CN114044685B - 一种基于球团法利用铝灰生产高铝无机材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于球团法利用铝灰生产高铝无机材料的方法，包括：将铝灰、添加剂和粘结剂进行混料，制得混匀料；将混匀料进行造球，制得预设粒度的生球；将生球依次经烘干、预热后，置于强氧化性气氛中进行富氧煅烧，冷却后的焙烧产物即为高铝无机材料；煅烧过程中产生的集尘灰依次经洗涤、蒸发结晶，制得复合盐。本发明的流程短、杂质去除率高、产品附加值高，同时，其一方面能够减轻铝灰的环境危害，另一方面可以充分利用铝灰中的有价成分，实现废弃铝灰的高值利用。

Description

一种基于球团法利用铝灰生产高铝无机材料的方法
技术领域
本发明涉及危险废物资源化和钢铁冶金技术领域，具体涉及一种基于球团法利用铝灰生产高铝无机材料的方法。
背景技术
铝灰是电解铝、铸造铝、再生铝冶金熔融过程中产生的含铝废渣，主要由金属铝及其氧化物、氮化铝、其它金属氧化物、无机盐和电解质等组成，其有价成分很高，具有较高的经济价值。铝灰中的氮化铝在潮湿的环境下易产生具有刺激性气味的氨气，可溶出的氟化物和重金属会对人体和周边环境造成影响，目前对铝灰的产生环节进行了细分，进一步明确了铝灰的危险特性和属性，导致铝灰的处置需求在短时间内急剧增加。
近年来，我国耐材市场的需求量和产量不断增加，而作为主要原料的优质铝矾土矿资源则相对缺乏，导致耐材行业原材料价格不断上涨，生产成本上升，亟需拓展新的原料来源。同时，铝灰中的主要成分为氧化铝，可以作为生产耐火材料的潜在原料。若能以铝灰为原料制备耐材原料，一方面可以减轻铝灰的环境危害，充分利用铝灰中的有价成分，另一方面可以拓宽耐火材料的原料来源。
目前，国内利用铝灰生产耐材原料已有部分研究，但其工业化处置技术仍存在很多问题，主要问题如下：
1、高温处理工艺比较复杂，铝灰的粒级过细，不适合直接入炉，解决铝灰与炉窑的适应性是该领域的主要问题之一；
2、部分工艺产品附加值低，未能充分利用铝灰中的有价成分；
3、部分工艺流程过长，能耗高，不适合工业化生产；
4、铝灰含盐量较高，高温处理过程中产生的烟气是其核心问题之一，需要确定合理的工艺及设备路线，完善其工业化处置技术。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于球团法利用铝灰生产高铝无机材料的方法，其流程短、杂质去除率高、产品附加值高，同时，其一方面能够减轻铝灰的环境危害，另一方面可以充分利用铝灰中的有价成分，实现废弃铝灰的高值利用。
本发明公开了一种基于球团法利用铝灰生产高铝无机材料的方法，包括：
将铝灰、添加剂和粘结剂进行混料，制得混匀料；
将所述混匀料进行造球，制得预设粒度的生球；
将所述生球依次经烘干、预热后，置于强氧化性气氛中进行富氧煅烧，冷却后的焙烧产物即为高铝无机材料；
煅烧过程中产生的集尘灰依次经洗涤、蒸发结晶，制得复合盐。
作为本发明的进一步改进，在制备所述混匀料时，还加入所述集尘灰经所述洗涤后而产生的回用料。
作为本发明的进一步改进，所述高铝无机材料用于制备高铝砖、耐火保温砖和刚玉，所述复合盐用于作为铝加工的助熔剂。
作为本发明的进一步改进，所述添加剂为焦炭和碳酸铵，焦炭或碳酸铵的添加量为所述混匀料质量的2.0~5.0％。
作为本发明的进一步改进，所述粘结剂包括膨润土、活化淀粉和羧甲基纤维素钠中的至少一种，添加量为所述混匀料质量的2.0~10.0％。
作为本发明的进一步改进，所述混料过程采用先干混后湿混的方式，干混时间为2~5min，湿混时间为5~10min。
