CN115846378B - 二次铝灰的处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种二次铝灰的处理装置，包括依序连通的：配料罐，所述配料罐上设置有用于加入铝灰的入料口；升温反应单元；保温反应单元，其中，升温反应单元包括n个相互串联的升温反应罐，分别为1级升温反应罐、2级升温反应罐……n级升温反应罐，所述n个相互串联的升温反应罐上均设置有用于导出气体的第一出气口；保温反应单元包括m个相互串联的保温反应罐，分别为1级保温反应罐、2级保温反应罐……m级保温反应罐，所述m个相互串联的保温反应罐上均设置有用于导出气体的第二出气口。本申请容易收集分别产生的可燃气和氨气；且本申请的结构简单，容易规模化实施。
Description
技术领域
本申请涉及铝工业领域，尤其涉及铝灰的处理方法。
背景技术
近年来，随着人们铝消费水平的提升，铝材加工产能不断上升，由于能源紧缺及环保压力，高能耗生产原铝的产能受到约束及限制，废铝再生行业不断进行升级、扩张，铝灰的产生量逐步加大。铝灰是铝工业生产过程产生的固体危险废物，根据铝灰中金属铝含量的不同，可分为一次铝灰和二次铝灰。从熔炼炉内扒出的铝灰渣称为一次铝灰，也称之为“白铝灰”；二次铝灰是一次铝灰提取金属铝后产生的铝灰。二次铝灰中主要含铝的物质为Al2O3、AlN、Al、MgAl2O4、Al4C3等，主要氯化盐物质为NaCl、KCl等，主要含氟物质为CaF2、Na3AlF6等，其他还含有一定的SiO2、Fe2O3等氧化物。铝灰因含有AlN、单质Al、氟化物等具有反应性和浸出毒性，在2021年被列入《国家危险废物名录(2021年版)》，需要按照危废标准进行利用处置。
现有的二次铝灰处理方法，主要存在依靠单级反应系统将铝灰“一段间歇式”进行处理的问题，即铝灰在同一反应空间内间歇反应。铝灰一段式间歇式反应处理，由于不同反应阶段铝灰中的活性组分，主要是AlN、单质Al、Al4C3反应程度及反应速率不同，导致铝灰反应过程不同阶段产气速率及产气量不同，产气波动大，反应速率也难以控制。也就是说，随着铝灰反应进程的推进，反应体系的状态变化很大，不容易控制，因此单级间歇式反应难以实现稳定运行。
发明内容
本申请实施例提供了一种二次铝灰的处理装置及方法，以解决单级间歇式反应难以实现稳定运行的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供一种二次铝灰的处理装置，包括依序连通的：
配料罐，所述配料罐上设置有用于加入铝灰的入料口；
升温反应单元；
保温反应单元，
其中，升温反应单元包括n个相互串联的升温反应罐，分别为1级升温反应罐、2级升温反应罐……n级升温反应罐，所述n个相互串联的升温反应罐上均设置有用于导出气体的第一出气口；
保温反应单元包括m个相互串联的保温反应罐，分别为1级保温反应罐、2级保温反应罐……m级保温反应罐，所述m个相互串联的保温反应罐上均设置有用于导出气体的第二出气口。
在本申请的一些实施例中，所述n为：采用0.45+58×X－260×X2公式计算的结果四舍五入后得到的整数；
其中，X＝A+B，A为铝灰中单质Al占铝灰的质量比，B为铝灰中Al4C3占铝灰的质量比。
在本申请的一些实施例中，所述m为：采用22×Z+1.2公式计算的结果四舍五入后得到的整数；
其中，Z为铝灰中AlN占铝灰的质量比。
第二方面，本申请实施例提供一种二次铝灰的处理方法，所述二次铝灰的处理方法包括如下步骤：
提供第一方面任一实施例所述的二次铝灰的处理装置；
将二次铝灰和水从所述入料口加入所述配料罐，在所述配料罐中形成第一浆料；
将所述浆料导入1级升温反应罐，同时在所述1级升温反应罐内加入用于促进单质Al和Al4C3水解并抑制AlN水解的稳定剂，形成第二浆料；
使第二浆料由1级升温反应罐向n级升温反应罐流动，在n级升温反应罐形成第三浆料，收集1级升温反应罐至n级升温反应罐内反应产生的气体；
将第三浆料导入1级保温反应罐，同时向1级保温反应罐中加入用于增强AlN水解活性的活化剂，形成第四浆料；
使第四浆料由1级保温反应罐向n级保温反应罐流动，向所述n级保温反应罐加入脱盐剂，所述脱盐剂用于增大固体颗粒粒度及促进盐类物质析出；脱盐剂与第四浆料混合、反应形成第五浆料，收集1级保温反应罐至n级保温反应罐内反应产生的气体；
