CN115193877A - 一种铝灰渣资源综合利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝灰渣资源综合利用的方法，包括：S1、将铝灰进行粉碎和筛分提取金属铝得到二次铝灰；S2、将二次铝灰放入打浆罐中加入冷水搅拌成水灰浆；S3、将水灰浆输送至水解反应釜中，加入水，导入高温水蒸汽，加入催化助剂，进行水解反应，产生氨气和氢氧化铝沉淀；S4、氨气首先进行降温，然后采用氨气吸收塔进行吸收，得到浓氨水溶液；S5、将氢氧化铝沉淀和未充分反应的二次铝灰送入搅拌罐中进行搅拌，进行压滤，分别收集含氟滤液和脱氟水解铝灰滤渣；S6、向含氟滤液中加入氧化钙或氯化钙进行脱氟反应，反应结束后进行压滤，得到脱氟滤液和氟化钙。本发明工艺简单，条件合适，铝灰水解反应充分，能有效将氨气吸收。
Description
技术领域
本发明涉及铝灰渣处理领域，具体涉及一种铝灰渣资源综合利用的方法。
背景技术
随着我国经济的迅猛发展，对铝的需求量持续增加，我国已经成为世界最大的铝生产国家。随着金属铝的广泛应用，铝灰渣的产生量也不断增加。铝灰渣是电解铝或铸造铝生产工艺中产生的熔渣经冷却加工后的产物，是可再生资源
铝灰中一般还有金属铝、氮化铝、氧化铝、其它金属氧化物和盐溶剂，铝灰中金属铝和氧化铝含量较高，是一种宝贵的可再生资源。铝灰中的氮化铝潮解会释放产生氨气，氨气是一种恶臭性气体。铝灰中的盐溶剂为氯盐和氟盐。因此，
铝灰如处理不当，将对土地、水体、空气等生态环境造成污染。
根据2021年《国家危险废物名录》，铝灰为铝火法熔炼过程中产生的初炼炉渣，属于危险废弃物。铝灰的危害性主要是可溶性氟化物的存在和氮化铝产生的氨气其中可溶性氟化物可以通过加入固氟剂进行固化，使氟化物浸出毒性达到一般固废标准。因此铝灰无害化处理的关键是氮化铝的处理，也即铝灰的脱氨处理。目前铝灰的脱氨处理主要分为两大类，一类是火法焙烧，即将铝灰加热至1100-1400℃的高温，高温下铝灰中金属铝、氮化铝均转化为氧化铝。这种方式的缺点在于能耗大，会生成高温矿物，且增加氯氧化物的大量排放，对环境造成二次污染。另一种方法是湿法水解，利用氮化铝在大量的水中，与水产生水解反应，生产氢氧化铝和氨气。现有的这种方式由于所采用的温度和催化剂类型的缺陷，导致水解不充分，另外，氨气吸收不充分导致对环境造成二次污染。
故此，现有铝灰渣资源综合利用的方法有待于进一步完善。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种工艺简单，工艺条件合适，铝灰水解反应充分，能有效将氨气吸收，有效对铝灰渣资源综合利用的方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下方案：一种铝灰渣资源综合利用的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、将铝灰进行粉碎和筛分提取金属铝得到二次铝灰；
S2、将二次铝灰放入打浆罐中加入冷水搅拌成水灰浆；
S3、将步骤S2中的水灰浆输送至水解反应釜中，按液物比为5-8:1的比例加入水，并向水解反应釜中导入高温水蒸汽升温60-130℃，加入0.01-2%的催化助剂，进行水解反应，生产氨气和氢氧化铝沉淀；
