CN113185266A

CN113185266A - 一种利用废铝灰生产陶瓷砖原料的方法

Info

Publication number: CN113185266A
Application number: CN202110506965.8A
Authority: CN
Inventors: 陈强; 林铭毅
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-05-10
Filing date: 2021-05-10
Publication date: 2021-07-30

Abstract

本发明公开了一种利用废铝灰生产陶瓷砖原料的方法，包括如下步骤：（1）将废铝灰研磨至85‑110目；（2）将研磨好的废铝灰置于反应装置的高温煅烧区中煅烧至800‑1300℃；（3）将高温煅烧后的废铝灰置于反应装置的富氧反应区内，同时持续通入空气使废铝灰继续燃烧并充分反应，从而实现无害化处理，得到陶瓷砖原料。本发明不仅能够彻底实现废铝灰的无害化处理，并且处理后的废铝灰满足陶瓷砖对烧失量、瓷化效果、密度、硬度和耐高温性能的严格要求，可替代高岭土成为陶瓷砖的原料，还可广泛应用于耐火砖的生产中，真正意义地做到了变废为宝，显著提高了铝行业的经济效益，对实现经济和环境生态的可持续发展具有重要的意义。

Description

一种利用废铝灰生产陶瓷砖原料的方法

技术领域

本发明涉及废物处理技术领域，特别涉及一种利用废铝灰生产陶瓷砖原料的方法。

背景技术

废铝灰是电解铝或铸造铝生产工艺中产生的熔渣经冷却加工后产生的固废，主要由金属铝、氧化铝、氮化铝、氟化物和氯化物等混合物组成。由于氮化铝与水反应会释放的大量危害生命健康和生态环境的氨气，并且经过毒性浸出实验表明，铝灰中氟化物和氯化物的毒性浸出浓度较高，超过标准限值，具有浸出毒性，因此，废铝灰已被列入《国家危险废弃物名录》，对废铝灰进行无害化处置势在必行。

经研究表明，废铝灰中的氧化铝含量达到70%以上，与高岭土成分接近，而众所周知的，高岭土是一种珍贵的非再生矿产资源，具有优异的可塑性、粘性、烧结性和耐火性，因此是生产陶瓷砖和耐火砖的重要原料之一，若能将废铝灰进行无害化处理，使其替代高岭土应用于陶瓷砖或耐火砖的生产中，则能变废为宝，并在实现资源的有效循环利用的同时，提高铝行业的经济效益，对实现经济和环境生态的可持续发展产生重要的影响。

目前针对废铝灰的无害化处理方法有很多，但是大多存在工艺复杂、处理效果差、耗能大和成本高等问题，并且处理后的废铝灰无法满足陶瓷砖对于烧失量、瓷化效果及密度等指标的严格要求。为此，我们提供一种利用废铝灰生产陶瓷砖原料的方法。

发明内容

本发明提供一种利用废铝灰生产陶瓷砖原料的方法，其主要目的在于解决现有废铝灰的无害化处理方法存在的工艺复杂、处理效果差、耗能大、成本高、无法满足陶瓷砖对于烧失量、瓷化效果及密度等指标的严格要求。

