CN114888043B - 一种二次铝灰的处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种二次铝灰的处理方法及装置，所述方法包括：将二次铝灰与生料浆混合，得到铝灰料，其中，二次铝灰占生料浆重量的1‑10％；将二次铝灰、纯碱和石灰石粉混合并搅拌均匀，得到混合料；将混合料压制成球料；将球料经烘干、预热、分解、烧成工艺制成熟料。装置包括：分别与混料机连接的铝灰料仓、纯碱仓、石灰石粉仓，与混料机连接的混合仓，与混合仓连接的压球机，与压球机连接的密封仓，以及与密封仓连接的烧成窑。本发明提供一种回收利用率高、资源化程度高、环保效益高且节能省时的二次铝灰资源化利用的方法能够经济高效地处理电解铝产生的电解废弃物，有效利用其中含有的炭、铝和钠等成分，实现无害化、无残渣处理。

Description

一种二次铝灰的处理方法及装置
技术领域
本发明涉及冶金环保技术领域，具体涉及一种二次铝灰的处理方法及装置。
背景技术
随着金属铝应用范围的日益扩大，铝灰的产生量也将成比例增长，据统计，每生产1000kg铝，就会产生25-50kg的铝灰，全世界每年产生约500万吨的铝灰。铝灰的产生可以概括为两个环节：①在铝电解生产过程中，操作夹带、阳极更换、出铝、铸锭及电解槽大修时，都会产生一定量的铝灰，统计认为，一吨原铝产生15kg-50kg铝灰；②铝在消费应用过程中及再生过程中均会产生铝灰。由铝锭重熔、配制合金、浇铸到锻造、挤压、切削加工，都将产生铝渣铝灰，每吨铝加工应用全过程将产生30-40kg铝渣铝灰。另外，废铝再生回收过程中也会产生铝渣铝灰，再生1吨废铝将产生150-250kg铝灰。
根据铝含量不同，铝灰可以分为一次铝灰和二次铝灰：①一次铝灰：主要为金属铝和铝氧化物的混合物，铝含量可达15％～70％，在电解原铝及铸造等不添加盐熔剂过程中产生，呈灰白色，又称白铝灰；②二次铝灰：为经盐浴处理回收一次铝灰或铝合金精炼之后产生的混合物，因其固结成块状又被称为盐饼。主要成分包括金属铝、氧化铝和一定量的NaCl、KCl、氟化物等盐类。其金属铝含量较一次铝灰低。
目前，一次铝灰回收金属铝工艺成熟，金属铝回收率一般在70％以上。回收金属铝后的剩下的细灰称为二次铝灰，也称废铝灰。由于二次铝灰铝含量低，杂质成分复杂，处理成本高，综合利用困难。二次铝灰的环境危害性主要体现在以下三点：①铝灰中的氟化物浸出毒性氟化物含量≤100mg/L(小于、等于100毫克每升)超出《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》标准(100mg/L)，腐蚀性pH较高，部分会超过《危险废物鉴别标准腐蚀性鉴别》的标准(12.5)，直接堆存会导致周边地下水和土壤pH升高，并引起氟污染；②铝灰中含氮化铝、金属铝、碳化铝等，遇水会释放大量氨气，并产生氢气、甲烷、硫化氢等易燃易爆气体，污染大气环境，存在安全隐患；③铝灰中含有大量的可溶性盐(氯化盐和氟化盐)，溶解渗出积聚会导致土壤盐碱化和水体污染。
目前国内铝生产和加工产生的一次铝灰由于其中的金属铝含量较高，具有经济价值，为企业重视和回收处理，而二次铝灰作为一次铝灰提铝后的剩余物，且由于缺乏技术上先进、成熟，经济上投资少、效益高的处置项目和工艺，多数二次铝灰被直接弃掉，既造成了资源的浪费，又污染了环境。若能将二次铝灰中的其它成分浸出，最大限度的进行利用，并将其制备成高附加值的新材料，即能实现铝灰的循环利用。然而，当前国内的铝灰处理基本上都是小作坊，回收方法简单，都是敞开式作业，产生大量的灰尘，氟化盐产生大量的烟雾，污染严重，虽然铝被回收利用，但是氧化铝和氟化盐等其它成分都被当做废料抛掉，不能循环利用。
将铝灰看作废渣而堆弃，此举不仅造成铝资源浪费，还会带来环境问题。因此，寻找经济有效的方法加以治理和利用铝灰，在实现资源的有效循环利用的同时，不仅会提高铝行业的经济效益，还将对实现经济、社会的可持续发展产生重要的影响。
国内外学者们研究了多种处理方法，目前国内外处理方法分为两大类：火法和湿法。与湿法处理技术相比，火法处理技术具有其独特的优势。通过火法烧结可以实现二次铝灰的无害化，同时回收和利用其中的铝碳等资源，是电解铝综合利用研究的方向，然而现有火法烧结技术存在回收利用率低、资源化程度不高、并且成本高等问题。