S4、步骤S3中的氨气首先进行降温，然后采用氨气吸收塔对步骤S3中水解反应产生的氨气进行吸收，得到浓氨水溶液，尾气经喷淋塔喷淋处理达标后排放；
S5、将步骤S3中水解反应产生的氢氧化铝沉淀和未充分反应的二次铝灰送入搅拌罐中进行搅拌，然后采用压滤机进行压滤，分别收集含氟滤液和脱氟水解铝灰滤渣；
S6、按液料比为30-60：1，向含氟滤液中加入氧化钙或氯化钙进行脱氟反应，反应结束后进行压滤，得到脱氟滤液和氟化钙。
作为本发明铝灰渣资源综合利用的方法的另一种改进，步骤S1中铝灰进行粉碎和筛分的具体操作为：将铝灰送入一级球磨机进行球磨，经过60目的筛机进行筛分，筛分出一部分的金属铝；通过60目的铝灰送入二级球磨机进行二次球磨，经过100目筛分机进行二次筛分，筛分出金属铝以及粒径大于100目的铝灰，得到二次铝灰。
作为本发明铝灰渣资源综合利用的方法的另一种改进，步骤S3中所述的催化助剂中按质量百分比包含氧40-50%，氢1.5-3.5%，钠18-21%，碳2.8-4.1%，钙30-35%。
作为本发明铝灰渣资源综合利用的方法的另一种改进，步骤S3中所述的催化助剂包括氧化钙，碳酸钠，双氧水，草酸。
作为本发明铝灰渣资源综合利用的方法的另一种改进，步骤S3中所述的催化助剂按重量份由熟石灰40-60份，双氧水20-30份，硅藻土8-16份，草酸1-10份组成。
作为本发明铝灰渣资源综合利用的方法的另一种改进，步骤S4中所述吸收塔为二级氨气吸收塔。
作为本发明铝灰渣资源综合利用的方法的另一种改进，步骤S1中筛选出的金属铝作为铝棒原材料使用。
作为本发明铝灰渣资源综合利用的方法的另一种改进，步骤S4中的浓氨水用作化肥原料使用。
作为本发明铝灰渣资源综合利用的方法的另一种改进，步骤S5中脱氟水解铝灰滤渣经过烘干，用作铝酸盐水泥原料、陶瓷原料或制砖原料等使用。
作为本发明铝灰渣资源综合利用的方法的另一种改进，步骤S5中脱氟水解铝灰滤渣加入金属铝，经过高压脱氧球压制机进行压制，在筛去小颗粒成为炼钢用脱氧铝球产品，其中所述脱氟水解铝灰滤渣与金属铝的重量比为10-15：1。
作为本发明铝灰渣资源综合利用的方法的另一种改进，步骤S6中所述脱氟滤液可以作为循环水进行循环使用。
本发明铝灰渣资源综合利用方法的具体流程如下：
1.一次铝灰提取金属铝成为二次铝灰
铝灰中金属铝的韧性强、不易被粉碎，而氧化铝、氮化铝、氟盐容易被粉碎，因此采用粉碎筛分的方法可以进一步清除金属铝。铝灰进入一级球磨机进行球磨，再经过60目的筛机进行筛分，筛分出一部分金属铝，通过60目的铝灰进入二级球磨机进行二次球磨，再进入100目筛分机进行二次筛分，筛分出金属铝以及粒径大于100目的铝灰，此时的铝灰为二次铝灰，总量含量低于15%。金属铝作为铝棒的材料可以再次使用。
2.二次铝灰进行预打浆
二次铝灰在密闭的打浆罐中加入冷水和循环水充分搅拌成水灰浆，在定量输送至水解反应釜中。
3.水解脱氨反应，二次铝灰在反应釜中按液物比为5:1的比例加入循环水，并导入园区集中供热的高温水蒸汽进行升温，升温至反应温度，利用水至60-130摄氏度，同时按比例加入助剂，在助剂作用下进行充分的水解反应。反应机理如下，氮化铝与水产生水解反应，生成氢氧化铝沉淀和氨气气体。
4.氨气吸收水解反应产生的氨气经过了凝器冷冷凝降温，在经过二级氨气吸收塔进行充分吸收，最终产生浓氨水溶液，废气经喷淋塔达标排放，浓氨水溶液可以作为化肥原料进行出售。