作为本发明的进一步改进，所述生球的粒径为8~10mm，落下强度不低于4次/个，抗压强度不低于8N/个。
作为本发明的进一步改进，所述烘干过程的条件为：采用富氧煅烧过程中产生的烟气余热进行烘干，烘干温度为100~300℃，烘干时间为5~10min。
作为本发明的进一步改进，所述预热过程的条件为：预热温度为800~900℃，预热时间为10~30min。
作为本发明的进一步改进，所述富氧煅烧过程的条件为：煅烧温度为1200~1300℃，时间为60~120min，富氧的氧含量控制为20～40%。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明采用球团法的方式解决铝灰粒级过细、不适合直接入炉的问题，通过适宜的配料、混匀、制粒方式，制得水分、强度合格的生球，再进行生球的预热、煅烧，通过一系列技术措施，解决铝灰团块强度低、粉化结圈严重的问题，进而解决铝灰与冶金炉窑的适应性问题；
2、本发明采用两步法脱出杂质成分，通过预热段除氮，富氧煅烧段脱除氟、氯、钾、钠，脱除效率更高，也更利于三氧化二铝物相的形成；
3、本发明制备的高铝质球团主要成分为三氧化二铝，粒度均匀，强度较高，可以直接用于制备高铝砖、耐火保温砖，也可以直接进入耐火材料的电炉熔炼，减少了后续重复破碎筛分的工艺环节，降低了生产成本；
4、本发明给出了较完整的高盐烟气处理工艺路线，煅烧过程中产生的集尘灰，洗涤产生的底渣作为回用料返回到混料环节，洗涤后的含氟盐水通过蒸发结晶产生的复合盐可以作为铝加工的助熔剂。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的基于球团法利用铝灰生产高铝无机材料的方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图1所示，本发明提供一种基于球团法利用铝灰生产高铝无机材料的方法，包括：
步骤1、将铝灰、添加剂和粘结剂进行混料，制得混匀料；或者，将铝灰、添加剂、粘结剂和回用料进行混料，制得混匀料；
其中，
铝灰在使用前进行筛选，平均粒度为200目；
添加剂为焦炭和碳酸铵，焦炭或碳酸铵的添加量为混匀料或铝灰质量的2.0~5.0％；进一步，焦炭主要性质如下：粒度10mm以下，干燥无污染，固定炭≥85%，挥发分＜2%，灰分＜10%，水分＜2%；碳酸铵为分析纯；
粘结剂包括膨润土、活化淀粉和羧甲基纤维素钠等有机粘结剂中的至少一种，粘结剂的添加量为混匀料或铝灰质量的2.0~10.0％；
回用料为高温煅烧产生的烟气集尘灰经洗涤后而产生的回用料；
混料过程采用先干混后湿混的方式，干混时间为2~5min，优选为3min，湿混时间为5~10min，优选为8min；混料过程注意通风，避免氨气聚集；
本发明通过上述配料可制得化学成分和物理性质稳定的混匀料（焙烧物料），通过混料使成分均匀，具有适宜的水分、混匀粒度和空隙率，以达到最优的焙烧气氛。
步骤2、将混匀料进行造球，制得预设粒度的生球；
其中，
造球过程中采用的专用设备为圆盘造球机或压球机；
制得的生球的粒径为8~10mm，落下强度不低于4次/个，抗压强度不低于8N/个；
一种实施例，具体包括为：将混匀后的混合料进行造球，造球设备为圆盘造球机，圆盘直径1000mm，边高210mm，倾角45°，调整滚球机转速21.5r/min，造好的生球经筛分后，随机取粒度为8mm-10mm的生球进行生球落下强度、生球抗压强度检测。
步骤3、将生球依次经烘干、预热后，置于强氧化性气氛中进行富氧煅烧，冷却后的焙烧产物即为高铝无机材料，高铝无机材料用于制备高铝砖、耐火保温砖和刚玉等；
其中，