发明内容
针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种二次铝灰的处理方法及装置。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种二次铝灰的处理方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)将二次铝灰与生料浆混合，得到铝灰料，其中，二次铝灰占生料浆重量的1-10％；
(2)将铝灰料、纯碱和石灰石粉按重量比为(25-50):(15-30):(10-20)混合并搅拌均匀，得到混合料；
(3)将混合料压制成球料；
(4)将球料经烘干、预热、分解、烧成工艺制成熟料。
进一步地，所述步骤(1)生料浆为铝土矿、拜耳法赤泥、石灰和煤按比例(3-3.45)：(70-74.5)：(5-5.5):(16.5-17.9)组成的混合物。
进一步地，所述步骤(3)球料抗压强度2000-2500N，球料为直径25-50mm椭圆球。
进一步地，所述步骤(4)烘干温度为200-240℃，烘干时间3-5分钟；预热温度600-700℃，预热时间7-10分钟；分解温度800-900℃，分解时间20-30分钟；烧成温度900-1100℃，烧成时间6-10分钟。
进一步地，将熟料经溶出、分离后，得到的粗液制成氧化铝，底流经洗涤得到赤泥堆存。
一种上述的二次铝灰处理采用的装置，其特征在于，所述装置包括：分别与混料机连接的铝灰料仓、纯碱仓、石灰石粉仓，与混料机连接的混合仓，与混合仓连接的压球机，与压球机连接的密封仓，以及与密封仓连接的烧成窑。
进一步地，所述铝灰料仓、纯碱仓、石灰石粉仓的出料口分别依次通过皮带秤、管链输送机与混料机的进料口连接，所述混料机的出料口与混合仓的进料口连接，所述混合仓的出料口通过管链输送机与压球机的进料口连接，所述压球机的出料口通过密闭输送装置与密封仓的进料口连接，所述密封仓的出料口依次通过螺旋输送机、斗提机与烧成窑的窑头连接。
本发明的有益技术效果，本发明提供一种回收利用率高、资源化程度高、环保效益高且节能省时的二次铝灰资源化利用的方法及装置，以现有的烧结法生产氧化铝设备为基础，增加部分辅助处理设施，能够经济高效地处理电解铝产生的电解废弃物，有效利用其中含有的炭、铝和钠等成分，实现无害化、无残渣处理。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明采用的装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种二次铝灰的处理方法，包括：
(1)将二次铝灰与生料浆混合，得到铝灰料，其中，二次铝灰占生料浆重量的1-10％；生料浆为铝土矿、拜耳法赤泥、石灰和煤按重量比例(3-3.45)：(70-74.5)：(5-5.5):(16.5-17.9)组成的混合物；
(2)将铝灰料、纯碱和石灰石粉按重量比为(25-50):(15-30):(10-20)混合并搅拌均匀，得到混合料；
(3)将混合料压制成球料，其中，球料抗压强度2000-2500N，球料为直径25-50mm椭圆球；
(4)将球料经烘干、预热、分解、烧成工艺制成熟料；其中，烘干温度为200-240℃，烘干时间3-5分钟；预热温度600-700℃，预热时间7-10分钟；分解温度800-900℃，分解时间20-30分钟；烧成温度900-1100℃，烧成时间6-10分钟。
将得到的熟料经溶出、分离后，得到的粗液制成氧化铝，底流经洗涤得到赤泥放赤泥库堆存。
如图2所示，一种二次铝灰处理采用的装置，包括：铝灰料仓1、纯碱仓2、石灰石粉仓3、混合仓4，密封仓5、烧成窑6(即回转窑)；铝灰料仓1、纯碱仓2、石灰石粉仓3的进料口通过管链输送机与拆包机7连接，铝灰料仓1、纯碱仓2、石灰石粉仓3的出料口分别依次通过皮带秤、管链输送机与混料机8进料口连接，混料机8出料口与混合仓4的进料口连接，混合仓4的顶部设有收尘器9，混合仓4内设有螺旋出风管，向螺旋出风管内通风实现风力搅拌，混合仓4的出料口依次通过皮带秤、管链输送机与压球机10的进料口连接，压球机10的出料口通过密闭输送装置(具体为具有密闭车厢的运输车)与密封仓5的进料口连接，密封仓5的出料口依次通过螺旋输送机、斗提机11与烧成窑6的窑头连接。