具体的：氨气先进入一级再沸腾塔，一级再沸腾塔主要作用是降尘，由于尾气有一定温度，经过一级再沸腾塔后，尾气中会带一定的水分进入二级再沸腾塔。在二级再沸腾塔进行进一步降温冷却，至30℃以下。二级再沸塔随着运行会慢慢累积水分，自动溢流回一级再沸腾塔。
氨气经过二级再沸腾塔后，进入一级吸收塔，在塔内被吸收掉尾气中95%以上的氨气，尾气温度降至在30℃以下，尾气携带5%以下的氨气再进入二级吸收塔。
尾气进入二级吸收塔，5%以下的氨气再被吸收其中95%，经过二级吸收，尾气中氨气吸收率能够达到99.75%以上。
尾气再经过尾气吸收塔，再进一步吸收氨气，确保氨气吸收率在99.9%以上，再经排放口达标排放。
5.水解产物二次铝灰经充分水解，再进行压滤，负离子随滤液排出，滤渣进行不同的工艺处理。可产生出不同的产品，一、滤渣进行烘干，成为高铝材料产品出售，用于铝酸盐，水泥原料，陶瓷、陶粒原料，制砖原料等用途，二、滤渣按比例加入金属铝，经过高压脱氧球压制机进行压制，在筛去小颗粒成为炼钢用脱氧铝球产品出售。
6.滤液脱氟水解铝灰压滤后排出的滤液按比例加入氧化钙或氯化钙进行脱氟反应。反应机理如下，钙离子与氟离子反应产生氟化钙沉淀，反应后在进行压滤，脱氟滤液可以作为循环水进行循环使用，滤渣作为氟化钙可以作为原料出售。
综上所述，本发明相对于现有技术其有益效果是：
一、本发明中铝灰与水的比例合适，反应温度合适，催化剂组成和含量合适，从而使得铝灰水解反应充分，能充分脱除氮化铝中氨；二、在氨气吸收之前，将氨气降低至合适的温度，从而有效提高氨气在水中的溶解度。使得氨气能被充分吸收，并且能制备浓度较高的氨水。三、本发明铝灰经过二次球磨，能有效收集金属铝，并使氧化铝、氮化铝、氟盐被充分破碎，从而有效保证后续处理过程能充分反应。四、本发明中部分工艺步骤过程产生的中间产物可以通过不同的工艺处理，得到不同的产品，从而对铝灰进行综合利用。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例1
一种铝灰渣资源综合利用的方法，包括以下步骤：
S1、将铝灰送入一级球磨机进行球磨，经过60目的筛机进行筛分，筛分出一部分的金属铝；通过60目的铝灰送入二级球磨机进行二次球磨，经过100目筛分机进行二次筛分，筛分出金属铝以及粒径大于100目的铝灰，得到二次铝灰。其中所述金属铝作为铝棒原材料使用；
S2、将二次铝灰放入打浆罐中加入冷水搅拌成水灰浆；
S3、将步骤S2中的水灰浆输送至水解反应釜中，按液物比为5:1的比例加入水，并向水解反应釜中导入高温水蒸汽升温60℃，加入0.01%的催化助剂，进行水解反应，生产氨气和氢氧化铝沉淀；
其中所述的催化助剂包括氧化钙，碳酸钠，双氧水，草酸、过氧乙酸，乙酸。所述的催化助剂中按质量百分比包含氧40-50%，氢1.5-3.5%，钠18-21%，碳2.8-4.1%，钙30-35%。
S4、采用换热器对步骤S3中的氨气首先进行降温，使氨气降温至25℃，然后采用二级氨气吸收塔对步骤S3中水解反应产生的氨气进行吸收，得到浓氨水溶液，尾气经喷淋塔喷淋处理达标后排放；其中所述浓氨水用作化肥原料、脱硝使用。
