CN117587255A - 一种铝渣的资源化利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝渣的资源化利用方法，该方法将作为原料的铝渣处理后进行破碎和筛分分级，将其筛分成大粒径组、中粒径组以及细粒径组，然后将大粒径组的铝渣碎作为原料与其他原生金属混合制备铝合金锭；其细粒径组的铝渣碎作为原料，经磁选后与碳酸钠混合后热处理，并在热处理后进行酸溶处理，再利用喷雾干燥设备制粉后即得到复合净水剂；而中粒径组的铝渣碎作为原料与前序步骤中的副产物混合，并在混合后与石墨阴极粉、石灰石、高岭土、镁、碳化硅以及二氧化钛球磨后入炉进行高温热处理，热处理完成后即得高炉炼钢用精炼剂。本发明的方法能对铝渣进行高比例的资源化利用，且其对应的不同主产物均具有较高的价值属性。
Description
技术领域
本发明涉及金属资源的再生利用技术领域，具体涉及一种铝渣的资源化利用方法。
背景技术
铝渣是产生于铝及铝合金冶炼、成型过程中的副产品，它产生于所有铝发生熔融的工序，铝渣的主要成分包括氧化铝、金属铝、硅、钠、钙、铁等元素。其中，氧化铝是主要的成分，通常占据铝渣的40～70％以上。金属铝占据铝渣的20％左右，硅占据5％左右，钠和钙各占据2％左右，铁占据1％左右。此外，铝渣中还可能含有一些其他的元素，如镁、钾、铝烷、铜、锰等。
由于废铝渣涉及的前序工艺和原料组分存在差异，使得对应的废铝渣的成分存在较大的不确定性，其组成和杂质含量相对复杂且比例存在差异，这对废铝渣回收和再利用过程中的反应条件和产品性质都具有一定的影响。在此之前，这些废铝渣通常只有其中一部分高质铝渣可以经过提炼后循环使用，其余的废铝渣一般当作工业垃圾进行处理，既污染了环境、又对资源造成了极大的浪费，即便有部分企业对其余的低质废铝渣进行回收再利用的，但也多以工业原料形态或者建筑材料样式出现得低质化应用为主。而另一方面，随着金属铝应用范围的日益扩大，铝灰及铝渣的产生量也将成比列增长，而由于原铝的冶炼成本相对于钢铁和铜成本较高，再加上其矿产资源越来越匮乏，原铝制造成本进一步增加；铝渣作为一种重要的铝二次资源，其可利用铝的含量比例达到20～60％，如果能运用经济有效的办法加以回收利用和治理，来将铝渣中的该部分铝进行利用来获得高品质铝产品，且一并获得具有较高应用价值的副产品，将能有效提高相关资源的利用效率。
因此，应寻找经济有效的方法加以利用和治理铝渣，这将提高铝行业的经济效益，在实现资源的有效循环利用的同时，还将对实现经济、社会的可持续发展产生重要的影响。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种铝渣的资源化利用方法，该方法能对铝渣进行系统化资源利用，以解决上述技术背景中的缺陷。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种铝渣的资源化利用方法，具体包括以下操作步骤：
S1将作为原料的铝渣进行杂质清理，然后将清杂后的铝渣进行破碎后进行筛分分级，将铝渣碎筛分出粒径15～30mm的大粒径组、粒径5～15mm的中粒径组以及粒径≤5mm的细粒径组；
S2将大粒径组的铝渣碎作为原料制备铝合金锭，具体包括：
将作为原料的大粒径铝渣碎直接投入到炒灰机中进行铝渣炒灰作业，分离得到一次废渣以及铝液；将铝液加入精炼剂进行精炼，精炼完成后离心分离，得到二次废渣以及精炼铝液；
将精炼铝液与原生电解铝按照质量比7:3～6:4的比例进行混合后加入熔炼炉中进行熔炼，同时按照铝合金的组份比例关系一并加入其他组份，进行熔炼再生得到铝合金液，铝合金液出炉前进行组份分析并校正组份，然后浇注、铸锭后得到成品铝合金锭；
S3将细粒径组的铝渣碎作为原料制备聚合氯化铝复合净水剂，具体包括：