本发明采用如下技术方案：

一种利用废铝灰生产陶瓷砖原料的方法，包括如下步骤：

（1）将废铝灰研磨至85-110目；

（2）将研磨好的废铝灰置于反应装置的高温煅烧区中煅烧至800-1300℃；

（3）将高温煅烧后的废铝灰置于反应装置的富氧反应区内，同时持续通入空气使废铝灰继续燃烧并充分反应，从而实现无害化处理，得到陶瓷砖原料。

进一步，所述步骤（3）还包括如下子步骤：

（3.1）使废铝灰在富氧反应区内保持匀速前进状态，并全程通入空气；

（3.2）位于富氧反应区前段的废铝灰在空气的作用下继续燃烧并充分反应；充分反应后的废铝灰进入富氧反应区后段，并在空气的作用下迅速降温；

（3.3）取出降温处理后的废铝灰，即得到陶瓷砖原料。

更进一步，在所述步骤（3.1）中应均匀翻搅废铝灰，并使其保持匀速前进状态。

进一步，所述步骤（3）中，空气由制氧机制取获得，并且空气中氧气的浓度为85-95%，空气的流速为35-45L/min。

进一步，所述步骤（2）和（3）中，反应装置包括相互连通的煅烧炉和反应滚筒，所述高温煅烧区设置于所述煅烧炉内；所述富氧反应区设置于所述反应滚筒内。

进一步，所述步骤（1）中，采用软管蛟龙输送机将废铝灰运送至密封料斗内，并采用研磨机构对废铝灰进行研磨处理。

进一步，所述步骤（2）和（3）中，采用螺杆进料机将研磨处理后的废铝灰定量且匀速地推送至所述高温煅烧区内，并使其在高温煅烧后自动进入富氧反应区内反应。

进一步，还包括如下步骤：（4）采用集气罩对富氧反应区内产生的尾气进行统一收集，并采用布袋除尘器对尾气进行有效处理。

更进一步，所述步骤（4）中，结合水滤池和喷淋塔对布带除尘器处理后的尾气进行彻底净化处理。

和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于：

本发明不仅能够彻底实现废铝灰的无害化处理，并且处理后的废铝灰中氧化铝的含量达到80%以上，烧失量低于4%，满足陶瓷砖对烧失量、瓷化效果、密度、硬度和耐高温性能的严格要求，可替代高岭土成为陶瓷砖的原料，还可广泛应用于耐火砖的生产中，真正意义地做到了变废为宝，显著提高了铝行业的经济效益，对实现经济和环境生态的可持续发展具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图（未画出滚轮传动机构）。

图2为本发明中桶体与滚轮传动机构的结构示意图。

图3为本发明中煅烧炉的剖视图。

图纸：1-进料装置；11-螺杆进料机；2-煅烧炉；20-高温煅烧区；21-炉胆；22-加热组件；23-保温套；3-反应滚筒；30-富氧反应区；31-桶体；311-卸料口；32-底座；321-座体；322-支撑板；323-调节螺柱；33-第一驱动机构；331-滚轮传动机构；4-供气装置；41-制氧机；42-输气管；421-出气孔；5-预处理装置；51-软管蛟龙输送机；511-吨袋；52-密封料斗；6-尾气处理装置；61-集气罩；62-布袋除尘器；63-水滤池；64-喷淋塔。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的具体实施方式。为了全面理解本发明，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本发明。

参照图1，一种废铝灰的无害化处理装置，包括进料装置1、反应装置和供气装置4；反应装置具有高温煅烧区20和富氧反应区30；进料装置1设置于高温煅烧区20的旁侧，用于将预处理后的废铝灰输送至高温煅烧区20内进行高温煅烧处理；供气装置4设置于富氧反应区40旁侧，用于将空气持续输送至富氧反应区40内，使得高温煅烧处理后的废铝灰继续燃烧并充分反应。

参照图1，反应装置包括相互连通的煅烧炉2和反应滚筒3，高温煅烧区20设置于煅烧炉2内；富氧反应区30设置于反应滚筒3内。

参照图1和图3，具体地，煅烧炉2包括由内至外依次设置的炉胆21、加热组件22和保温套23。优选地，本实施例中煅烧炉2呈圆柱状结构，其中，炉胆21选用耐1800℃的耐火材料制成；加热组件22为环绕布设于炉胆21外部的若干加热管，并配设有温感器、调温器和高温保护系统等部件，能精准快速地对控制炉胆21的温度；保温套23采用耐高温泡棉制成，紧密包裹于炉胆21和加热组件22外部，能有效防止炉胆21内的热量散失，起到节能环保的作用。

参照图1和图2，具体地，反应滚桶3包括桶体31、底座32和第一驱动机构33；桶体31的前端连通于煅烧炉2，桶体31的后端设有出气口和卸料口311，桶体31倾斜设置于底座32，并通过第一驱动机构33实现匀速转动。桶体31倾斜设置可使得废铝灰在桶体31内保持匀速前进状态，以自动进入下一反应工序，实现无间断的作业模式。而匀速转动桶体31则能使废铝灰被均匀翻搅，由此有效提高反应速率和反应效果。

参照图1和图2，更具体地，底座32包括座体321和支撑板322，桶体31固设于支撑板322上方，支撑板322的一端铰接于座体321，另一端通过调节螺杆323可升降地设置于座体321，使用时可根据实际需要任意调整支撑板322的升降角度，进而调整桶体31的倾斜角度。第一驱动机构33为设置于桶体31与支撑板322之间的滚轮传动机构331，桶体31可在滚轮传动机构331的作用下实现匀速翻转，图2简要展示了滚轮传动机构331的示意图。需要说明的是，桶体31的倾斜设置方式和转动驱动方式并不局限于此，还可根据实现需求进行设计和改进。此外，在实际应用中，若进行小规模生产，还可将反应装置3设置在同一个反应炉内，该反应炉的前段为高温煅烧区，后段为富氧反应区，同样地，反应炉需倾斜设置于支撑座，并通过第二驱动机构实现匀速转动，本领域技术人员可参照上述描述具体理解并实施，在此不加赘述。