S5、将步骤S3中水解反应产生的氢氧化铝沉淀和未充分反应的二次铝灰送入搅拌罐中进行搅拌，然后采用压滤机进行压滤，分别收集含氟滤液和脱氟水解铝灰滤渣；脱氟水解铝灰滤渣经过烘干，用作铝酸盐水泥原料、陶瓷原料或制砖原料使用。或者，脱氟水解铝灰滤渣加入金属铝，经过高压脱氧球压制机进行压制，在筛去小颗粒成为炼钢用脱氧铝球产品，其中所述脱氟水解铝灰滤渣与金属铝的重量比为10：1。
S6、按液料比为30：1，向含氟滤液中加入氧化钙进行脱氟反应，反应结束后进行压滤，得到脱氟滤液和氟化钙。其中脱氟滤液可以作为循环水进行循环使用。
实施例2
一种铝灰渣资源综合利用的方法，包括以下步骤：
S1、将铝灰送入一级球磨机进行球磨，经过60目的筛机进行筛分，筛分出一部分的金属铝；通过60目的铝灰送入二级球磨机进行二次球磨，经过100目筛分机进行二次筛分，筛分出金属铝以及粒径大于100目的铝灰，得到二次铝灰。其中所述金属铝作为铝棒原材料使用；
S2、将二次铝灰放入打浆罐中加入冷水搅拌成水灰浆；
S3、将步骤S2中的水灰浆输送至水解反应釜中，按液物比为8:1的比例加入水，并向水解反应釜中导入高温水蒸汽升温90℃，加入2%的催化助剂，进行水解反应，生产氨气和氢氧化铝沉淀；
其中所述的催化助剂按重量份包括氧化钙5份，碳酸钠20份，双氧水5份，过氧乙酸10份，乙酸2份。
S4、采用换热器对步骤S3中的氨气首先进行降温，使氨气降温至25℃，采用二级氨气吸收塔对步骤S3中水解反应产生的氨气进行吸收，得到浓氨水溶液，尾气经喷淋塔喷淋处理达标后排放；其中所述浓氨水用作化肥原料使用。
S5、将步骤S3中水解反应产生的氢氧化铝沉淀和未充分反应的二次铝灰送入搅拌罐中进行搅拌，然后采用压滤机进行压滤，分别收集含氟滤液和脱氟水解铝灰滤渣；脱氟水解铝灰滤渣经过烘干，用作铝酸盐水泥原料、陶瓷原料或制砖原料使用。或者，脱氟水解铝灰滤渣加入金属铝，经过高压脱氧球压制机进行压制，在筛去小颗粒成为炼钢用脱氧铝球产品，其中所述脱氟水解铝灰滤渣与金属铝的重量比为15：1。
S6、按液料比为60：1，向含氟滤液中加入氧化钙或氯化钙进行脱氟反应，反应结束后进行压滤，得到脱氟滤液和氟化钙。其中脱氟滤液可以作为循环水进行循环使用。
实施例3
一种铝灰渣资源综合利用的方法，包括以下步骤：
S1、将铝灰送入一级球磨机进行球磨，经过60目的筛机进行筛分，筛分出一部分的金属铝；通过60目的铝灰送入二级球磨机进行二次球磨，经过100目筛分机进行二次筛分，筛分出金属铝以及粒径大于100目的铝灰，得到二次铝灰。其中所述金属铝作为铝棒原材料使用；
S2、将二次铝灰放入打浆罐中加入冷水搅拌成水灰浆；
S3、将步骤S2中的水灰浆输送至水解反应釜中，按液物比为6:1的比例加入水，并向水解反应釜中导入高温水蒸汽升温75℃，加入0.01-2%的催化助剂，进行水解反应，生产氨气和氢氧化铝沉淀；
其中所述的催化助剂包括熟石灰40份，双氧水20份，硅藻土8份，草酸1份。
S4、采用换热器对步骤S3中的氨气首先进行降温，使氨气降温至25℃，采用二级氨气吸收塔对步骤S3中水解反应产生的氨气进行吸收，得到浓氨水溶液，尾气经喷淋塔喷淋处理达标后排放；其中所述浓氨水用作化肥原料使用。