过滤所述第五浆料得到滤液，对所述滤液进行浓缩结晶。
在本申请的一些实施例中，二次铝灰从加入所述配料罐配料到形成所述第五浆料的时间为30min-600min。
在本申请的一些实施例中，X＝A+B，A为铝灰中单质Al占铝灰的质量比，B为铝灰中Al4C3占铝灰的质量比，X≤10％。
在本申请的一些实施例中，所述配料罐中温度控制为10-30℃。
在本申请的一些实施例中，所述1级升温反应罐自n级升温反应罐的温度逐渐升高，其中1级升温反应罐的温度为10-30℃，n级升温反应罐的温度为40-60℃；和/或，
所有所述保温反应罐的温度为90～100℃。
在本申请的一些实施例中，所述稳定剂包括磷酸二氢钙、羟基磷酸钙、柠檬酸铁铵、海藻酸钠中的至少一种；和/或，
所述活化剂包括钢渣微粉、干法脱硫灰、改性膨润土、羟基磷灰石中的至少一种；
所述脱盐剂包括聚硅酸硫酸铝铁、粉煤灰、脱硫石膏中的至少一种。
在本申请的一些实施例中，所述稳定剂的添加量为二次铝灰质量的0.5～1.5％；和/或，
所述活化剂的添加量为二次铝灰质量的0.5～2％；和/或，
所述脱盐剂的添加量为二次铝灰质量的0.5～1.5％。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的二次铝灰的处理装置，通过设置多个相互串联的升温反应罐和保温反应罐，使不同反应阶段的反应体系可在不同的罐体中反应，容易控制反应进度；可以使单质Al和Al4C3主要在升温反应单元内反应、AlN主要在保温反应单元内反应，容易收集分别产生的可燃气和氨气；且本申请的结构简单，容易规模化实施。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种二次铝灰的处理装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
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申请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，本申请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。
现有的二次铝灰的处理装置及方法，存在单级间歇式反应难以实现稳定运行的技术问题。
本申请实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
第一方面，请参考图1，本申请实施例提供一种二次铝灰的处理装置，包括依序连通的：
配料罐，所述配料罐上设置有用于加入铝灰的入料口；
升温反应单元；
保温反应单元，
其中，升温反应单元包括n个相互串联的升温反应罐，分别为1级升温反应罐、2级升温反应罐……n级升温反应罐，所述n个相互串联的升温反应罐上均设置有用于导出气体的第一出气口；
保温反应单元包括m个相互串联的保温反应罐，分别为1级保温反应罐、2级保温反应罐……m级保温反应罐，所述m个相互串联的保温反应罐上均设置有用于导出气体的第二出气口。
配料罐用于配料，配料的过程是将铝灰和水混合均匀。配料罐内设置有用于混匀铝灰和水的装置，这些装置是本领域的常见装置，例如搅拌桨、混料螺杆等。
随着铝灰与水的反应进程的进行，反应体系的状态不断变化。设置n个升温反应罐和m个保温反应罐可以将不同反应阶段的反应体系控制在不同的罐体中。
不同反应阶段铝灰中的活性组分，主要是AlN、单质Al、Al4C3反应程度及反应速率不同。其中，单质Al和Al4C3的反应活性较高，主要在升温反应单元内反应，产生氢气和烃类等可燃气。AlN主要在保温反应单元内反应，主要产生氨气。
本申请通过设置多个相互串联的升温反应罐和保温反应罐，使不同反应阶段的反应体系可在不同的罐体中反应，容易控制反应进度；可以使单质Al和Al4C3主要在升温反应单元内反应、AlN主要在保温反应单元内反应，容易收集分别产生的可燃气和氨气；且本申请的结构简单，容易规模化实施。
在本申请的一些实施例中，所述n为：采用0.45+58×X－260×X2公式计算的结果四舍五入后得到的整数；