参照图1和图2，供气装置4包括制氧机41和输气管42，输气管42的一端连接于制氧机41，另一端延伸至富氧反应区30内部，并设有若干出气孔421。具体地，输气管42从桶体31的内部后端延伸至内部前端，使得桶体31内均匀布满空气。输气管42由耐高温金属材质制成。为了保证桶体内部满足富氧环境状态，要求制氧机制取的空气中氧气的浓度应为85-95%，空气的流速应为35-45L/min。

参照图1和图2，进料装置1为螺杆进料机11，该螺杆进料机11设置于煅烧炉2的入口处，用于将废铝灰定量且匀速地推送至高温煅烧区20内，并使其在高温煅烧后自动进入富氧反应区30内。由于螺杆进料机11持续均匀地推送进料，因此高温煅烧后的废铝灰会自动被推入反应滚筒3的桶体31中。螺杆进料机11为封闭式结构，能够有效避免粉尘污染，并且具有可调式的电机控制结构，能准确控制废铝灰的进量和速度，使废铝灰能随着反应进度持续不断地自动进入高温煅烧区20和富氧反应区30内，具有结构简单，操作方便和安全高效等优点。

参照图1，还包括预处理装置5，预处理装置5包括软管蛟龙输送机51、密封料斗52和研磨机构（图中未体现）；密封料斗52的进料口连接于软管蛟龙输送机51，出料口连接于螺杆进料机11，并且密封料斗52内设有用于对废铝灰进行预处理的研磨机构。生产时，将软管蛟龙输送机51的进料口放置于装有废铝灰的吨袋中511，由软管蛟龙输送机51将废铝灰输送至密封料斗52内，并在密封料斗52内完成研磨工序后再由螺杆进料机11输出，由此能够有效避免因粉尘外泄而造成污染和浪费。通过研磨工艺可将废铝灰研磨成细粉，从而破坏了金属物表面的氧化保护层，以提高后续的反应效率。研磨机构可采用市面上常见的研磨设备，在此不具体限定。

参照图1，还包括尾气处理装置6，尾气处理装置6包括依次连接的集气罩61、布带除尘器62、水滤池63和喷淋塔64。集气罩61通过桶体31的出气口连通于富氧反应区30内，能够有效地收集废铝灰反应产生的废气；布带除尘器为64袋布袋除尘器，能够有效过滤尾气中的粉尘和有害气体。水滤池+喷淋塔的处理工艺则能进一步对尾气中的有害物质进行过滤和吸附，确保尾气达标排放。

以下结合上述处理装置对废铝灰的无害化处理方法进行详细介绍：

1、由软管蛟龙输送机51将废铝灰输送至密封料斗52内，并通过研磨机构将废铝灰研磨至95目。

2、由螺杆进料机11将研磨后的废铝灰定量且匀速地推送至煅烧炉2内，使其在高温煅烧区20中被均匀煅烧至1000℃。

3、螺杆进料机11持续进料，从而将高温煅烧后的废铝灰推入桶体31内，同时，制氧机41制取含高浓度氧气的空气，并通过输气管42持续不断地将空气通入桶体31内，使得废铝灰继续燃烧并充分反应，从而实现无害化处理，得到陶瓷砖原料。具体地，废铝灰在桶体31的作用下保持均匀翻搅状态和匀速前进状态，位于富氧反应区前段的废铝灰在空气的作用下继续燃烧并充分反应，此时通入的空气可起到助燃作用，能够进一步提高废铝灰反应的温度，以确保反应完全；随着反应的进行，废铝灰的自身热量逐渐散失，充分反应后的废铝灰进入富氧反应区后段，并在空气的作用下迅速被冷却。由此可知，本发明可显著减小煅烧炉2的能耗，并且免去了额外设置冷却装置的繁琐工序和高额成本，具有方法简单，易于操作和环保高效等优点。

本发明中无害化处理的原理如下：

（1）金属铝

废铝灰中的金属铝在高温条件下遇氧，迅速发生氧化反应，生成Al₂O₃。其主要的反应式为：

4Al+3O₂→2Al₂O₃

此外，废铝灰中镁、铁和钛等重金属也会发生氧化反应，生成金属氧化物，在此不加赘述。

（2）氯化物和氟化物

废铝灰中的氯化物和氯化物在800℃以上高温富氧的环境下会形成蒸气压，并迅速气化分离，并由尾气处理装置6进行统一收集处理，实现达标排放。

现有技术通常采用加入钙与氟化物进行反应，从而合成氟化钙的处理方式对氟化物进行处理，但是由于陶瓷砖对烧失量有严格要求，而氟化钙在陶瓷砖生产的高温煅烧环节中会被烧失，对陶瓷砖的密度和硬度会造成影响。为此，本发明采用气化分离的处理方式来有效处理氟化钙。