S5、将步骤S3中水解反应产生的氢氧化铝沉淀和未充分反应的二次铝灰送入搅拌罐中进行搅拌，然后采用压滤机进行压滤，分别收集含氟滤液和脱氟水解铝灰滤渣；脱氟水解铝灰滤渣经过烘干，用作铝酸盐水泥原料、陶瓷、陶粒原料或制砖原料使用。或者，脱氟水解铝灰滤渣加入金属铝，经过高压脱氧球压制机进行压制，在筛去小颗粒成为炼钢用脱氧铝球产品，其中所述脱氟水解铝灰滤渣与金属铝的重量比为12：1。
S6、按液料比为45：1，向含氟滤液中加入氧化钙或氯化钙进行脱氟反应，反应结束后进行压滤，得到脱氟滤液和氟化钙。其中脱氟滤液可以作为循环水进行循环使用。
实施例4
一种铝灰渣资源综合利用的方法，包括以下步骤：
S1、将铝灰送入一级球磨机进行球磨，经过60目的筛机进行筛分，筛分出一部分的金属铝；通过60目的铝灰送入二级球磨机进行二次球磨，经过100目筛分机进行二次筛分，筛分出金属铝以及粒径大于100目的铝灰，得到二次铝灰。其中所述金属铝作为铝棒原材料使用；
S2、将二次铝灰放入打浆罐中加入冷水搅拌成水灰浆；
S3、将步骤S2中的水灰浆输送至水解反应釜中，按液物比为7:1的比例加入水，并向水解反应釜中导入高温水蒸汽升温130℃，加入0.05%的催化助剂，进行水解反应，生产氨气和氢氧化铝沉淀；
其中所述的催化助剂包括熟石灰50份，双氧水25份，硅藻土12份，草酸5份。
S4、采用换热器对步骤S3中的氨气首先进行降温，使氨气降温至25℃，采用二级氨气吸收塔对步骤S3中水解反应产生的氨气进行吸收，得到浓氨水溶液，尾气经喷淋塔喷淋处理达标后排放；其中所述浓氨水用作化肥原料使用。
S5、将步骤S3中水解反应产生的氢氧化铝沉淀和未充分反应的二次铝灰送入搅拌罐中进行搅拌，然后采用压滤机进行压滤，分别收集含氟滤液和脱氟水解铝灰滤渣；脱氟水解铝灰滤渣经过烘干，用作铝酸盐水泥原料、陶瓷原料或制砖原料使用。或者，脱氟水解铝灰滤渣加入金属铝，经过高压脱氧球压制机进行压制，在筛去小颗粒成为炼钢用脱氧铝球产品，其中所述脱氟水解铝灰滤渣与金属铝的重量比为13：1。
S6、按液料比为40：1，向含氟滤液中加入氧化钙或氯化钙进行脱氟反应，反应结束后进行压滤，得到脱氟滤液和氟化钙。其中脱氟滤液可以作为循环水进行循环使用。
实施例5
一种铝灰渣资源综合利用的方法，包括以下步骤：
S1、将铝灰送入一级球磨机进行球磨，经过60目的筛机进行筛分，筛分出一部分的金属铝；通过60目的铝灰送入二级球磨机进行二次球磨，经过100目筛分机进行二次筛分，筛分出金属铝以及粒径大于100目的铝灰，得到二次铝灰。其中所述金属铝作为铝棒原材料使用；
S2、将二次铝灰放入打浆罐中加入冷水搅拌成水灰浆；
S3、将步骤S2中的水灰浆输送至水解反应釜中，按液物比为5.5:1的比例加入水，并向水解反应釜中导入高温水蒸汽升温120℃，加入1%的催化助剂，进行水解反应，生产氨气和氢氧化铝沉淀；
其中所述的催化助剂包括熟石灰60份，双氧水30份，硅藻土16份，草酸10份。
S4、采用换热器对步骤S3中的氨气首先进行降温，使氨气降温至25℃，采用二级氨气吸收塔对步骤S3中水解反应产生的氨气进行吸收，得到浓氨水溶液，尾气经喷淋塔喷淋处理达标后排放；其中所述浓氨水用作化肥原料使用。
S5、将步骤S3中水解反应产生的氢氧化铝沉淀和未充分反应的二次铝灰送入搅拌罐中进行搅拌，然后采用压滤机进行压滤，分别收集含氟滤液和脱氟水解铝灰滤渣；脱氟水解铝灰滤渣经过烘干，用作铝酸盐水泥原料、陶瓷原料或制砖原料使用。或者，脱氟水解铝灰滤渣加入金属铝，经过高压脱氧球压制机进行压制，在筛去小颗粒成为炼钢用脱氧铝球产品，其中所述脱氟水解铝灰滤渣与金属铝的重量比为14：1。