其中，X＝A+B，A为铝灰中单质Al占铝灰的质量比，B为铝灰中Al4C3占铝灰的质量比。
上述公式的获得过程是：针对不同单质Al、Al4C3、AlN含量二次铝灰，采用连续反应罐进行连续反应试验，获取了多组二次铝灰水解反应规律数据，每一组数据中的X是相同的，变量则为n，通过对反应进程的监控，寻找出最有利于Al、Al4C3充分反应、又能显著抑制AlN反应的n值；不同组的数据中，X的值不同，这样就得到了一系列X和最有利的n值；观察发现n和X的线性关系较差，随着X的增加，n的上升趋势呈现先快速增加后缓慢增加的趋势，因此采用二次方程拟合曲线，拟合结果较好，因此本申请中X与升温反应罐个数n的关系符合一元二次方程，结合数值模拟计算获得上述公式。
在本申请的一些实施例中，所述m为：采用22×Z+1.2公式计算的结果四舍五入后得到的整数；
其中，Z为铝灰中AlN占铝灰的质量比。
上述公式的获得过程是：针对不同单质Al、Al4C3、AlN含量二次铝灰，采用连续反应罐进行连续反应试验，获取了多组二次铝灰水解反应规律数据，每一组数据中Z是相同的，变量为m，通过对反应进程的监控，寻找出能使AlN充分水解的m值。不同组的数据中，Z的值不同，这样就得到了一系列Z和最有利的m值；观察发现m和Z的线性关系较好，因此以一次方程拟合，拟合结果较好。因此本申请中AlN占铝灰的质量比Z与保温反应罐体个数m的关系符合一元一次方程，随着Z的增加m呈线性增加的趋势，因此结合数值模拟计算获得上述公式。
第二方面，本申请实施例提供一种二次铝灰的处理方法，所述二次铝灰的处理方法包括如下步骤：
S1：提供第一方面任一实施例所述的二次铝灰的处理装置；
S2：将二次铝灰和水从所述入料口加入所述配料罐，在所述配料罐中形成第一浆料；
S3：将所述浆料导入1级升温反应罐，同时在所述1级升温反应罐内加入用于促进单质Al和Al4C3水解并抑制AlN水解的稳定剂，形成第二浆料；
S4：使第二浆料由1级升温反应罐向n级升温反应罐流动，在n级升温反应罐形成第三浆料，收集1级升温反应罐至n级升温反应罐内反应产生的气体；
S5：将第三浆料导入1级保温反应罐，同时向1级保温反应罐中加入用于增强AlN水解活性的活化剂，形成第四浆料；
S6：使第四浆料由1级保温反应罐向n级保温反应罐流动，向所述n级保温反应罐加入脱盐剂，所述脱盐剂用于增大固体颗粒粒度及促进盐类物质析出；脱盐剂与第四浆料混合、反应形成第五浆料，收集1级保温反应罐至n级保温反应罐内反应产生的气体；
过滤所述第五浆料得到滤液，对所述滤液进行浓缩结晶。
本领域技术人员可以理解，反应过程中的液相始终以浆料形态存在，可通过本领域的常规方法为体系中的浆料提供动力以将浆料从配料罐逐步导入n级保温反应罐中，作为示例，为浆料提供动力的方法可以是加装液泵，用液泵为浆料的流动提供动力；或者将配料罐、1级升温反应罐至n级升温反应罐、1级升温反应罐至n级升温反应罐由高到低设置，利用重力为浆料提供运动的动力，并设置调节阀控制浆料的流量。
在实际生产中，所述二次铝灰的处理方法一般为连续生产状态，即入料口不断加入二次铝灰和水，n级保温反应罐不断出料。
在本申请的一些实施例中，二次铝灰从加入所述配料罐配料到形成所述第五浆料的时间为30min-600min。
通过限制物料从进料到出料的时间，可以限制料浆在包括升温反应罐和保温反应罐在内的每一罐体内停留的时间，使料浆在每一罐体内均处于受控的反应阶段。
在实际生产中，还可以通过温度、稳定剂和活化剂的添加量来调整时间。
在本申请的一些实施例中，步骤S2中，二次铝灰与水的质量比为1：1-5。
控制二次铝灰与水的比例的目的是调节第一浆料的浓度、黏度等性质，使第一浆料容易输入到后续装置中。
在本申请的一些实施例中，料浆占配料罐及升温反应罐和保温反应罐的容积为30％～50％。
料浆体积设置为配料罐及升温反应罐和保温反应罐的容积的30％～50％目的是控制料浆在罐体内的体积占比，防止料浆反应过程在搅拌作用下产生大量气体带动液面上浮，影响气体排出和料浆堵塞排气口。
在本申请的一些实施例中，X＝A+B，A为铝灰中单质Al占铝灰的质量比，B为铝灰中Al4C3占铝灰的质量比，X≤10％。