烘干过程的条件为：采用富氧煅烧过程中产生的烟气余热进行烘干，烘干温度为100~300℃，烘干时间为5~10min；用于脱除球团内的水分，使球团形成初期强度；
预热过程的条件为：预热温度为800~900℃，预热时间为10~30min；优选在空气气氛中进行氧化焙烧，主要目的是使铝灰中金属铝、氮化铝进行物相转变为活性三氧化二铝，并排除N2，同时脱除粘结剂，使球团强度增大；
富氧煅烧过程的条件为：煅烧温度为1200~1300℃，时间为60~120min，富氧的氧含量控制为20～40%；主要目的是在高温及强氧化气氛中脱除铝灰中的氯化钠、氯化钾及氟化物，降低铝灰中的杂质成分，同时促使三氧化二铝物相转变。
进一步，烘干、预热焙烧设备采用链蓖机-回转窑、带式焙烧机、竖炉中至少一种；优选的选用相对静态的焙烧设备，以降低球团的扰动，减少粉化结圈的问题。
步骤4、煅烧过程中产生的集尘灰进行洗涤，洗涤后的回用料用于混料，洗涤后的含氟废水进行蒸发结晶，制得可作为铝加工的助熔剂的复合盐。
实施例1：
以四川某地的铝灰为原料，铝以氧化物计，其化学成分如表1所示。
表1
Figure 49038DEST_PATH_IMAGE001
将铝灰配入各种物料充分混合形成混匀料，其中膨润土添加量为3.0％，焦炭添加量为3.0％，碳酸铵添加量为5.0％，在圆盘造球机制成粒度为8mm~10mm的生球，将合格的生球烘干后在卧式管炉中进行预热和焙烧试验；预热温度为850℃，时间为30min，预热气氛为空气；富氧焙烧温度为1250℃，时间为90min，焙烧气氛氧含量为30%；
试验中得到的生球落下强度为5.2次/个，生球抗压强度为11.0N/个；预热球团抗压强度为510N/个；焙烧球团抗压强度为2200N/个，其主要成分：Al2O3∶78.47%，MgO∶10.02%，SiO2∶1.89%，CaO∶0.87%，Fe2O3∶0.77%，TiO2∶0.33%，K2O∶0.21%，Na2O：2.29%，Cl：0.06%；将制备得到的高铝球团破碎后进行毒性浸出实验，氟的浸出浓度为0.78mg/L，远低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》中规定的100mg/L。
实施例2：
以广东某地的铝灰为原料，铝以氧化物计，其化学成分如表2所示。
表2
Figure 639289DEST_PATH_IMAGE002
将铝灰配入各种物料充分混合形成混匀料，其中膨润土添加量为3.0％，焦炭添加量为3.0％，碳酸铵添加量为5.0％，在圆盘造球机制成粒度为8mm-10mm的生球，将合格的生球烘干后在卧式管炉中进行预热和焙烧试验；预热温度为850℃，时间为30min，预热气氛为空气；富氧焙烧温度为1250℃，时间为90min，焙烧气氛氧含量为30%；
试验中得到的生球落下强度为4.3次/个，生球抗压强度为9.6N/个；预热球团抗压强度为410N/个；焙烧球团抗压强度为1960N/个，其主要成分：Al2O3∶73.21%，MgO∶8.64%，SiO2∶7.48%，CaO∶1.30%，Fe2O3∶1.89%，TiO2∶0.54%，K2O∶0.46%，Na2O：1.52%，Cl：0.13%；将制备得到的高铝球团破碎后进行毒性浸出实验，氟的浸出浓度为0.54mg/L，远低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》中规定的100mg/L。
实施例3：
以河南某地的铝灰为原料，铝以氧化物计，其化学成分如表3所示。
表3
Figure 881920DEST_PATH_IMAGE003