S6、按液料比为55：1，向含氟滤液中加入氧化钙或氯化钙进行脱氟反应，反应结束后进行压滤，得到脱氟滤液和氟化钙。其中脱氟滤液可以作为循环水进行循环使用。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种铝灰渣资源综合利用的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、将铝灰进行粉碎和筛分提取金属铝得到二次铝灰；
S2、将二次铝灰放入打浆罐中加入冷水搅拌成水灰浆；
S3、将步骤S2中的水灰浆输送至水解反应釜中，按液物比为5-8:1的比例加入水，并向水解反应釜中导入高温水蒸汽升温60-130℃，加入0.01-2%的催化助剂，进行水解反应，生产氨气和氢氧化铝沉淀；
S4、步骤S3中的氨气首先进行降温，然后采用氨气吸收塔对步骤S3中水解反应产生的氨气进行吸收，得到浓氨水溶液，尾气经喷淋塔喷淋处理达标后排放；
S5、将步骤S3中水解反应产生的氢氧化铝沉淀和未充分反应的二次铝灰送入搅拌罐中进行搅拌，然后采用压滤机进行压滤，分别收集含氟滤液和脱氟水解铝灰滤渣；
S6、按液料比为30-60：1，向含氟滤液中加入氧化钙或氯化钙进行脱氟反应，反应结束后进行压滤，得到脱氟滤液和氟化钙。
2.根据权利要求1所述的一种铝灰渣资源综合利用的方法,其特征在于:步骤S1中铝灰进行粉碎和筛分的具体操作为：将铝灰送入一级球磨机进行球磨，经过60目的筛机进行筛分，筛分出一部分的金属铝；通过60目的铝灰送入二级球磨机进行二次球磨，经过100目筛分机进行二次筛分，筛分出金属铝以及粒径大于100目的铝灰，得到二次铝灰。
3.根据权利要求1所述的一种铝灰渣资源综合利用的方法,其特征在于:步骤S3中所述的催化助剂中按质量百分比包含氧40-50%，氢1.5-3.5%，钠18-21%，碳2.8-4.1%，钙30-35%。
4.根据权利要求1或3所述的一种铝灰渣资源综合利用的方法,其特征在于: 步骤S3中所述的催化助剂包括氧化钙，碳酸钠，双氧水，草酸。
5.根据权利要求1所述的一种铝灰渣资源综合利用的方法,其特征在于:步骤S4中所述吸收塔为二级氨气吸收塔。
6.根据权利要求2所述的一种铝灰渣资源综合利用的方法,其特征在于:步骤S1中筛选出的金属铝作为铝棒原材料使用。
7.根据权利要求1所述的一种铝灰渣资源综合利用的方法,其特征在于:步骤S4中的浓氨水用作化肥原料或脱硝使用。
8.根据权利要求1所述的一种铝灰渣资源综合利用的方法,其特征在于:步骤S5中脱氟水解铝灰滤渣经过烘干，用作铝酸盐水泥原料、陶瓷原料或制砖原料使用。
9.根据权利要求1所述的一种铝灰渣资源综合利用的方法,其特征在于: 步骤S5中脱氟水解铝灰滤渣加入金属铝，经过高压脱氧球压制机进行压制，在筛去小颗粒成为炼钢用脱氧铝球产品，其中所述脱氟水解铝灰滤渣与金属铝的重量比为10-15：1。
10.根据权利要求1所述的一种铝灰渣资源综合利用的方法,其特征在于：步骤S6中所述脱氟滤液可以作为循环水进行循环使用。
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