CN114273382B - 一种二次铝灰无害化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种二次铝灰无害化处理方法，其解决了现有二次铝灰处理方法存在污染大、不安全的技术问题，(1)水解：将二次铝灰加入一定量的水中，加入碳酸钙，进行氮化铝的水解反应，得到二次铝灰浆液；(2)酸化：将所述步骤(1)的二次铝灰浆液里加入稀硫酸行酸化反应，将金属铝和氧化铝转化为硫酸铝；(3)碱化：酸化反应完成后，再加入消石灰，利用钙离子去除硫酸根离子和氟离子，形成不可溶性的硫酸钙和氟化钙，在溶液pH值为9‑11的环境下，将酸化产生的铝离子形成氢氧化铝沉淀，得到固体废料；(4)固化：取一定量的水泥对步骤(3)中的固体废料进行固化处理，养护、检测后，填埋处置。本发明可广泛应用于危险废物处理技术领域。
Description
技术领域
本申请属于危险废物处置技术领域，更具体地说，是涉及一种二次铝灰无害化处理方法。
背景技术
山东是铝业发展大省，在全国氧化铝、铝锭产量享有举足轻重的地位，近年来更是发展稳中有进。
二次铝灰是一次铝灰提取金属铝后的剩余物。根据铝灰的处理过程可将铝灰分为一次铝灰和二次铝灰。一次铝灰为具有金属铝提取价值的铝灰，一般为灰白色，其主要成分是金属铝、氧化铝和冶炼过程中添加的部分盐类，铝的含量一般为15％～50％。二次铝灰则一般为灰黑色，是一次铝灰提铝后的剩余物，主要成分为铝(5～20％)、氧化铝(30 70％)、盐类(10～30％)以及其它组分。
二次铝灰的特点集中体现在以下三个方面：一是内含氟、氮等有毒有害物质，这是二次铝灰定性为危险固废的根本原因所在。铝灰中的氮化铝中的氮遇水生成氨产生的恶臭味是外在影响环保的最主要的动因，人们对铝灰的厌恶皆源于此。二是铝灰内所含的主要物质为金属铝、氧化铝、电解质等等，且价值颇高，金属铝现单价一万四千余元，氧化铝单价三千多元；三是二次铝灰数量较大，最具特点，处置亦最棘手。现有工艺中，先对二次铝灰进行高效水解，然后对水解后的固体废渣进行煅烧处理，收集产物氧化铝，作为仿古砖或耐火材料等原料，最后，处理水解废液，通过浓缩结晶回收催化剂，蒸干废液，收集氯化钠和氯化钾混合物，制成熔铝精炼剂。
现有工作人员一般采用直接填埋或者稳/固化后填埋的处理方法；若采用直接填埋的处理方法，会存在以下缺点：部分铝灰热值非常高、填埋后存在填埋场发生火灾的风险；铝灰大部分为飞灰状，填埋场扬尘控制难度大；填埋后，若有渗滤液接与铝灰接触，会放热、产生大量氨气、氢气等易燃易爆气体，不仅会有可能引发火灾，还会引起渗滤液氨氮变高，气体污染严重；部分铝灰盐含量高/氟化物含量高，直接填埋对环境污染严重。
若采用稳/固化后填埋的处理方法，会存在以下缺点：稳固化过程中，铝灰遇水放热、并放出大量氨气、氢气等易燃易爆、刺激性气体，作业设备、作业人员、作业空间风险非常大；固化后填埋的铝灰，遇水后，依旧会放热、产生大量氨气、氢气等易燃易爆气体的风险，引起渗滤液氨氮变高，气体污染严重。
发明内容
本发明就是为了解决上述背景的不足，提供了一种方法简单、无毒无害安全环保的二次铝灰无害化处理方法。
为此，本发明提供了一种二次铝灰无害化处理方法，其具体步骤如下：
(1)水解：将二次铝灰加入一定量的水中，加入碳酸钙，进行氮化铝的水解反应，得到二次铝灰浆液：
(2)酸化：将所述步骤(1)的二次铝灰浆液里加入稀硫酸行酸化反应，将金属铝和氧化铝转化为硫酸铝；
(3)碱化：酸化反应完成后，再加入消石灰，利用钙离子去除硫酸根离子和氟离子，形成不可溶性的硫酸钙和氟化钙，在溶液pH值为9-11的环境下，将酸化产生的铝离子形成氢氧化铝沉淀，得到固体废料；
(4)固化：取一定量的水泥对步骤(3)中的固体废料进行固化处理，养护、检测合格后，填埋处置。
优选的，步骤(1)的水解反应中，水与二次铝灰的质量比为0.5-1:1，碳酸钙与二次铝灰的质量比为0.1-0.15:1。
优选的，步骤(1)中，水解反应温度为15-35℃，水解反应时间为8-12h。