将作为原料的细粒径铝渣碎进行磁选，分离出其中的高含铁组份，然后将分离后的细粒径铝渣碎与碳酸钠按照质量比3:1的比例进行混合后利用陶瓷磨球进行球磨处理3～5h，球磨完成后加入热处理炉中，在850～920℃的温度条件下进行高温热处理，处理完成后降温到80～90℃并保持，利用盐酸进行酸溶处理，处理完成后进行固液分离，将分离后的滤液利用喷雾干燥设备进行干燥处理后即得到聚合氯化铝复合净水剂；
S4将中粒径组的铝渣碎作为原料制备高炉炼钢用精炼剂，具体包括；
将作为原料的中粒径铝渣碎与步骤S2中获得的一次废渣以及步骤S3中获得的高含铁组份进行混合得到铝渣混合料，将铝渣混合料与破碎后的石墨阴极粉、石灰石、高岭土、镁、碳化硅以及二氧化钛混合后进行混合球磨，球磨至粒径颗粒物粒径在3mm之下后入炉进行高温热处理，热处理完成后即得高炉炼钢用精炼剂。
作为进一步限定，在步骤S1中，清杂后的铝渣在进行破碎处理时采用颚式破碎机或者反击式破碎机作为破碎设备进行破碎作业；且在破碎作业过程中，粒径大于30mm的铝渣继续回流到破碎设备中，直至铝渣物料被完全破碎完成。
作为进一步限定，在步骤S1中铝渣碎的筛分通过圆筒筛分机实现。
作为进一步限定，在步骤S2中利用炒灰机进行铝渣炒灰作业时，控制炒灰机的处理温度为720～760℃，铝渣炒灰处理时长为15～20min。
作为进一步限定，在步骤S2中进行铝合金熔炼时，熔炼炉中排出的熔炼废渣与二次废渣一并进行回收，可用于作为建筑材料原料使用或者直接用于生产轻质砖。
作为进一步限定，在步骤S3中利用盐酸进行酸溶处理时，采用的盐酸为4mol/L，酸溶处理时长为30～45min。
作为进一步限定，在步骤S4中采用的铝渣混合料中，作为原料的中粒径铝渣碎、一次废渣以及高含铁组份的质量占比为10:3:2；
在进行高温热处理前，各组分的质量份含量为：铝渣混合料15～20份、石墨阴极粉3～5份、石灰石40～60份、高岭土3～5份、镁8～12份、碳化硅20～30份、二氧化钛5～8份。
作为进一步限定，在步骤S4中进行高温热处理时采用分段式热处理方式进行：
先在将炉温以20～30℃/min的升温速度升温至600～650℃，在该温度条件下保持90～120min；
在以50～80℃/min的升温速度升温至1250～1350℃，在该温度条件下保持15～20min；
以120～150℃/min的降温速度将炉温将至750～800℃，在该温度条件下保持30～45min；
随炉冷却至室温后保持120～180min，取出即完成后高温热处理。
作为进一步限定，在步骤S4中进行高温热处理时，直接将炉温以50～80℃/min的升温速度升温至1300～1500℃，保持45～60min后随炉冷却至室温后保持120～180min，取出即完成后高温热处理。
有益效果：本发明公开了一种铝渣的资源化利用方法，该方法先将铝渣进行破碎，并根据不同破碎形态下的铝渣碎的物理特性分别进行资源化处理；其利用大粒径铝渣碎用于与其他合金组份进行组合来制备铝合金锭，然后细粒径组的铝渣碎经过磁选后制备聚合氯化铝基的复合净水剂，而中粒径组的铝渣碎则作为原料用于制备高炉炼钢用精炼剂。上述铝渣的资源化利用方式，铝渣的利用率高，可以节约大量的原材料，降低生产成本，提高产品的竞争力。同时，也有助于保护环境，减少废物的排放。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，并使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本实施例仅仅是本发明实施例的一部分，而代表全部实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语是用于区别类似的对象，此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元。
