CN118084509A - 一种耐火材料辅料的生产制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐火材料辅料的生产制备方法，包括以下步骤：制氧保证铝灰的充分燃烧；配料后的铝灰和固氟剂，经输送设备送入回转窑中，回转窑内运行温度为1000～1300℃，利用铝灰自燃产生高温，在旋转作用下液态金属铝自动聚合，而灰渣浮于铝熔体表面，从而使铝液和灰渣分离引燃铝灰后通入氧气，使铝灰中的氮化铝AlN在高温条件下发生氧化反应；固氟剂使细铝灰中的可溶性氟元素发生固氟反应，转化为不溶性的氟化物；固氟后的无害化热粉末冷却后入库贮存，作为耐火材料辅料外售。本发明将固体废弃物转化为有效资源，能够减少环境污染，提高资源利用率，起到保护环境、节约资源、降低生产成本的作用，为生产企业带来利润空间和市场价值，极具发展前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于铝灰渣或铝灰粉的耐火材料辅料的生产制备方法，充分利用经过无害化处理的铝灰，属于废物利用技术领域。
背景技术
铝灰渣是指铝电解、铝加工及再生铝加工过程中排出的固体废弃物。铝灰渣是熔炼时的必然产物，很容易对环境造成粉尘、氨气等污染，根据《国家危险废物名录2021》，铝灰渣已划分为危险废弃物。铝灰遇水后呈碱性，会破坏土壤的酸碱度，因此，铝灰渣必须要经过正确的方式进行处理，以免污染环境。近年来，面对日益严竣的环境形势，铝行业危废铝灰的处置成为了业内的焦点问题。
2017年我国电解铝产量为3227万吨，铝加工产量为5832万吨，再生铝产量为690万吨。据调查，电解槽大修排灰渣量约为电解铝产量的0.5%，约为16万吨。电解铝排灰量约为电解铝产量的1.2%，约为39万吨。铝加工排灰量约为产量的1.5%，约为88万吨。再生铝加工排灰量约为再生铝加工产量的10%，约为69万吨。据此估算我国每年广义的铝灰量约为200多万吨。如将现已排出的铝灰计算在内，我国的铝灰量超过1000万吨。
铝灰渣的组成成分复杂，包含氧化铝、活性铝和氮化铝等铝元素组分，其中，氮化铝遇水极易发生水解反应，产生具有刺激性气味的氨气，大量氨气会对人体和环境造成一定伤害；活性铝容易遇水反应生成氢气，氢气无色无味，易燃易炸，在工业生产中是一种极大危害。目前，现有的铝灰渣处理，都是将铝灰渣在水环境中反应，氮化铝遇水生产氨气，之后再去除氨气和产生的铵盐等，这种方式虽然可以去除氮化铝，但是，在水环境下，铝灰中的活性铝和铝合金会发生反应生产大量氢气，容易引起燃烧和爆炸，这已严重危害到铝灰渣的处理环境，极易造成安全隐患。
我国为工业生产大国，每年铝加工产生的铝灰渣为几百亿吨，在铝冶炼、成型过程中也会产生多种副产品。作为铝工业主要的副产品，铝灰产生于所有铝发生熔融的工序，其中的铝含量约占铝生产使用过程中总损失量的1～12%。以往，人们把铝灰看做废渣而堆弃，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利用和治理铝灰，将这些工业固废无害化处理并妥善利用，不仅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
本发明所要解决的技术问题是：提供一种耐火材料辅料的生产制备方法，基于无害化处理后的铝灰渣或铝灰粉，将固体废弃物转化为有效资源，能够减少环境污染，提高资源利用率，起到保护环境、节约资源、降低生产成本的作用。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案如下：
一种耐火材料辅料的生产制备方法，包括以下制备步骤：
（1）配料：铝灰和固氟剂，二者的质量比为 铝灰：固氟剂 = 1：（0.02～0.05），称重后的铝灰和固氟剂经密闭气动输送至配料仓中，为煅烧投料做准备；
（2）制氧：采用制氧机制氧，保证铝灰的充分燃烧，同时通过调节氧气供应量来控制燃烧温度；
