二次铝灰质量的0.08倍。然后将混合料添加进入干式压球设备，干法成型压制得到球型混合料，球形混合料直径为30mm。
(2)再将制备得到的球型混合料输送至高温焙烧窑炉内，采用天然气燃烧进行碱烧结，燃烧过程中为使得球型混合料受热更加均匀，可采用回转型炉窑，使得球型混合料在烧结过程中翻转搅拌，烧结温度为800℃，烧结时间为120min。球型混合料经烧结后制备得铝酸钠熟料，窑炉尾气可用于球型混合料的预热，并利用尾气冷却过程中冷凝结晶的盐分制备得到打渣剂，该打渣剂可用于铝灰回收金属铝工序。尾气除尘净化后达标排出。
(3)再将烧结铝酸钠熟料添加进入碱溶液中进行碱溶，碱溶条件为苛性碱浓度Nk＝10g/L，碳碱浓度Nc＝2g/L，液固质量比5，浸出温度50℃，溶出时间10min。固液分离后得到铝酸钠溶液和浸出渣。
(4)铝酸钠溶液接入拜耳法制备氧化铝工艺流程用于生产氧化铝，浸出渣洗涤后直接作为耐火材料原料对外销售。
实施例2
本实施例提供一种铝灰资源综合利用的方法，如图1所示，具体过程为：
(1)将二次铝灰、氢氧化钠和有机物纤维素类球团粘结剂混合均匀制备得到混合料，其中氢氧化钠的总用量为二次铝灰质量的1.5倍，有机物纤维素类球团粘结剂总用量为二次铝灰质量的0.1倍。然后将混合料添加进入干式压球设备，干法成型压制得到球型混合料，球形混合料直径为100mm。
(2)再将制备得到的球型混合料输送至高温焙烧窑炉内，采用天然气燃烧进行碱烧结，燃烧过程中为使得球型混合料受热更加均匀，可采用回转型炉窑，使得球型混合料在烧结过程中翻转搅拌，烧结温度为1000℃，烧结时间为60min。球型混合料经烧结后制备得铝酸钠熟料，窑炉尾气用于球型混合料的预热，并利用尾气冷凝过程中得到的盐分制备打渣剂，该打渣剂可用于铝灰回收金属铝工序。尾气除尘净化后达标排出。
(3)再将烧结铝酸钠熟料添加进入碱溶液中进行碱溶，碱溶条件为苛性碱浓度Nk＝20g/L，碳碱浓度Nc＝6g/L，液固质量比8，浸出温度90℃，溶出时间30min。固液分离后得到铝酸钠溶液和浸出渣。
(4)铝酸钠溶液接入拜耳法制备氧化铝工艺流程用于生产氧化铝，浸出渣洗涤后直接作为耐火材料原料对外销售。
实施例3
本实施例提供一种铝灰资源综合利用的方法，如图1所示，具体过程为：
(1)将二次铝灰、氢氧化钠和有机物纤维素类球团粘结剂混合均匀制备得到混合料，其中氢氧化钠的总用量为二次铝灰质量的1.5倍，有机物纤维素类球团粘结剂总用量为二次铝灰质量的0.12倍。然后将混合料添加进入干式压球设备，干法成型压制得到球型混合料，球形混合料直径为200mm。
(2)再将制备得到的球型混合料输送至高温焙烧窑炉内，采用天然气燃烧进行碱烧结，燃烧过程中为使得球型混合料受热更加均匀，可采用回转型炉窑，使得球型混合料在烧结过程中翻转搅拌，烧结温度为1500℃，烧结时间为30min。球型混合料经烧结后制备得铝酸钠熟料，窑炉尾气可用于预热球型混合料，尾气冷凝过程得到的盐分制备得打渣剂，该打渣剂可用于铝灰回收金属铝工序。尾气除尘净化后达标排出。
(3)再将烧结铝酸钠熟料添加进入碱溶液中进行碱溶，碱溶条件为苛性碱浓度Nk＝30g/L，碳碱浓度Nc＝10g/L，液固质量比20，浸出温度150℃，溶出时间60min。固液分离后得到铝酸钠溶液和浸出渣。
(4)铝酸钠溶液接入拜耳法制备氧化铝工艺流程用于生产氧化铝，浸出渣洗涤后直接作为耐火材料原料对外销售。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种二次铝灰资源综合利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将二次铝灰、钠碱和催化剂混料均化，得到混合料；
S2、将步骤S1得到的混合料加入干式压球设备中，干法成型压制得到球型混合料；
S3、将步骤S2得到的球型混合料输送至高温焙烧窑炉内进行碱烧结，烧结产出铝酸钠熟料；
高温焙烧窑炉进行碱烧结过程中所产生的尾气用于预热球型混合料，尾气冷却后经除尘净化后达标排放；尾气冷却的过程中，尾气中的盐分冷凝结晶，利用冷凝结晶的盐分制备得到用于铝灰回收金属铝工序的辅料打渣剂；
铝酸钠熟料直接对外销售或经碱溶后固液分离得到铝酸钠溶液和浸出渣，得到的铝酸钠溶液输送至氧化铝生产系统用于生产氧化铝，浸出渣洗涤后作为生产耐火材料的原料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，采用颚式破碎机、辊式破碎机、立式细碎机、球磨机中的一种将二次铝灰、钠碱和催化剂混料均化。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述钠碱包括氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠中的一种或者多种，添加量二次铝灰重量的1.0-1.5倍。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述催化剂为有机物纤维素类球团粘结剂，添加量为二次铝灰重量的0.08-0.12倍。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述球型混合料的直径为30mm-200mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，碱烧结时间为30min-120min，烧结温度为800℃-1500℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述碱溶的条件为：苛性碱浓度Nk＝10-30g/L，碳碱浓度Nc＝2-10g/L；液固质量比5-20；浸出温度50-150℃；浸出时间10-60min。
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