CN113603375A - 一种氧化铝和其生产用混合熟料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明特别涉及一种氧化铝和其生产用混合熟料及其制备方法，属于铝灰回收技术领域，方法包括：将二次铝灰、工业纯碱和含钙粉末进行混合，获得铝灰生料，所述含钙粉末为石灰粉或石灰石粉；将所述铝灰生料进行干压，获得生料球；将所述生料球送入窑尾进行烧结，获得混合熟料；采用一步法烧结，工艺简单；铝灰干法配料、成型烧结，熟料烧结能耗低；铝灰与纯碱、石灰等配料后，固氟效果好，氧化铝和氧化钠的回收率高。

Description

一种氧化铝和其生产用混合熟料及其制备方法
技术领域
本发明属于铝灰回收技术领域，特别涉及一种氧化铝和其生产用混合熟料及其制备方法。
背景技术
目前，二次铝灰已列入危废名录；随国家及铝工业环保政策的日趋严苛，固危废的减量化、无害化、资源化及高值化利用将是铝冶炼企业可持续高质量发展的必然趋势。为达到“减量化、无害化、资源化”的要求，解决铝电解三废环保问题已迫在眉睫。
目前，工业水泥熟料窑协同处置固废已经比较成熟，可处理危险废物、生活垃圾(包括废塑料、废橡胶、废纸、废轮胎等)、城市和工业污水处理污泥、动植物加工废物、受污染土壤、应急事件废物等固体废物。而对于氧化铝熟料窑协同处置电解固废，目前正在开展大量的研究，例如：中国发明专利申请CN110079678A一种回收利用二次铝灰中铝的方法，公开了将二次铝灰直接加入烧结法熟料窑窑尾与普通熟料一起烧结，以回收其中的氧化铝，但该专利不具备固氟的效果；中国发明专利申请CN108793213B一种铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的方法及装置，公开了铝灰烧结法协同脱除氧化铝母液中有机物的方法和装置，但该专利的铝灰并非铝电解的二次铝灰；中国发明专利申请CN106830030A一种利用铝灰安全高效生产砂状氧化铝的方法，公开了“一段活性溶出+二段熟料烧结溶出”处置利用铝灰技术，主要是先将铝灰采用铝酸钠溶液活性浸出，然后将其残渣与碱配制成生料浆进行烧结以回收铝灰中的氧化铝；该技术工艺较为复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化铝和其生产用混合熟料及其制备方法，以解决目前二次铝灰回收利用难、工艺复杂的问题。
本发明实施例提供一种氧化铝生产用混合熟料的制备方法，所述方法包括：
将二次铝灰、工业纯碱和含钙粉末进行混合，获得铝灰生料，所述含钙粉末为石灰粉或石灰石粉；
将所述铝灰生料进行干压，获得生料球；
将所述生料球送入窑尾进行烧结，获得混合熟料。
可选的，控制所述二次铝灰、所述工业纯碱和所述含钙粉末的混合比例，使得所述铝灰生料的钙硅摩尔比为1.75～2.25。
可选的，控制所述二次铝灰、所述工业纯碱和所述含钙粉末的混合比例，使得所述铝灰生料的钙氟摩尔比为0.05～1.15。
可选的，控制所述二次铝灰、所述工业纯碱和所述含钙粉末的混合比例，使得所述铝灰生料的碱比为0.75～1.25。
可选的，所述生料球的强度为5～100N/个。
可选的，所述烧结中，将所述生料球和熟料窑烧结法的生料进行混合烧结，以重量计，所述生料球占熟料窑烧结法的生料的0.1％-100％。
可选的，所述烧结产生的烟气中F的重量含量≤3mg/NM3。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种氧化铝生产用混合熟料，所述混合熟料采用如上所述的氧化铝生产用混合熟料的制备方法制得，所述混合熟料产生的赤泥的浸出液中F-的重量含量≤10mg/L，所述混合熟料产生的赤泥的浸出液中CN-的重量含量≤0.5mg/L。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种氧化铝的制备方法，所述方法包括：