在实施例中，铝渣的资源化利用方法被用于处理铝及铝合金冶炼、成型过程中所产生的铝渣废料，上述铝渣废料在进行处理前需要先进行杂质清理，主要用于清理掉铝渣中的灰土组分，在不同的实施例中，上述杂质清理的方法包括人工清选、水洗、水枪冲洗、气枪喷吹等。
清理掉表面杂质的铝渣直接利用反击式破碎机对铝渣进行破碎，其破碎过程可以多次循环进行，将破碎后的破碎料通过圆筒筛分机进行分筛，得到粒径为15～30mm的大粒径组铝渣碎、粒径5～15mm的中粒径组铝渣碎以及粒径≤5mm的细粒径组铝渣碎；同时，未过筛的铝渣碎继续进入反击式破碎机中继续进行破碎，直至铝渣物料被完全破碎完成。
其中，大粒径组铝渣碎中的铝渣，在冲击条件下具有较佳的结构稳定性，其内部铝组份含量较高，优选作为回收料来进行铝回收，其可以用于制备再生铝锭，但作为优选，应当用于制备铝合金锭，其制备铝合金锭时，先将作为原料的大粒径铝渣碎直接投入到炒灰机中进行铝渣炒灰作业，利用铝渣炒灰机进行炒灰作业时，控制炒灰机的处理温度在720～750℃之间，炒灰处理15min；处理过程中，如果铝灰温度过高，可以掺入冷灰防止温度过高；如果温度过低，则投入打渣剂提高温度或暂停搅拌已提高温度。若温度过高，同时伴有结块现象发生，则投入少量无烟煤粉或焦炭粉末，并将搅拌桨按照正转-反转-正转-反转的方式进行循环往复搅拌。
炒灰机炒灰过程中，能利用通过不断的加热升温，使铝渣中的金属铝组份熔化成液态铝，期间搅拌装置不停的搅拌使液态金属铝逐渐沉向炒灰机的容器底部，灰份则随废渣滞留在上部，在搅拌的作用下，废渣从上部排灰孔排出，液态铝从底部排料孔排出。
将排出的液态铝进行保温收集，使其保持熔融态，然后根据杂质特性，选择辅助剂来将铝水的杂质去除，同时取备好的铝精炼剂(用量为铝液重量的0.2％)进行保护气体条件下的精炼(保护气体为氮气)，利用钟形罩将铝精炼剂缓慢压入铝水中，直至罐内反应完全后，将精炼管从铝液中抽出，关闭氮气，并利用除气机对铝液进行除气，即完成精炼，精炼完成后利用离心机对熔融态下的铝液进行离心分离，得到精炼铝液以及二次废渣。
根据所需生产的铝合金种类、产量以及对应铝液的质量，按照对应的工艺条件准备好足量的原生金属料(铝、铜、镁、锰等)以及硅棒和辅料，将对应质量份的原生金属料、硅棒以及辅料投入精炼铝液中，在整个精炼铝液和铝合金液熔炼过程中保持炉内温度在所有物料的熔化温度之上30～60℃，使所有物料熔化成液体状；取备好的除渣剂(用量为铝合金液重量的0.3％)将其撒于铝液表面，利用用多孔扒轻轻搅动混合，并进行除渣作业，排出的废渣则送入冷灰机进行冷却，冷却后的熔炼废渣可以与前述二次废渣一并进行回收，可用于作为建筑材料原料使用或者直接用于生产轻质砖或者是作为净水滤料；除渣完成后得到成品铝合金液；得到的成品铝合金液在出炉前进行组份分析并校正组份，然后浇注、铸锭后得到成品铝合金锭。
细粒径铝渣碎可用于制备聚合氯化铝复合净水剂，其制备时需要先将作为原料的细粒径铝渣碎进行磁选，磁选时，设置磁选机为两级磁选，第一级磁选的磁通量为1000～1080高斯，第二级磁选的磁通量为1120～1150高斯；通过磁选后的细粒径铝渣碎被分为两组，一组为具有较高铁含量的高含铁组份；而另一组则为细粒径铝渣碎组。
将高含铁组份放置为一旁备用，而另一组的细粒径铝渣碎组则作为复合净水剂制取原料，考虑到细粒径铝渣碎组中部分铝、硅等被玻璃微珠包裹，难溶于酸，其酸溶处理的氯化铝溶出率较低，在本实施例中，将细粒径铝渣碎与碳酸钠按照质量比3:1的比例进行混合后利用陶瓷磨球进行球磨处理4h，其球磨细化后的细粒径铝渣碎能优化酸反应速率，而陶瓷磨球的球磨处理能磨损掉部分玻璃微珠，活化细粒径铝渣碎表层，并将碳酸钠细化。