（3）煅烧：配料后的铝灰和固氟剂，经自动输送设备送入回转窑中，回转窑内运行温度为1000～1300℃，铝灰在系统内加热过程为内热式，利用铝灰自燃产生高温，在回转窑的旋转作用下液态金属铝自动聚合，而灰渣浮于铝熔体表面，从而使铝液和灰渣分离；
（4）脱氮：引燃铝灰后，关闭炉门通入氧气，控制回转窑的温度在1000～1300℃，使铝灰中的氮化铝AlN在高温条件下发生氧化反应，在设定氧含量及温度的工艺条件下使铝灰中的氮元素95%以上转化成氮气，其余氮元素转化为 NOx ，反应方程式如下：
4AlN + 3O2 = 2Al2O3 + 2N2 ↑
4AlN + 5O2 = 2Al2O3 + 4NO ↑
2NO + O2 = 2NO2 ↑
（5）固氟：随铝灰投入回转窑中的固氟剂使细铝灰中的可溶性氟元素发生固氟反应，转化为不溶性的氟化物，反应方程式如下：
2NaF + CaO + 2SiO2 + Al2O3 = 2NaAlSiO4 + CaF2
2HF + CaCO3 →CaF2 + CO2 + H2O↑
SiF4 + 2CaCO3 → 2CaF2 + SiO2 + 2CO2 ↑
OF2 + CaCO3 → CaF2 +CO2 ↑+ O2 ↑
2ClF + CaCO3 → CaF2 + CaCl2
（6）冷却：固氟后的无害化热粉末通过回转窑进入密闭式灰斗，采用叉车将灰斗送入自动密闭倾翻机，再倒入冷灰桶中，冷灰桶采用间接式冷却，冷灰桶壁为双层设计，冷却水在夹套中，不接触热灰；
（7）分装：冷却后通过出料口进入吨包，吨包分装入库贮存，作为耐火材料辅料外售。
在步骤（1）中，所述固氟剂为生石灰和碳酸钙的混合物，所述生石灰和碳酸钙的重量份之比为（20～25）：（60～80）。
在步骤（1）中，所述铝灰为经过无害化处理的铝灰渣、电解铝及再生铝二次铝灰、除尘灰，过20～50目筛后，备用。
在本发明中，经过无害化处理的铝灰渣的预处理方法，专利名称：一种铝灰渣的预处理方法、申请号202410128181.X ，申请日为：2024年01月30日。
在步骤（2）中，所述制氧过程中采用的制氧机，制氧机分离空气由两个填满分子筛的吸附塔组成，在常温条件下，将压缩空气经过过滤和除水干燥等净化处理后进入吸附塔，在吸附塔中空气中的氮气及其他非氧成分被分子筛所吸附，而使氧气在气相中得到富集，从出口流出贮存在氧气缓冲罐中，而在另一塔已完成吸附的分子筛被迅速降压，解析出已吸附的成分，两塔交替循环，得到纯度为93±2%的氧气。
在步骤（3）、步骤（4）和步骤（5）的高温煅烧过程中，在脱氮和固氟的同时，还进行了脱除氰化物的处理，氰化物在大于 700℃时，全部分解成为 氮气N2和二氧化碳CO2气体。
本发明的积极有益效果在于：
1、本发明充分利用无害化处理后的铝灰渣或铝灰粉，将固体废弃物转化为有效资源，能够减少环境污染，提高资源利用率，起到保护环境、节约资源、降低生产成本的作用，为生产企业带来足够的利润空间和市场价值，极具发展前景。
2、本发明的煅烧工艺采用在回转窑中进行脱氮和固氟，回转窑内运行温度为1000～1300℃，铝灰在系统内加热过程为内热式，即利用铝灰自燃产生高温，在旋转作用下液态金属铝自动聚合，而灰渣浮于铝熔体表面，从而使铝液和灰渣分离。
3、本发明在脱氮和固氟的同时，还进行了脱除氰化物的处理，采用煅烧工艺脱除铝灰渣中的氰化物属于《河南省铝灰（渣）类危险废物综合经营许可证办理工作要点（试行）》中推荐的可行性技术，氰化物在大于 700℃时，全部分解成为 氮气N2和二氧化碳CO2气体。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的解释和说明：
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
实施例1：一种耐火材料辅料的生产制备方法，包括以下制备步骤：
（1）配料：铝灰和固氟剂，二者的质量比为 铝灰：固氟剂 = 1：0.03，称重后的铝灰和固氟剂经密闭气动输送至配料仓中，为煅烧投料做准备；
（2）制氧：采用制氧机制氧，保证铝灰的充分燃烧，同时通过调节氧气供应量来控制燃烧温度；