将如上所述混合熟料进行氧化铝烧结，获得氧化铝。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种氧化铝，所述氧化铝采用如上所述的氧化铝的制备方法制得。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的氧化铝生产用混合熟料的制备方法，方法包括：将二次铝灰、工业纯碱和含钙粉末进行混合，获得铝灰生料，所述含钙粉末为石灰粉或石灰石粉；将所述铝灰生料进行干压，获得生料球；将所述生料球送入窑尾进行烧结，获得混合熟料；采用一步法烧结，工艺简单；铝灰干法配料、成型烧结，熟料烧结能耗低；铝灰与纯碱、石灰等配料后，固氟效果好，氧化铝和氧化钠的回收率高。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的方法的框图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种氧化铝生产用混合熟料的制备方法，所述方法包括：
S1.将二次铝灰、工业纯碱和含钙粉末进行混合，获得铝灰生料，所述含钙粉末为石灰粉或石灰石粉；二次铝灰的粒度为+100目≤15％；以质量计，石灰粉的主要成分包括CaO≥80％、MgO≤3％，石灰石粉为干燥的石灰石粉，其水分重量含量≤0.5％；以质量计，石灰石粉的主要成分包括CaO≥50％、MgO≤1％。
作为一种可选的实施方式，控制铝灰、工业纯碱和石灰粉或干燥的石灰石粉所采用的配比，使得铝灰生料钙硅摩尔比〔C/S〕＝1.75～2.25，钙氟摩尔比〔C/F〕＝0.05～1.15，碱比〔R〕＝0.75～1.25。
控制铝灰生料钙硅摩尔比〔C/S〕＝1.75～2.25的原因是为了将二次铝灰中的SiO2转化为2CaO·SiO2在后续溶出过程中进入赤泥，该比例取值过大或过小均降低熟料的氧化钠和氧化铝溶出率，且过大时溶出赤泥不易沉降。
控制钙氟摩尔比〔C/F〕＝0.05～1.15的原因是将二次铝灰中的F在烧结过程转化为CaF等稳定的氟化物，使其不在熟料烧结和溶出过程发生反应，该比例取值过大的不利影响是会降低熟料的氧化铝和氧化钠溶出率，同时影响赤泥沉降，过小的不利影响是不能完全使F转化为稳定的氟化物。
控制碱比〔R〕＝0.75～1.25的原因是保证二次铝灰中的Al在烧结过程尽可能地转化为水溶性铝酸钠，该比例取值过大的不利影响是会影响赤泥沉降甚至造成赤泥膨胀，过小的不利影响是会降低熟料氧化铝溶出率。
通过混合铝灰、工业纯碱和石灰实现固氟的机理在于将二次铝灰中的F在烧结过程转化为CaF等稳定的氟化物，使其不在熟料烧结和溶出过程发生反应。
S2.将所述铝灰生料进行干压，获得生料球；
作为一种可选的实施方式，采用干压成球机得到的生料球强度5～100N/个。
控制生料球强度为5～100N/个的原因是保证生料球团在回转窑加热烧结过程中不致粉化，该强度取值过大的不利影响是对干压机压力有更高的要求，设备成本高，过小的不影响是将造成生料球团在入窑前输送过程破损或未产生烧结强度时破损。
S3.将所述生料球送入窑尾进行烧结，获得混合熟料。
具体而言，烧结的温度为1100℃-1300℃，烧结的时间为60min-120min，。
为了利用现有烧结法熟料窑协同处置二次铝灰，本实施例中，将合格生料球按照熟料窑烧结法生料量的一定比例喂入窑尾，具体而言，生料球占入窑烧结法生料量的0.1～100％(100％是指可以单独在熟料窑中烧结该铝灰生料球)。
采用以上设计，混和熟料烧结产生的烟气中F≤3mg/NM3，烧结得到混合熟料进入现有的熟料溶出及其后续流程，具体而言，后续流程包括赤泥沉降分离与洗涤，不需要专门处理。
混合熟料产生的赤泥浸出毒性F-≤10mg/L、CN-≤0.5mg/L。
S4.将混合熟料进行氧化铝烧结，获得氧化铝。下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的氧化铝和其生产用混合熟料及其制备方法进行详细说明。
需要说明的是以下实施例和对比例所用到的铝灰为山西某厂的二次铝灰，其粒度为+100目13.85％，含F、Al和Si分别为2.65％、48.62％和5.76％。
实施例1
一种铝灰无害化和资源化回收利用的方法，其生产过程的步骤包括：
(1)将达到细度要求的铝灰、工业纯碱和石灰粉或干燥的石灰石粉按照一定的比例混合均匀，形成铝灰生料；以山西某厂二次铝灰为例，铝灰、纯碱和石灰配比按照〔C/S〕1.75，〔C/F〕＝1.15，碱比〔R〕＝0.75配料；