球磨完成后将细粒径铝渣碎与碳酸钠的细化混合物加入热处理炉中，在850～920℃的温度条件下进行高温热处理20min，使其固相组份发生热分解，热分解过程中，铝渣碎中的莫来石组份含量持续降低，以使得盐酸酸溶处理时能达到最佳的酸溶效果。此时即可在降温到到80～90℃后对细粒径铝渣碎与碳酸钠的细化混合物进行盐酸的酸溶处理，酸溶处理时采用的盐酸为4mol/L，酸溶处理时长为30min，处理完成后进行固液分离，其液体部分利用喷雾干燥设备进行干燥处理后即得到聚合氯化铝复合净水剂。
上述制得的聚合氯化铝复合净水剂主要成份为聚合氯化铝(PAC)，其是介于AlCl3和Al(OH)3之间的一种水溶性无机高分子聚合物，对水中胶体和颗粒物具有高度电中和及桥联作用，并可强力去除微有毒物及重金属离子，性状稳定，是相对分子质量较大、电荷较高的无机高分子水处理药剂，净水效果明显，能有效支除水中色质SS、COD、BOD及砷、汞等重金属离子。被广泛用于饮用水、工业用水和污水处理领域。而相比于传统方式直接以铝灰酸溶方式制备的聚合氯化铝，利用本实施例的方法制得的聚合氯化铝具有更高的产品得率(直接以铝灰酸溶方式制备聚合氯化铝的得率一般为30～40％，在本实施例的方法的条件下聚合氯化铝的得率为65～75％，按铝元素算)，且制得的聚合氯化铝的聚合度更高，同时，在本实施例的上述聚合氯化铝复合净水剂中还具有少量的硅胶体以及氢氧化铁胶体，能起到较佳的助凝作用，絮凝效果更佳，并能在聚合氯化铝水解过程中，伴随发生凝聚，吸附和沉淀等物理化学过程，使得该复合净水剂的净水效果也更好。
本实施例的中粒径组的铝渣碎则能作为原料制备高炉炼钢用精炼剂，其制备时，先利用该中粒径铝渣碎与前述一次废渣以及前述高含铁组份按照质量占比为10:3:2的比例进行混合得到铝渣混合料，然后将该铝渣混合料与破碎后的石墨阴极粉、石灰石、高岭土、镁、碳化硅以及二氧化钛按照以下质量份比例进行混合：
铝渣混合料18份、石墨阴极粉4份、石灰石50份、高岭土4份、镁10份、碳化硅26份、二氧化钛7份。
混合后加入球磨机中进行球磨，球磨处理12h，待物料充分细化均匀，且粒径颗粒物粒径在3mm之下后入炉进行高温热处理，热处理时采用分段式热处理工艺进行：
先在热处理炉中将炉温以25℃/min的升温速度升温至600℃，在该温度条件下保持100min；然后在以60℃/min的升温速度升温至1300℃，在该温度条件下保持15min；再130℃/min的降温速度将炉温将至750℃，在该温度条件下保持45min；最后随炉冷却至室温后陈化保持150min，取出即完成后高温热处理。
上述精炼剂可以在奥氏体钢、双相不锈钢、铁素体、马氏体不锈钢炼钢的精炼过程中使用；用于在将钢包转包到精炼炉的过程中添加，前后分三次向钢包中加入，每转包1/3时加入一次，并尽快倒入钢液。精炼剂的加入可以缩短精炼的时间，并具有脱氧、脱硫、吸附夹杂物等效果，可用于提高钢水洁净度和质量，其使用效果与市售Ⅵ型钢精炼剂类似。
而在另外的实施例中，在上述精炼剂的制备过程中，对应的高温热处理过程也可以采用简化版的两段式高温热处理工艺，即先直接将炉温以50～80℃/min的升温速度升温至1300～1500℃，在保持45～60min后随炉冷却至室温后，其后在室温状态下陈化120～180min，取出即完成后高温热处理。
采用上述高温热处理方式制备的精炼剂使用效果略差，但优势在于制备工艺更加简单且易于控制。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。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 (9)
1.一种铝渣的资源化利用方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
S1将作为原料的铝渣进行杂质清理，然后将清杂后的铝渣进行破碎后进行筛分分级，将铝渣碎筛分出粒径15～30mm的大粒径组、粒径5～15mm的中粒径组以及粒径≤5mm的细粒径组；
S2将大粒径组的铝渣碎作为原料制备铝合金锭，具体包括：