控制X≤10％的目的是控制单质Al和Al4C3的含量，目的是减少其水解过程的大量放热以及避免其在升温反应阶段对AlN水解的影响。另外，一般经过球磨筛分过的二次铝灰中的单质Al和Al4C3在10％以下。
在本申请的一些实施例中，所述配料罐中温度控制为10-30℃。
控制配料罐的温度是为了降低二次铝灰在配料罐中的反应速度，尽量减少二次铝灰在配料罐中反应。
为了控制配料罐的温度，可以设置降温装置，作为一种示例，可以采用循环水冷却系统降温。
在本申请的一些实施例中，所述1级升温反应罐自n级升温反应罐的温度逐渐升高，其中1级升温反应罐的温度为10-30℃，n级升温反应罐的温度为40-60℃；和/或，
所有所述保温反应罐的温度为90-100℃。
1级升温反应罐自n级升温反应罐的温度逐渐升高有利于推进单质Al和Al4C3有序地水解。升温反应罐的温度过低不利于单质Al和Al4C3进行水解，过高则有可能导致AlN大量水解。
保温反应罐中的温度较高，有利于AlN充分水解。
在本申请的一些实施例中，所述稳定剂包括磷酸二氢钙、羟基磷酸钙、柠檬酸铁铵、海藻酸钠中的至少一种；和/或，
所述活化剂包括钢渣微粉、干法脱硫灰、改性膨润土、羟基磷灰石中的至少一种；
所述脱盐剂包括聚硅酸硫酸铝铁、粉煤灰、脱硫石膏中的至少一种。
在本申请的一些实施例中，所述稳定剂的添加量为二次铝灰质量的0.5～1.5％；和/或，
所述活化剂的添加量为二次铝灰质量的0.5～2％；和/或，
所述脱盐剂的添加量为二次铝灰质量的0.5～1.5％。
稳定剂主要作用是分散铝灰及细颗粒物料，实现料浆充分分散，同时能够抑制AlN水解反应，实现单质Al和Al4C3的选择性水解及H2和CH4混合可燃性气体的稳定释放，但是稳定剂添加较少容易造成二次铝灰中大量的AlN水解反应，添加量较大易造成后续升温后AlN反应不易进行。
活化剂主要作用是避免AlN水解产生的氢氧化铝生成凝胶包裹，打破氢氧化铝凝胶包裹膜，促进AlN与水充分接触，但是活化剂较多会造成反应一次性反应剧烈，反应温度不可调控，另外还会引入过多的杂质成分，活化剂较少会影响AlN的水解反应效率。
脱盐剂主要作用是提高二次铝灰反应后高铝料粒度和提升过滤性能，减少细小颗粒小产生，促进可溶性盐从铝灰颗粒中析出，提高脱盐效率，降低滤饼含水率，但是脱盐剂较多造成后续高铝料中杂质较多，脱盐剂较少会导致料浆过滤性能下降，过滤后的滤饼含水率较高，高铝料含盐量增加，对后续高铝料烘干和利用不利。
下面基于上述内容，结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
实施例1
本实施例提供二次铝灰的处理装置和处理方法，具体如下：
提供二次铝灰，二次铝灰中AlN质量含量为13.72％，单质Al和Al4C3质量含量加和为1.25％。
采用0.45+58×X－260×X2公式计算的结果四舍五入后得到的整数为1；
其中，X＝A+B，A为铝灰中单质Al占铝灰的质量比，B为铝灰中Al4C3占铝灰的质量比，即X为单质Al和Al4C3质量含量的加和。
采用22×Z+1.2公式计算的结果四舍五入后得到的整数为4；
其中，Z为铝灰中AlN占铝灰的质量比。
即，二次铝灰的处理装置包括1级升温反应罐及1-4级保温反应罐。
通过如下方式处理上述二次铝灰：
按照质量比例1:1称取二次铝灰和水加入到配料罐进行配料，其中料浆输送过程在配料罐及各反应罐的容积为50％，料浆在配料罐的控制配料温度为30℃，料浆进入1级升温反应罐，并在1级升温反应罐加入磷酸二氢钙，其加入量为二次铝灰质量的0.5％，料浆从配料罐进入1级升温反应罐内温度升至40℃，然后进入4级保温反应罐，4级保温反应罐保温温度为90℃，并在第一级保温反应罐内加入羟基磷灰石和最后一级保温反应罐内加入粉煤灰，添加量分别为二次铝灰质量的0.85％和1％。二次铝灰从加入所述配料罐配料到形成所述第五浆料的时间为310min。1级升温反应罐的气体经降温收集后进入可燃气收集系统作为燃料燃烧使用，收集的可燃气体中氢气体积占比为88.12％、甲烷体积占比为5.28％，4级保温反应罐气体收集的氨气中氨气占比96.43％，氨气经冷却水吸收系统制备氨水。反应后料浆进行液固分离，分离的滤饼含水率为21.36％，滤饼烘干得到的再生高铝料AlN含量为0.152％，单质Al和Al4C3质量含量加和为0.052％，可溶性盐含量为0.291％实施例2