(2)将合格生料采用干压压球机成球，形成生料球；生料球强度10N/个；
(3)将合格生料球按照熟料窑烧结法生料量的一定比例喂入窑尾，与烧结法生料一起烧结得到混合熟料；铝灰生料占入窑生料0.1％；
(4)混合熟料按照烧结法生产氧化铝流程运行。
实施例2
一种铝灰无害化和资源化回收利用的方法，其生产过程的步骤包括：
(1)将达到细度要求的铝灰、工业纯碱和石灰粉或干燥的石灰石粉按照一定的比例混合均匀，形成铝灰生料；以山西某厂二次铝灰为例，铝灰、纯碱和石灰配比按照〔C/S〕1.90，〔C/F〕＝1.05，碱比〔R〕＝0.91配料；
(2)将合格生料采用干压压球机成球，形成生料球；生料球强度16N/个；
(3)将合格生料球按照熟料窑烧结法生料量的一定比例喂入窑尾，与烧结法生料一起烧结得到混合熟料；铝灰生料占入窑生料2％；
(4)混合熟料按照烧结法生产氧化铝流程运行。
实施例3
一种铝灰无害化和资源化回收利用的方法，其生产过程的步骤包括：
(1)将达到细度要求的铝灰、工业纯碱和石灰粉或干燥的石灰石粉按照一定的比例混合均匀，形成铝灰生料；以山西某厂二次铝灰为例，铝灰、纯碱和石灰配比按照〔C/S〕1.95，〔C/F〕＝0.75，碱比〔R〕＝0.98配料；
(2)将合格生料采用干压压球机成球，形成生料球；生料球强度32N/个；
(3)将合格生料球按照熟料窑烧结法生料量的一定比例喂入窑尾，与烧结法生料一起烧结得到混合熟料；铝灰生料占入窑生料5％；
(4)混合熟料按照烧结法生产氧化铝流程运行。
实施例4
一种铝灰无害化和资源化回收利用的方法，其生产过程的步骤包括：
(1)将达到细度要求的铝灰、工业纯碱和石灰粉或干燥的石灰石粉按照一定的比例混合均匀，形成铝灰生料；以山西某厂二次铝灰为例，铝灰、纯碱和石灰配比按照〔C/S〕2.01，〔C/F〕＝0.42，碱比〔R〕＝0.99配料；
(2)将合格生料采用干压压球机成球，形成生料球；生料球强度41N/个；
(3)将合格生料球按照熟料窑烧结法生料量的一定比例喂入窑尾，与烧结法生料一起烧结得到混合熟料；铝灰生料占入窑生料15％；
(4)混合熟料按照烧结法生产氧化铝流程运行。
实施例5
一种铝灰无害化和资源化回收利用的方法，其生产过程的步骤包括：
(1)将达到细度要求的铝灰、工业纯碱和石灰粉或干燥的石灰石粉按照一定的比例混合均匀，形成铝灰生料；以山西某厂二次铝灰为例，铝灰、纯碱和石灰配比按照〔C/S〕2.18，〔C/F〕＝0.12，碱比〔R〕＝1.18配料；
(2)将合格生料采用干压压球机成球，形成生料球；生料球强度68N/个；
(3)将合格生料球按照熟料窑烧结法生料量的一定比例喂入窑尾，与烧结法生料一起烧结得到混合熟料；铝灰生料占入窑生料30％；
(4)混合熟料按照烧结法生产氧化铝流程运行。
实施例6
一种铝灰无害化和资源化回收利用的方法，其生产过程的步骤包括：
(1)将达到细度要求的铝灰、工业纯碱和石灰粉或干燥的石灰石粉按照一定的比例混合均匀，形成铝灰生料；以山西某厂二次铝灰为例，铝灰、纯碱和石灰配比按照〔C/S〕2.25，〔C/F〕＝0.05，碱比〔R〕＝1.18配料；
(2)将合格生料采用干压压球机成球，形成生料球；生料球强度68N/个；
(3)将合格生料球按照熟料窑烧结法生料量的一定比例喂入窑尾，与烧结法生料一起烧结得到混合熟料；铝灰生料占入窑生料100％；
(4)混合熟料按照烧结法生产氧化铝流程运行。
对比例1
一种铝灰无害化和资源化回收利用的方法，其生产过程的步骤包括：
(1)将达到细度要求的铝灰、工业纯碱和石灰粉或干燥的石灰石粉按照一定的比例混合均匀，形成铝灰生料；以山西某厂二次铝灰为例，铝灰、纯碱和石灰配比按照〔C/S〕＝1.70，〔C/F〕＝0.01，碱比〔R〕＝1.0配料；
(2)将合格生料采用干压压球机成球，形成生料球；生料球强度60N/个；
(3)将合格生料球按照熟料窑烧结法生料量的一定比例喂入窑尾，与烧结法生料一起烧结得到混合熟料；铝灰生料占入窑生料100％。
对比例2
一种铝灰无害化和资源化回收利用的方法，其生产过程的步骤包括：