优选的，步骤(1)中，水解反应产生的氨气通过氨气吸收塔，吸收成为氨水。
优选的，步骤(2)中，所述稀硫酸的浓度为16-20％，所述稀硫酸与二次铝灰的质量比为0.15-0.3:1。
优选的，步骤(2)中，酸化反应的温度为15-35℃，酸化反应时间为3-5h。
优选的，步骤(3)中，消石灰与二次铝灰的质量比为0.05-0.2:1。
优选的，步骤(3)中，反应温度为25-50℃，反应时间为1-2h。
优选的，步骤(4)中，水泥与二次铝灰的质量比为0.1-0.15:1。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的二次铝灰无害化处理方法中，在碳酸钙的作用下，铝灰的水解相对彻底，铝灰中氮化铝的分解率高，且分解产生的氨气，利用吸收塔转化为氨水，可以回收利用。利用酸化剂稀硫酸，不仅能将金属铝和氧化铝转变为硫酸铝；利用碱性药剂消石灰，将钙离子分别与硫酸根离子和负离子结合生成不可溶性的硫酸钙和氟化钙，并在碱性环境下将铝离子形成氢氧化铝沉淀。再利用水泥将其中的水溶性盐和有机物质固化处理，最终得到环保无害的固体废物，与现有的二次铝灰处理工艺相比，能够将二次铝灰中进行彻底地无害化处理，安全环保，简单经济，适应于工业化生产。
(2)本发明的二次铝灰无害化处理方法中，经过处理后的物质既不仅可以作为一般固体废物处置，而且也可以作为离子膜烧碱的使用原料，其经济效益高。本发明的不仅工艺流程简单、反应条件温、能够在保证无害化处置的前提下，降低处置成本、简化处置工艺，降低了后续废物的处置难度。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
实施例1一种二次铝灰无害化处理方法，具体步骤如下：
(1)水解：将200g二次铝灰加入100g溶剂水中，加入25g碳酸钙，进行水解反应，反应温度为35℃，反应时间为8h，得到二次铝灰浆液，氮化铝分解产生的氨气通过氨气吸收塔吸收，得到氨水，回收利用：
(2)酸化：将步骤(1)的二次铝灰浆液加入30g浓度为16％稀硫酸行酸化反应，反应温度为15℃，反应时间为5h，将金属铝和氧化铝转化为硫酸铝；
(3)碱化：酸化反应完成后，再加入10g消石灰，发生碱化反应，反应温度为50℃，反应时间为1h，利用钙离子去除多余的硫酸根离子和氟离子，形成不可溶性的盐硫酸钙和盐氟化钙，在溶液pH值为9-11的环境下，将铝离子形成氢氧化铝沉淀，得到固体废料；
(4)固化：取20g水泥对步骤(3)中的固体废料进行固化处理，养护、检测，检测数据如表1所示。
实施例2一种二次铝灰无害化处理方法，具体步骤如下：
(1)水解：将200g二次铝灰加入140g溶剂水中，加入20g碳酸钙，进行水解反应，反应温度为25℃，反应时间为10h，得到二次铝灰浆液，氮化铝分解产生的氨气通过氨气吸收塔吸收，得到氨水，回收利用：
(2)酸化：将步骤(1)的二次铝灰浆液加入40g浓度为17％稀硫酸行酸化反应，反应温度为25℃，反应时间为4h，将金属铝和氧化铝转化为硫酸铝；
(3)碱化：酸化反应完成后，再加入30g消石灰，发生碱化反应，反应温度为25℃，反应时间为2h，利用钙离子去除多余的硫酸根离子和氟离子，形成不可溶性的盐硫酸钙和盐氟化钙，在溶液pH值为9-11的环境下，将铝离子形成氢氧化铝沉淀，得到固体废料；
(4)固化：取25g水泥对步骤(3)中的固体废料进行固化处理，养护、检测，检测数据如表1所示。
实施例3一种二次铝灰无害化处理方法，具体步骤如下：
(1)水解：将200g二次铝灰加入200g溶剂水中，加入30g碳酸钙，进行水解反应，反应温度为15℃，反应时间为12h，得到二次铝灰浆液，氮化铝分解产生的氨气通过氨气吸收塔吸收，得到氨水，回收利用：
(2)酸化：将步骤(1)的二次铝灰浆液加入60g浓度为20％稀硫酸行酸化反应，反应温度为35℃，反应时间为3h，将金属铝和氧化铝转化为硫酸铝；