实施例1
如图1所示，一种二次铝灰的处理方法，包括以下步骤：
将二次铝灰与生料浆混合，得到铝灰料，其中，二次铝灰占生料浆重量的1.5％，运用管链输送机输送到铝灰料仓，将纯碱通过管链输送机输送到纯碱仓，将石灰石粉通过管链输送机输送到石灰石粉仓；其中，生料浆为铝土矿、拜耳法赤泥、石灰和煤按比例3：70：5.5:16.5组成的混合物；
铝灰料、纯碱和石灰石粉末按重量比30:20:10分别从仓底的出料口通过皮带秤后再经管链机输送到混料机后再输送至混合仓，用风力搅拌均匀。
将混匀的混合料经管链输送机输送至压球机进料口再次搅拌后进入压球机中，压成直径25-50mm椭圆球，椭圆球抗压强度2200-2300N。
将压成的球料用具有密闭车厢的运输车输送至烧成窑下的密封仓，然后通过螺旋输送机输送到斗提机，用斗提机将球料送到烧成窑的窑尾和窑灰一起进入烧成窑中。
球料从窑尾到窑头通过四个阶段的工艺处理进行化学反应，处理过程包括烘干、预热、分解、烧成，其中，烘干温度为200℃，烘干时间3分钟；预热温度600℃，预热时间10分钟；分解温度800℃，分解时间30分钟；烧成温度900℃，烧成时间6分钟。
烧成的熟料经溶出、分离后，粗液经溶出、精制、分解、焙烧后制成氧化铝，氟化物可用作“矿化剂”，最终生成无害的氟化钙进入赤泥，有毒物CN-则在高温中裂解，从烟气中排出。其中，熟料在75-80℃进行溶出，制成溶出液成份Al2O3≥110g/l的铝酸钠溶液，再对铝酸钠溶液进行分离，工艺要求分离沉降槽底流L/S：3.5-4.5，一粗液浮游物≤3g/l粗液；得到的粗液经溶出、精制、分解、焙烧制成氧化铝，具体工艺条件及参数：具体工艺条件及参数：溶出温度：262±3℃，溶出时间：50～60分钟，溶出液αk：1.38-1.44；精液αK≤1.5，精液浮游物≤4mg/l；分解母液αK≥2.9，分解时间≥45小时；氧化铝灼减≤1.0％，排出废气温度145～160℃，烟囱出口含尘量≤50mg/Nm3。
实施例2
如图1所示，一种二次铝灰的处理方法，包括以下步骤：
将二次铝灰与生料浆混合，得到铝灰料，其中，二次铝灰占生料浆重量的2％，运用管链输送机输送到铝灰料仓，将纯碱通过管链输送机输送到纯碱仓，将石灰石粉通过管链输送机输送到石灰石粉仓；其中，生料浆为铝土矿、拜耳法赤泥、石灰和煤按比例3.45：74.5：5:17.9组成的混合物。
铝灰料、纯碱和石灰石粉末按重量比35:25:15分别从仓底的出料口通过皮带秤后再经管链机输送到混料机后再输送至混合仓，用风力搅拌均匀。
将混匀的混合料经管链输送机输送至压球机中，压成直径25-50mm椭圆球，椭圆球抗压强度2000-2200N。
将压成的球料用具有密闭车厢的运输车输送至烧成窑下的密封仓，然后通过螺旋输送机输送到斗提机，用斗提机将球料送到烧成窑的窑尾和窑灰一起进入烧成窑中。
球料从窑尾到窑头通过四个阶段的工艺处理进行化学反应，处理过程包括烘干、预热、分解、烧成，其中，烘干温度为240℃烘干时间5分钟；预热温度650℃预热时间7分钟；分解温度850℃分解时间25分钟；烧成温度1000℃，烧成时间10分钟。
烧成的熟料在75-80℃进行熟料溶出，制成溶出液成份Al2O3≥110g/l的铝酸钠溶液，再对铝酸钠溶液进行分离，工艺要求分离沉降槽底流L/S：3.5-4.5，一粗液浮游物≤3g/l粗液，粗液经溶出、精制、分解、焙烧后制成氧化铝，具体工艺条件及参数：溶出温度：262±3℃，溶出时间：50～60分钟，溶出液αk：1.38-1.44；精液αK≤1.5，精液浮游物≤4mg/l；分解母液αK≥2.9，分解时间≥45小时；氧化铝灼减≤1.0％，排出废气温度145～160℃，烟囱出口含尘量≤50mg/Nm3。氟化物可用作“矿化剂”，最终生成无害的氟化钙进入赤泥，有毒物CN-则在高温中裂解，从烟气中排出。
实施例3
如图1所示，一种二次铝灰的处理方法，包括以下步骤：
将二次铝灰与生料浆混合，得到铝灰料，其中，二次铝灰占生料浆重量的9％，运用管链输送机输送到铝灰料仓，将纯碱通过管链输送机输送到纯碱仓，将将石灰石粉通过管链输送机输送到石灰石粉仓；其中，生料浆为铝土矿、拜耳法赤泥、石灰和煤按比例3.25：73：5.2:17组成的混合物。