本实施例提供二次铝灰的处理装置和处理方法，具体如下：
提供二次铝灰，二次铝灰中AlN质量含量为32.63％，单质Al和Al4C3质量含量加和为3.48％。
采用0.45+58×X－260×X2公式计算的结果四舍五入后得到的整数为2；
其中，X＝A+B，A为铝灰中单质Al占铝灰的质量比，B为铝灰中Al4C3占铝灰的质量比，即X为单质Al和Al4C3质量含量的加和。
采用22×Z+1.2公式计算的结果四舍五入后得到的整数为8；
其中，Z为铝灰中AlN占铝灰的质量比。
即，二次铝灰的处理装置包括2级升温反应罐及8级保温反应罐。
通过如下方式处理上述二次铝灰：
按照质量比例1:4称取二次铝灰和水加入到配料罐进行配料，料浆其中料浆输送过程在配料罐及各反应罐的容积为40％，料浆在配料罐的控制配料温度为23℃，然后料浆进入2级升温反应罐，并在1级升温反应罐的加入柠檬酸铁铵，其加入量为二次铝灰质量的0.8％，料浆经2级升温反应罐从23℃升温至45℃，然后进入8级保温反应罐，8级保温反应罐保温温度为95℃，并在第一级保温反应罐内加入干法脱硫灰和最后一级保温反应罐内加入脱硫石膏，添加量分别为二次铝灰质量的2.0％和1.2％。二次铝灰从加入所述配料罐配料到形成所述第五浆料的时间为600min。2级升温反应罐的气体经降温收集后进入可燃气收集系统作为燃料燃烧使用，收集的可燃气体中氢气体积占比为85.36％、甲烷体积占比为12.52％，8级保温反应罐气体收集的氨气中氨气占比97.15％，氨气经冷却水吸收系统制备氨水。反应后料浆进行液固分离，分离的滤饼含水率为19.78％，滤饼烘干得到的再生高铝料AlN含量为0.257％，单质Al和Al4C3质量含量加和为0.103％，可溶性盐含量为0.225％。
实施例3
本实施例提供二次铝灰的处理装置和处理方法，具体如下：
提供二次铝灰，AlN质量含量为27.63％，单质Al和Al4C3质量含量加和为5.94％。
采用0.45+58×X－260×X2公式计算的结果四舍五入后得到的整数为3；
其中，X＝A+B，A为铝灰中单质Al占铝灰的质量比，B为铝灰中Al4C3占铝灰的质量比，即X为单质Al和Al4C3质量含量的加和。
采用22×Z+1.2公式计算的结果四舍五入后得到的整数为7；
其中，Z为铝灰中AlN占铝灰的质量比。
即，二次铝灰的处理装置包括3级升温反应罐及7级保温反应罐。
通过如下方式处理上述二次铝灰：
按照质量比例1:5称取二次铝灰和水加入到配料罐进行配料，其中料浆输送过程在配料罐及各反应罐的容积为30％，料浆在配料罐的控制配料温度为15℃，料浆进入3级升温反应罐，并在1级升温反应罐的加入羟基磷酸钙，其加入量为二次铝灰质量的1.2％，料浆经3级升温反应罐从15℃升温至55℃，然后进入7级保温反应罐，7级保温反应罐保温温度为92℃，并在第一级保温反应罐内加入改性膨润土和最后一级保温反应罐内加入粉煤灰，添加量分别为二次铝灰质量的1.5％和0.7％。二次铝灰从加入所述配料罐配料到形成所述第五浆料的时间为450min。3级升温反应罐的气体经降温收集后进入可燃气收集系统作为燃料燃烧使用，收集的可燃气体中氢气体积占比为90.31％、甲烷体积占比为4.56％，7级保温反应罐气体收集的氨气中氨气占比95.34％，氨气经稀硫酸吸收制备硫酸铵。反应后料浆进行液固分离，分离的滤饼含水率为24.59％，滤饼烘干得到的再生高铝料AlN含量为0.213％，单质Al和Al4C3质量含量加和为0.097％，可溶性盐含量为0.281％。
实施例4
本实施例提供二次铝灰的处理装置和处理方法，具体如下：
提供二次铝灰，二次铝灰中AlN质量含量为22.76％，单质Al和Al4C3质量含量加和为9.56％。
采用0.45+58×X－260×X2公式计算的结果四舍五入后得到的整数为4；
其中，X＝A+B，A为铝灰中单质Al占铝灰的质量比，B为铝灰中Al4C3占铝灰的质量比，即X为单质Al和Al4C3质量含量的加和。
采用22×Z+1.2公式计算的结果四舍五入后得到的整数为6；
其中，Z为铝灰中AlN占铝灰的质量比。
即，二次铝灰的处理装置包括4级升温反应罐及6级保温反应罐。
通过如下方式处理上述二次铝灰：