将作为原料的大粒径铝渣碎直接投入到炒灰机中进行铝渣炒灰作业，分离得到一次废渣以及铝液；将铝液加入精炼剂进行精炼，精炼完成后离心分离，得到二次废渣以及精炼铝液；
将精炼铝液与原生电解铝按照质量比7:3～6:4的比例进行混合后加入熔炼炉中进行熔炼，同时按照铝合金的组份比例关系一并加入其他组份，进行熔炼再生得到铝合金液，铝合金液出炉前进行组份分析并校正组份，然后浇注、铸锭后得到成品铝合金锭；
S3将细粒径组的铝渣碎作为原料制备聚合氯化铝复合净水剂，具体包括：
将作为原料的细粒径铝渣碎进行磁选，分离出其中的高含铁组份，然后将分离后的细粒径铝渣碎与碳酸钠按照质量比3:1的比例进行混合后利用陶瓷磨球进行球磨处理3～5h，球磨完成后加入热处理炉中，在850～920℃的温度条件下进行高温热处理，处理完成后降温到80～90℃并保持，利用盐酸进行酸溶处理，处理完成后进行固液分离，将分离后的滤液利用喷雾干燥设备进行干燥处理后即得到聚合氯化铝复合净水剂；
S4将中粒径组的铝渣碎作为原料制备高炉炼钢用精炼剂，具体包括；
将作为原料的中粒径铝渣碎与步骤S2中获得的一次废渣以及步骤S3中获得的高含铁组份进行混合得到铝渣混合料，将铝渣混合料与破碎后的石墨阴极粉、石灰石、高岭土、镁、碳化硅以及二氧化钛混合后进行混合球磨，球磨至粒径颗粒物粒径在3mm之下后入炉进行高温热处理，热处理完成后即得高炉炼钢用精炼剂。
2.根据权利要求1所述的铝渣的资源化利用方法，其特征在于，在步骤S1中，清杂后的铝渣在进行破碎处理时采用颚式破碎机或者反击式破碎机作为破碎设备进行破碎作业；且在破碎作业过程中，粒径大于30mm的铝渣继续回流到破碎设备中，直至铝渣物料被完全破碎完成。
3.根据权利要求1所述的铝渣的资源化利用方法，其特征在于，在步骤S1中铝渣碎的筛分通过圆筒筛分机实现。
4.根据权利要求1所述的铝渣的资源化利用方法，其特征在于，在步骤S2中利用炒灰机进行铝渣炒灰作业时，控制炒灰机的处理温度为720～760℃，铝渣炒灰处理时长为15～20min。
5.根据权利要求1所述的铝渣的资源化利用方法，其特征在于，在步骤S2中进行铝合金熔炼时，熔炼炉中排出的熔炼废渣与二次废渣一并进行回收，可用于作为建筑材料原料使用或者直接用于生产轻质砖。
6.根据权利要求1所述的铝渣的资源化利用方法，其特征在于，在步骤S3中利用盐酸进行酸溶处理时，采用的盐酸为4mol/L，酸溶处理时长为30～45min。
7.根据权利要求1所述的铝渣的资源化利用方法，其特征在于，在步骤S4中采用的铝渣混合料中，作为原料的中粒径铝渣碎、一次废渣以及高含铁组份的质量占比为10:3:2；
在进行高温热处理前，各组分的质量份含量为：铝渣混合料15～20份、石墨阴极粉3～5份、石灰石40～60份、高岭土3～5份、镁8～12份、碳化硅20～30份、二氧化钛5～8份。
8.根据权利要求1所述的铝渣的资源化利用方法，其特征在于，在步骤S4中进行高温热处理时采用分段式热处理方式进行：
先在将炉温以20～30℃/min的升温速度升温至600～650℃，在该温度条件下保持90～120min；
在以50～80℃/min的升温速度升温至1250～1350℃，在该温度条件下保持15～20min；
以120～150℃/min的降温速度将炉温将至750～800℃，在该温度条件下保持30～45min；
随炉冷却至室温后保持120～180min，取出即完成后高温热处理。
9.根据权利要求1所述的铝渣的资源化利用方法，其特征在于，在步骤S4中进行高温热处理时，直接将炉温以50～80℃/min的升温速度升温至1300～1500℃，保持45～60min后随炉冷却至室温后保持120～180min，取出即完成后高温热处理。
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