(1)将达到细度要求的铝灰、工业纯碱和石灰粉或干燥的石灰石粉按照一定的比例混合均匀，形成铝灰生料；以山西某厂二次铝灰为例，铝灰、纯碱和石灰配比按照〔C/S〕＝1.70，〔C/F〕＝0.02，碱比〔R〕＝1.30配料；
(2)将合格生料采用干压压球机成球，形成生料球；生料球强度80N/个；
(3)将合格生料球按照熟料窑烧结法生料量的一定比例喂入窑尾，与烧结法生料一起烧结得到混合熟料；铝灰生料占入窑生料100％。
对比例3
一种铝灰无害化和资源化回收利用的方法，其生产过程的步骤包括：
(1)将达到细度要求的铝灰、工业纯碱和石灰粉或干燥的石灰石粉按照一定的比例混合均匀，形成铝灰生料；以山西某厂二次铝灰为例，铝灰、纯碱和石灰配比按照〔C/S〕＝2.30，〔C/F〕＝0.03，碱比〔R〕＝0.70配料；
(2)将合格生料采用干压压球机成球，形成生料球；生料球强度80N/个；
(3)将合格生料球按照熟料窑烧结法生料量的一定比例喂入窑尾，与烧结法生料一起烧结得到混合熟料；铝灰生料占入窑生料100％。
实验例
将实施例1-6和对比例1-3制得的产品进行检测，结果如下表所示：
Figure BDA0003234089880000071
Figure BDA0003234089880000081
由上表可得，采用本发明实施例提供的方法回收二次铝灰，其固氟效果好，氧化铝和氧化钠的回收率高，通过对比例和实施例的比较可知，当〔C/S〕、〔C/F〕和〔R〕超出本发明范围时，固氟效果较差，氧化铝和氧化钠的回收率也明显降低。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本发明实施例提供的方法采用一步法烧结，工艺简单；
(2)本发明实施例提供的方法通过铝灰干法配料、成型烧结，熟料烧结能耗低；
(3)本发明实施例提供的方法在铝灰与纯碱、石灰等配料后，固氟效果好，氧化铝和氧化钠的回收率高。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种氧化铝生产用混合熟料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将二次铝灰、工业纯碱和含钙粉末进行混合，获得铝灰生料，所述含钙粉末为石灰粉或石灰石粉；
将所述铝灰生料进行干压，获得生料球；
将所述生料球送入窑尾进行烧结，获得混合熟料。
2.根据权利要求1所述的氧化铝生产用混合熟料的制备方法，其特征在于，控制所述二次铝灰、所述工业纯碱和所述含钙粉末的混合比例，使得所述铝灰生料的钙硅摩尔比为1.75～2.25。
3.根据权利要求1所述的氧化铝生产用混合熟料的制备方法，其特征在于，控制所述二次铝灰、所述工业纯碱和所述含钙粉末的混合比例，使得所述铝灰生料的钙氟摩尔比为0.05～1.15。
4.根据权利要求1所述的氧化铝生产用混合熟料的制备方法，其特征在于，控制所述二次铝灰、所述工业纯碱和所述含钙粉末的混合比例，使得所述铝灰生料的碱比为0.75～1.25。
5.根据权利要求1所述的氧化铝生产用混合熟料的制备方法，其特征在于，所述生料球的强度为5～100N/个。
6.根据权利要求1所述的氧化铝生产用混合熟料的制备方法，其特征在于，所述烧结中，将所述生料球和熟料窑烧结法的生料进行混合烧结，以重量计，所述生料球占熟料窑烧结法的生料的0.1％-100％。
7.根据权利要求1所述的氧化铝生产用混合熟料的制备方法，其特征在于，所述烧结产生的烟气中F的重量含量≤3mg/NM3。
8.一种氧化铝生产用混合熟料，其特征在于，所述混合熟料采用如权利要求1至7中任意一项所述的氧化铝生产用混合熟料的制备方法制得，所述混合熟料产生的赤泥的浸出液中F-的重量含量≤10mg/L，所述混合熟料产生的赤泥的浸出液中CN-的重量含量≤0.5mg/L。
9.一种氧化铝的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将如权利要求8所述混合熟料进行氧化铝烧结，获得氧化铝。
10.一种氧化铝，其特征在于，所述氧化铝采用如权利要求9所述的氧化铝的制备方法制得。
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