按照质量比例1:3称取二次铝灰和水加入到配料罐进行配料，其中料浆输送过程在配料罐及各反应罐的容积为35％，料浆在配料罐的控制配料温度为18℃，料浆进入4级升温反应罐，并在1级升温反应罐的加入海藻酸钠，其加入量为二次铝灰质量的1.5％，料浆经4级升温反应罐从18℃升温至50℃，然后进入6级保温反应罐，6级保温反应罐保温温度为98℃，并在第一级保温反应罐内加入钢渣微粉和最后一级保温反应罐内加入聚硅酸硫酸铝铁，添加量分别为二次铝灰质量的1.35％和0.5％。二次铝灰从加入所述配料罐配料到形成所述第五浆料的时间为480min。4级升温反应罐的气体经降温收集后进入可燃气收集系统作为燃料燃烧使用，收集的可燃气体中氢气体积占比为84.72％、甲烷体积占比为10.27％，6级保温反应罐气体收集的氨气中氨气占比98.67％，氨气经稀硫酸吸收制备硫酸铵。反应后料浆进行液固分离，分离的滤饼含水率为20.41％，滤饼烘干得到的再生高铝料AlN含量为0.182％，单质Al和Al4C3质量含量加和为0.127％，可溶性盐含量为0.245％。
实施例5
本实施例提供二次铝灰的处理装置和处理方法，具体如下：
提供二次铝灰，二次铝灰中AlN质量含量为6.35％，单质Al和Al4C3质量含量加和为7.32％。
采用0.45+58×X－260×X2公式计算的结果四舍五入后得到的整数为3；
其中，X＝A+B，A为铝灰中单质Al占铝灰的质量比，B为铝灰中Al4C3占铝灰的质量比，即X为单质Al和Al4C3质量含量的加和。
采用22×Z+1.2公式计算的结果四舍五入后得到的整数为3；
其中，Z为铝灰中AlN占铝灰的质量比。
即，二次铝灰的处理装置包括3级升温反应罐及3级保温反应罐。
通过如下方式处理上述二次铝灰：
按照质量比例1:2称取二次铝灰和水加入到配料罐进行配料，其中料浆输送过程在配料罐及各反应罐的容积为45％，料浆在配料罐的控制配料温度为10℃，料浆进入3级升温反应罐，并在1级升温反应罐的加入羟基磷酸钙，其加入量为二次铝灰质量的1.3％，料浆经3级升温反应罐从10℃升温至60℃，然后进入3级保温反应罐，3级保温反应罐保温温度为100℃，并在第一级保温反应罐内加入羟基磷灰石和最后一级保温反应罐内加入粉煤灰，添加量分别为二次铝灰质量的0.5％和1.5％。二次铝灰从加入所述配料罐配料到形成所述第五浆料的时间为360min。3级升温反应罐的气体经降温收集后进入可燃气收集系统作为燃料燃烧使用，收集的可燃气体中氢气体积占比为85.39％、甲烷体积占比为9.63％，6级保温反应罐气体收集的氨气中氨气占比96.25％，氨气经冷却吸收系统制备氨水。反应后料浆进行液固分离，分离的滤饼含水率为18.67％，滤饼烘干得到的再生高铝料AlN含量为0.227％，单质Al和Al4C3质量含量加和为0.143％，可溶性盐含量为0.177％。
对比例1
本对比例提供二次铝灰的处理装置和处理方法，具体如下：
提供二次铝灰，二次铝灰中AlN质量含量为32.63％，单质Al和Al4C3质量含量加和为3.48％。
采用0.45+58×X－260×X2公式计算的结果四舍五入后得到的整数为2；
其中，X＝A+B，A为铝灰中单质Al占铝灰的质量比，B为铝灰中Al4C3占铝灰的质量比，即X为单质Al和Al4C3质量含量的加和。
采用22×Z+1.2公式计算的结果四舍五入后得到的整数为8；
其中，Z为铝灰中AlN占铝灰的质量比。
即，二次铝灰的处理装置包括2级升温反应罐及8级保温反应罐。
通过如下方式处理上述二次铝灰：
按照质量比例1:4称取二次铝灰和水加入到配料罐进行配料，其中料浆输送过程在配料罐及各反应罐的容积为40％，料浆在配料罐的控制配料温度为23℃，料浆进入2级升温反应罐，并在1级升温反应罐的加入柠檬酸铁铵，其加入量为二次铝灰质量的0.8％，料浆经2级升温反应罐从23℃升温至45℃，然后进入8级保温反应罐，8级保温反应罐保温温度为95℃，仅在最后一级保温反应罐内加入脱硫石膏，添加量为二次铝灰质量1.2％。二次铝灰从加入所述配料罐配料到形成所述第五浆料的时间为310min。2级升温反应罐的气体经降温收集后进入可燃气收集系统作为燃料燃烧使用，收集的可燃气体中氢气体积占比为85.79％、甲烷体积占比为11.25％，8级保温反应罐气体收集的氨气中氨气占比95.63％，氨气经冷却水吸收系统制备氨水。反应后料浆进行液固分离，分离的滤饼含水率为23.32％，滤饼烘干得到的再生高铝料AlN含量为3.56％，单质Al和Al4C3质量含量加和为0.128％，可溶性盐含量为0.257％。