（3）氮化铝

废铝灰中的氮化铝在高温富氧的环境下表面迅速氧化，生成致密的氧化铝薄膜。其主要化学反应为：

4AlN+3O₂→2Al₂O₃+2N₂

由于氮化铝与水反应会释放的大量氨气，因此现有技术的处理思路通常使氮化铝完全与氧气发生反应，由此来避免存在安全隐患。但是由于氮化铝本身是优质、昂贵的陶瓷砖原料，所以本发明采用最大程度保留氮化铝的构思来进行处理。虽然陶瓷砖的生产需要采用球磨工序，但是氮化铝表面致密的氧化铝薄膜具有防水性强和耐磨性高等优点，能够有效阻断氮化铝与水发生反应，充分确保生产安全。由此可知，采用该处理方式不仅能够使氮化铝更好地应用于陶瓷砖生产中，而且可以充分确保生产安全，有利于提高陶瓷砖的品质，并降低生产成本。

4、从桶体31的卸料口311取出经无害化处理且冷却后的废铝灰，此时废铝灰的温度为70-80℃，将其进一步冷却至室温后，即可直接用吨袋包装，作为陶瓷砖或者耐火砖的原料使用。

5、对富氧反应区内产生的尾气进行统一收集处理，经实际检测可知，采用布带除尘器+水滤池+喷淋塔的处理工艺进行处理后的尾气可达到国家及行业规定的相关排放标准。

为了进一步证实本发明处理后的废铝灰可作为用于生产陶瓷砖或者耐火砖的原料，以下提供经上述无害化处理工艺处理后的废铝灰的成分分析报告：

表1 经无害化处理后的废铝灰分析报告

根据以上分析报告可知，本发明不仅能够彻底实现废铝灰的无害化处理，并且处理后的废铝灰中氧化铝的含量达到80%以上，烧失量低于4%，满足陶瓷砖对烧失量、瓷化效果、密度、硬度和耐高温性能的严格要求，可替代高岭土成为陶瓷砖或者耐火砖的原料，还可广泛应用于耐火中的生产中，真正意义地做到了变废为宝，显著提高了铝行业的经济效益，对实现经济和环境生态的可持续发展具有重要的意义。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims

1.一种利用废铝灰生产陶瓷砖原料的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1) 将废铝灰研磨至85-110目；

(2) 将研磨好的废铝灰置于反应装置的高温煅烧区中煅烧至800-1300℃；

(3) 将高温煅烧后的废铝灰置于反应装置的富氧反应区内，同时持续通入空气使废铝灰继续燃烧并充分反应，从而实现无害化处理，得到陶瓷砖原料。

2.如权利要求1所述的一种利用废铝灰生产陶瓷砖原料的方法，其特征在于：所述步骤（3）还包括如下子步骤：

（3.3）取出降温处理后的废铝灰，即得到陶瓷砖原料。

3.如权利要求2所述的一种利用废铝灰生产陶瓷砖原料的方法，其特征在于：在所述步骤（3.1）中应均匀翻搅废铝灰，并使其保持匀速前进状态。

4.如权利要求1或2所述的一种利用废铝灰生产陶瓷砖原料的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，空气由制氧机制取获得，并且空气中氧气的浓度为85-95%，空气的流速为35-45L/min。

5.如权利要求1所述的一种利用废铝灰生产陶瓷砖原料的方法，其特征在于：所述步骤（2）和（3）中，反应装置包括相互连通的煅烧炉和反应滚筒，所述高温煅烧区设置于所述煅烧炉内；所述富氧反应区设置于所述反应滚筒内。

6.如权利要求1所述的一种利用废铝灰生产陶瓷砖原料的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，采用软管蛟龙输送机将废铝灰运送至密封料斗内，并采用研磨机构对废铝灰进行研磨处理。

7.如权利要求1所述的一种利用废铝灰生产陶瓷砖原料的方法，其特征在于：所述步骤（2）和（3）中，采用螺杆进料机将研磨处理后的废铝灰定量且匀速地推送至所述高温煅烧区内，并使其在高温煅烧后自动进入富氧反应区内反应。

8.如权利要求1所述的一种利用废铝灰生产陶瓷砖原料的方法，其特征在于：还包括如下步骤：（4）采用集气罩对富氧反应区内产生的尾气进行统一收集，并采用布袋除尘器对尾气进行有效处理。

9.如权利要求8所述的一种利用废铝灰生产陶瓷砖原料的方法，其特征在于：所述步骤（4）中，结合水滤池和喷淋塔对布带除尘器处理后的尾气进行彻底净化处理。