将铝灰配入各种物料充分混合形成混匀料，其中膨润土添加量为3.0％，焦炭添加量为3.0％，碳酸铵添加量为5.0％，在圆盘造球机制成粒度为8mm-10mm的生球，将合格的生球烘干后在卧式管炉中进行预热和焙烧试验；预热温度为850℃，时间为30min，预热气氛为空气；富氧焙烧温度为1250℃，时间为90min，焙烧气氛氧含量为30%；
试验中得到的生球落下强度为5.6次/个，生球抗压强度为11.2N/个；预热球团抗压强度为540N/个；焙烧球团抗压强度为2320N/个，其主要成分：Al2O3∶82.14%，MgO∶1.12%，SiO2∶2.7%，CaO∶0.93%，Fe2O3∶0.83%，TiO2∶0.64%，K2O∶0.42%，Na2O：2.70%，Cl：0.05%；将制备得到的高铝球团破碎后进行毒性浸出实验，氟的浸出浓度为0.84mg/L，远低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》中规定的100mg/L。
本发明的优点为：
1、本发明采用球团法的方式解决铝灰粒级过细、不适合直接入炉的问题，通过适宜的配料、混匀、制粒方式，制得水分、强度合格的生球，再进行生球的预热、煅烧，通过一系列技术措施，解决铝灰团块强度低、粉化结圈严重的问题，进而解决铝灰与冶金炉窑的适应性问题；
2、本发明采用两步法脱出杂质成分，通过预热段除氮，富氧煅烧段脱除氟、氯、钾、钠，脱除效率更高，也更利于三氧化二铝物相的形成；
3、本发明制备的高铝质球团主要成分为三氧化二铝，粒度均匀，强度较高，可以直接用于制备高铝砖、耐火保温砖，也可以直接进入耐火材料的电炉熔炼，减少了后续重复破碎筛分的工艺环节，降低了生产成本；
4、本发明给出了较完整的高盐烟气处理工艺路线，煅烧过程中产生的集尘灰，洗涤产生的底渣作为回用料返回到混料环节，洗涤后的含氟盐水通过蒸发结晶产生的复合盐可以作为铝加工的助熔剂。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于球团法利用铝灰生产高铝无机材料的方法，其特征在于，包括：
将铝灰、添加剂和粘结剂进行混料，制得混匀料；
将所述混匀料进行造球，制得预设粒度的生球；其中，所述生球的粒径为8~10mm，落下强度不低于4次/个，抗压强度不低于8N/个；
将所述生球依次经烘干、预热后，置于强氧化性气氛中进行富氧煅烧，冷却后的焙烧产物即为高铝无机材料；其中，采用富氧煅烧过程中产生的烟气余热进行烘干，烘干温度为100~300℃，烘干时间为5~10min；所述预热过程的条件为：预热温度为800~900℃，预热时间为10~30min，预热气氛为空气；所述富氧煅烧过程的条件为：煅烧温度为1200~1300℃，时间为60~120min，富氧的氧含量控制为30～40%；
煅烧过程中产生的集尘灰依次经洗涤、蒸发结晶，制得复合盐；
其中，在制备所述混匀料时，还加入所述集尘灰经所述洗涤后而产生的回用料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高铝无机材料用于制备高铝砖、耐火保温砖和刚玉，所述复合盐用于作为铝加工的助熔剂。
3.如权利要求1~2中任一项所述的方法，其特征在于，所述添加剂为焦炭和碳酸铵，焦炭或碳酸铵的添加量为所述混匀料质量的2.0~5.0％。
4.如权利要求1~2中任一项所述的方法，其特征在于，所述粘结剂包括膨润土、活化淀粉和羧甲基纤维素钠中的至少一种，添加量为所述混匀料质量的2.0~10.0％。
5.如权利要求1~2中任一项所述的方法，其特征在于，所述混料过程采用先干混后湿混的方式，干混时间为2~5min，湿混时间为5~10min。
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