对比例2
本对比例提供二次铝灰的处理装置和处理方法，具体如下：
提供二次铝灰，二次铝灰中AlN质量含量为27.63％，单质Al和Al4C3质量含量加和为5.94％。
采用0.45+58×X－260×X2公式计算的结果四舍五入后得到的整数为3；
其中，X＝A+B，A为铝灰中单质Al占铝灰的质量比，B为铝灰中Al4C3占铝灰的质量比，即X为单质Al和Al4C3质量含量的加和。
采用22×Z+1.2公式计算的结果四舍五入后得到的整数为7；
其中，Z为铝灰中AlN占铝灰的质量比。
即，二次铝灰的处理装置包括3级升温反应罐及7级保温反应罐。
通过如下方式处理上述二次铝灰：
按照质量比例1:5称取二次铝灰和水加入到配料罐进行配料，其中料浆输送过程在配料罐及各反应罐的容积为30％，料浆在配料罐的控制配料温度为15℃，料浆进入3级升温反应罐，并在1级升温反应罐的加入羟基磷酸钙，其加入量为二次铝灰质量的1.2％，料浆温度经3级升温反应罐从15℃升温至55℃，然后进入7级保温反应罐，7级保温反应罐保温温度为92℃，仅在第一级保温反应罐内加入改性膨润土，添加量为二次铝灰质量的1.5％。二次铝灰从加入所述配料罐配料到形成所述第五浆料的时间为600min。3级升温反应罐的气体经降温收集后进入可燃气收集系统作为燃料燃烧使用，收集的可燃气体中氢气体积占比为89.65％、甲烷体积占比为3.72％，7级保温反应罐气体收集的氨气中氨气占比97.43％，氨气经稀硫酸吸收制备硫酸铵。反应后料浆进行液固分离，分离的滤饼含水率为31.24％，滤饼烘干得到的再生高铝料AlN含量为0.231％，单质Al和Al4C3质量含量加和为0.147％，可溶性盐含量为0.744％。
对比例3
本对比例提供二次铝灰的处理装置和处理方法，具体如下：
提供二次铝灰，二次铝灰中AlN质量含量为22.76％，单质Al和Al4C3质量含量加和为9.56％。
采用0.45+58×X－260×X2公式计算的结果四舍五入后得到的整数为4；
其中，X＝A+B，A为铝灰中单质Al占铝灰的质量比，B为铝灰中Al4C3占铝灰的质量比，即X为单质Al和Al4C3质量含量的加和。
采用22×Z+1.2公式计算的结果四舍五入后得到的整数为6；
其中，Z为铝灰中AlN占铝灰的质量比。
即，二次铝灰的处理装置包括4级升温反应罐及6级保温反应罐。
通过如下方式处理上述二次铝灰：
按照质量比例1:3称取二次铝灰和水加入到配料罐进行配料，其中料浆输送过程在配料罐及各反应罐的容积为35％，料浆在配料罐的控制配料温度为18℃，料浆进入4级升温反应罐，料浆温度经4级升温反应罐内从18℃升温至50℃，然后进入6级保温反应罐，6级保温反应罐保温温度为98℃，并在第一级保温反应罐内加入钢渣微粉和最后一级保温反应罐内加入聚硅酸硫酸铝铁，添加量分别为二次铝灰质量的1.35％和0.5％。二次铝灰从加入所述配料罐配料到形成所述第五浆料的时间为450min。4级升温反应罐的气体经降温收集后进入可燃气收集系统作为燃料燃烧使用，收集的可燃气体中氢气体积占比为72.34％、甲烷体积占比为3.12％，6级保温反应罐气体收集的氨气中氨气占比88.15％，氨气经稀硫酸吸收制备硫酸铵。反应后料浆进行液固分离，分离的滤饼含水率为23.98％，滤饼烘干得到的再生高铝料AlN含量为0.296％，单质Al和Al4C3质量含量加和为1.781％，可溶性盐含量为0.233％。
相关实验及效果数据：