(3)碱化：酸化反应完成后，再加入40g消石灰，发生碱化反应，反应温度为40℃，反应时间为1.5h，利用钙离子去除多余的硫酸根离子和氟离子，形成不可溶性的盐硫酸钙和盐氟化钙，在溶液pH值为9-11的环境下，将铝离子形成氢氧化铝沉淀，得到固体废料；
(4)固化：取30g水泥对步骤(3)中的固体废料进行固化处理，养护、检测，检测数据如表1所示。
表1实施例1-3的检测数据汇总表
| 浸出pH值 | 水溶性盐(％) | 无机氟化物(mg/L) | 有机质(％) | |
| 实施例1 | 9.75 | 4.11 | 7.22 | 1.54 |
| 实施例2 | 10.94 | 1.28 | 14.74 | 2.3 |
| 实施例3 | 9.59 | 2.25 | 7.64 | 3.16 |
由表1可知，实施例1-3中的二次铝灰经过水解、酸化、碱化和固化处理后，其pH值、水溶性盐、无机氟化物和有机质的含量均符合国家标准，因此，经过本发明的无害化处理的二次铝灰，填埋处置即可。
本发明的二次铝灰无害化处理方法中，在碳酸钙的作用下，铝灰的水解相对彻底，铝灰中氮化铝的分解率高，且分解产生的氨气，利用吸收塔转化为氨水，可以回收利用。利用酸化剂稀硫酸，不仅能将金属铝和氧化铝转变为硫酸铝；利用碱性药剂10％氧化钙和90％消石灰的混合物，将钙离子分别与硫酸根离子和负离子结合生成不可溶性的硫酸钙和氟化钙，并在碱性环境下将铝离子形成氢氧化铝沉淀。再利用水泥将其中的水溶性盐和有机物质固化处理，最终得到环保无害的固体废物，与现有的二次铝灰处理工艺相比，能够将二次铝灰中进行彻底地无害化处理，安全环保，简单经济，适应于工业化生产。
本发明的二次铝灰无害化处理方法中，经过处理后的物质既不仅可以作为一般固体废物处置，而且也可以作为离子膜烧碱的使用原料，其经济效益高。本发明的不仅工艺流程简单、反应条件温、能够在保证无害化处置的前提下，降低处置成本、简化处置工艺，降低了后续废物的处置难度。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种二次铝灰无害化处理方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)水解：将二次铝灰加入一定量的水中，加入碳酸钙，进行氮化铝的水解反应，得到二次铝灰浆液，碳酸钙与二次铝灰的质量比为0.1-0.15:1：
(2)酸化：将所述步骤(1)的二次铝灰浆液里加入稀硫酸行酸化反应，将金属铝和氧化铝转化为硫酸铝，所述稀硫酸与二次铝灰的质量比为0.15-0.3:1；
(3)碱化：酸化反应完成后，再加入消石灰，利用钙离子去除硫酸根离子和氟离子，形成不可溶性的硫酸钙和氟化钙，在溶液pH值为9-11的环境下，将酸化产生的铝离子形成氢氧化铝沉淀，得到固体废料，消石灰与二次铝灰的质量比为0.05-0.2:1；
(4)固化：取一定量的水泥对步骤(3)中的固体废料进行固化处理，养护、检测合格后，填埋处置。
2.根据权利要求1所述的二次铝灰无害化处理方法，其特征在于：步骤(1)的水解反应中，水与二次铝灰的质量比为0.5-1:1。
3.根据权利要求1所述的二次铝灰无害化处理方法，其特征在于：步骤(1)中，水解反应温度为15-35℃，水解反应时间为8-12h。
4.根据权利要求1所述的二次铝灰无害化处理方法，其特征在于：步骤(1)中，水解反应产生的氨气通过氨气吸收塔，吸收成为氨水。
5.根据权利要求1所述的二次铝灰无害化处理方法，其特征在于：步骤(2)中，所述稀硫酸的浓度为16-20％。
6.根据权利要求1所述的二次铝灰无害化处理方法，其特征在于：步骤(2)中，酸化反应的温度为15-35℃，酸化反应时间为3-5h。
7.根据权利要求1所述的二次铝灰无害化处理方法，其特征在于：步骤(3)中，反应温度为25-50℃，反应时间为1-2h。
8.根据权利要求1所述的二次铝灰无害化处理方法，其特征在于：步骤(4)中，水泥与二次铝灰的质量比为0.1-0.15:1。
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