铝灰料、纯碱和石灰石粉末按重量比40:30:18分别从仓底的出料口通过皮带秤后再经管链机输送到混料机后再输送至混合仓，用风力搅拌均匀。
将混匀的混合料经管链输送机输送至压球机中，压成直径25-50mm椭圆球，椭圆球抗压强度2300-2500N。
将压成的球料用具有密闭车厢的运输车输送至烧成窑下的密封仓，然后通过螺旋输送机输送到斗提机，用斗提机将球料送到烧成窑的窑尾和窑灰一起进入烧成窑中。
球料从窑尾到窑头通过四个阶段的工艺处理进行化学反应，处理过程包括烘干、预热、分解、烧成，其中，烘干温度为220℃烘干时间4分钟；预热温度680℃预热时间8分钟；分解温度880℃分解时间22分钟；烧成温度1050℃，烧成时间8分钟.
烧成的熟料经溶出、分离洗涤后，粗液经溶出、精制、分解、焙烧后制成氧化铝，氟化物可用作“矿化剂”，最终生成无害的氟化钙进入赤泥，有毒物CN-则在高温中裂解，从烟气中排出。其中，熟料在75-80℃进行溶出，制成溶出液成份Al2O3≥110g/l的铝酸钠溶液，再对铝酸钠溶液进行分离，工艺要求分离沉降槽底流L/S：3.5-4.5，一粗液浮游物≤3g/l粗液；得到的粗液经溶出、精制、分解、焙烧，具体工艺条件及参数：溶出温度：262±3℃，溶出时间：50～60分钟，溶出液αk：1.38-1.44；精液αK≤1.5，精液浮游物≤4mg/l；分解母液αK≥2.9，分解时间≥45小时；氧化铝灼减≤1.0％，排出废气温度145～160℃，烟囱出口含尘量≤50mg/Nm3。
以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种二次铝灰的处理方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)将二次铝灰与生料浆混合，得到铝灰料，其中，二次铝灰占生料浆重量的1-10％；所述生料浆为铝土矿、拜耳法赤泥、石灰和煤按比例(3-3.45)：(70-74.5)：(5-5.5):(16.5-17.9)组成的混合物；
(2)将铝灰料、纯碱和石灰石粉按重量比为(25-50):(15-30):(10-20)混合并搅拌均匀，得到混合料；
(3)将混合料压制成球料；
(4)将球料经烘干、预热、分解、烧成工艺制成熟料；所述烘干温度为200-240℃，烘干时间3-5分钟；预热温度600-700℃，预热时间7-10分钟；分解温度800-900℃，分解时间20-30分钟；烧成温度900-1100℃，烧成时间6-10分钟。
2.根据权利要求1所述的二次铝灰的处理方法，其特征在于，所述步骤(3)球料抗压强度2000-2500N，球料为直径25-50mm椭圆球。
3.根据权利要求1所述的二次铝灰的处理方法，其特征在于，将熟料经溶出、分离后，得到的粗液制成氧化铝，底流经洗涤得到赤泥堆存。
4.一种如权利要求1-3任一所述的二次铝灰处理方法采用的装置，其特征在于，所述装置包括：分别与混料机连接的铝灰料仓、纯碱仓、石灰石粉仓，与混料机连接的混合仓，与混合仓连接的压球机，与压球机连接的密封仓，以及与密封仓连接的烧成窑。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述铝灰料仓、纯碱仓、石灰石粉仓的出料口分别依次通过皮带秤、管链输送机与混料机的进料口连接，所述混料机的出料口与混合仓的进料口连接，所述混合仓的出料口通过管链输送机与压球机的进料口连接，所述压球机的出料口通过密闭输送装置与密封仓的进料口连接，所述密封仓的出料口依次通过螺旋输送机、斗提机与烧成窑的窑头连接。
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氧化铝炉窑协同处理二次铝灰的研究;王侠前;《金属材料与冶金工程》(第03期);第58-63页 *

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CN114888043A (zh) 2022-08-12

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