通过以上实施例和对比例说明，本发明实施例提供的二次铝灰湿法多级串联反应装置及处理方法，反应后料浆过滤后滤饼含水率<25％，再生高铝料中的AlN质量含量<0.3％，单质单质Al和Al4C3质量含量加和<0.2％，可溶性盐含量<0.1％，升温反应罐的收集气体中可燃气氢气和甲烷气体体积占比>93％，保温反应罐气体收集氨气中氨气体积含量占比为>95％。而对比例1、2和3则是在实施例2、3、4的基础上，分别取消掉添加活化剂、脱盐剂及稳定剂的步骤，其处理效果明显发生了改变。对比例1由于没有添加活化剂，其滤饼烘干得到的再生高铝料AlN含量为3.56％，远高于加入活化剂的效果；对比例2由于没有添加脱盐剂，其反应后料浆进行液固分离，分离的滤饼含水率为31.24％，滤饼烘干得到的再生高铝料可溶性盐含量为0.744％，无论是滤饼脱水还是脱盐效果都较差。对比例3由于没有添加稳定剂，得到的再生高铝料单质Al和Al4C3质量含量加和为1.781％，其单质Al和Al4C3的水解反应效果较差。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。而且，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。对于用“和/或”描述的三项以上的关联对象的关联关系，表示这三个关联对象可以单独存在任意一项，或者其中任意至少两项同时存在，例如，对于A，和/或B，和/或C，可以表示单独存在A、B、C中的任意一项，或者同时存在其中的任意两项，或者同时存在其中三项。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (3)
1.一种二次铝灰的处理方法，其特征在于，所述二次铝灰的处理方法包括如下步骤：
提供二次铝灰的处理装置；所述二次铝灰的处理装置包括依序连通的：
配料罐，所述配料罐上设置有用于加入铝灰的入料口；
升温反应单元；
保温反应单元，
其中，升温反应单元包括n个相互串联的升温反应罐，分别为1级升温反应罐、2级升温反应罐……n级升温反应罐，所述n个相互串联的升温反应罐上均设置有用于导出气体的第一出气口；
保温反应单元包括m个相互串联的保温反应罐，分别为1级保温反应罐、2级保温反应罐……m级保温反应罐，所述m个相互串联的保温反应罐上均设置有用于导出气体的第二出气口；
将二次铝灰和水从所述入料口加入所述配料罐，在所述配料罐中形成第一浆料；将所述第一浆料导入1级升温反应罐，同时在所述1级升温反应罐内加入用于促进单质Al和Al4C3水解并抑制AlN水解的稳定剂，形成第二浆料；
使第二浆料由1级升温反应罐向2-n级升温反应罐依次流动，在n级升温反应罐形成第三浆料，收集1级升温反应罐至n级升温反应罐内反应产生的气体；
将第三浆料导入1级保温反应罐，同时向1级保温反应罐中加入用于增强AlN水解活性的活化剂，形成第四浆料；
使第四浆料由1级保温反应罐向2-m级保温反应罐依次流动，向所述m级保温反应罐加入脱盐剂，所述脱盐剂用于增大固体颗粒粒度及促进盐类物质析出；脱盐剂与第四浆料混合、反应形成第五浆料，收集1级保温反应罐至m级保温反应罐内反应产生的气体；
过滤所述第五浆料得到滤液，对所述滤液进行浓缩结晶；
所述n为：采用0.45+58×X－260×X2公式计算的结果四舍五入后得到的整数；其中，X＝A+B，A为铝灰中单质Al占铝灰的质量比，B为铝灰中Al4C3占铝灰的质量比，X≤10％；
所述m为：采用22×Z+1.2公式计算的结果四舍五入后得到的整数；
其中，Z为铝灰中AlN占铝灰的质量比；
二次铝灰从加入所述配料罐配料到形成所述第五浆料的时间为30min-600min；
所述配料罐中温度控制为10-30℃；
所述1级升温反应罐自n级升温反应罐的温度逐渐升高，其中1级升温反应罐的温度为10-30℃，2-n级升温反应罐的温度为40-60℃；和/或，
所有所述保温反应罐的温度为90-100℃。
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，所述稳定剂包括磷酸二氢钙、羟基磷酸钙、柠檬酸铁铵、海藻酸钠中的至少一种；和/或，
所述活化剂包括钢渣微粉、干法脱硫灰、改性膨润土、羟基磷灰石中的至少一种；所述脱盐剂包括聚硅酸硫酸铝铁、粉煤灰、脱硫石膏中的至少一种。
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，所述稳定剂的添加量为二次铝灰质量的0.5～1.5％；和/或，
所述活化剂的添加量为二次铝灰质量的0.5～2％；和/或，
所述脱盐剂的添加量为二次铝灰质量的0.5～1.5％。
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