（3）煅烧：配料后的铝灰和固氟剂，经自动输送设备送入回转窑中，回转窑内运行温度为1200℃，铝灰在系统内加热过程为内热式，利用铝灰自燃产生高温，在旋转作用下液态金属铝自动聚合，而灰渣浮于铝熔体表面，从而使铝液和灰渣分离；
（4）脱氮：引燃铝灰后，关闭炉门通入氧气，控制回转窑的温度在1000～1300℃，使铝灰中的氮化铝AlN在高温条件下发生氧化反应，在设定氧含量及温度的工艺条件下使铝灰中的氮元素95%以上转化成氮气，其余氮元素转化为 NOx ，反应方程式如下：
4AlN + 3O2 = 2Al2O3 + 2N2 ↑
4AlN + 5O2 = 2Al2O3 + 4NO ↑
2NO + O2 = 2NO2 ↑
（5）固氟：随铝灰投入回转窑中的固氟剂使细铝灰中的可溶性氟元素发生固氟反应，转化为不溶性的氟化物，反应方程式如下：
2NaF + CaO + 2SiO2 + Al2O3 = 2NaAlSiO4 + CaF2
2HF + CaCO3 →CaF2 + CO2 + H2O↑
SiF4 + 2CaCO3 → 2CaF2 + SiO2 + 2CO2 ↑
OF2 + CaCO3 → CaF2 +CO2 ↑+ O2 ↑
2ClF + CaCO3 → CaF2 + CaCl2
（6）冷却：固氟后的无害化热粉末通过回转窑进入密闭式灰斗，采用叉车将灰斗送入自动密闭倾翻机，再倒入冷灰桶中，冷灰桶采用间接式冷却，冷灰桶壁为双层设计，冷却水在夹套中，不接触热灰；
（7）分装：冷却后通过出料口进入吨包，吨包分装入库贮存，作为耐火材料辅料外售。
在步骤（1）中，所述固氟剂为生石灰和碳酸钙的混合物，所述生石灰和碳酸钙的重量份之比为20：65。
在步骤（1）中，所述铝灰为经过无害化处理的铝灰渣、电解铝及再生铝二次铝灰、除尘灰，过50目筛后，备用。
在步骤（2）中，所述制氧过程中采用的制氧机，制氧机分离空气由两个填满分子筛的吸附塔组成，在常温条件下，将压缩空气经过过滤和除水干燥等净化处理后进入吸附塔，在吸附塔中空气中的氮气及其他非氧成分被分子筛所吸附，而使氧气在气相中得到富集，从出口流出贮存在氧气缓冲罐中，而在另一塔已完成吸附的分子筛被迅速降压，解析出已吸附的成分，两塔交替循环，得到纯度为93±2%的氧气。
在步骤（3）、步骤（4）和步骤（5）的高温煅烧过程中，在脱氮和固氟的同时，还进行了脱除氰化物的处理，氰化物在大于 700℃时，全部分解成为 氮气N2和二氧化碳CO2气体。
实施例2：一种耐火材料辅料的生产制备方法，包括以下制备步骤：
（1）配料：铝灰和固氟剂，二者的质量比为 铝灰：固氟剂 = 1：0.04，称重后的铝灰和固氟剂经密闭气动输送至配料仓中，为煅烧投料做准备；
（2）制氧：采用制氧机制氧，保证铝灰的充分燃烧，同时通过调节氧气供应量来控制燃烧温度；
（3）煅烧：配料后的铝灰和固氟剂，经自动输送设备送入回转窑中，回转窑内运行温度为1250℃，铝灰在系统内加热过程为内热式，利用铝灰自燃产生高温，在旋转作用下液态金属铝自动聚合，而灰渣浮于铝熔体表面，从而使铝液和灰渣分离；
（4）脱氮：引燃铝灰后，关闭炉门通入氧气，控制回转窑的温度在1000～1300℃，使铝灰中的氮化铝AlN在高温条件下发生氧化反应，在设定氧含量及温度的工艺条件下使铝灰中的氮元素95%以上转化成氮气，其余氮元素转化为 NOx ，反应方程式如下：
4AlN + 3O2 = 2Al2O3 + 2N2 ↑
4AlN + 5O2 = 2Al2O3 + 4NO ↑
2NO + O2 = 2NO2 ↑
（5）固氟：随铝灰投入回转窑中的固氟剂使细铝灰中的可溶性氟元素发生固氟反应，转化为不溶性的氟化物，反应方程式如下：
2NaF + CaO + 2SiO2 + Al2O3 = 2NaAlSiO4 + CaF2
2HF + CaCO3 →CaF2 + CO2 + H2O↑
SiF4 + 2CaCO3 → 2CaF2 + SiO2 + 2CO2 ↑
OF2 + CaCO3 → CaF2 +CO2 ↑+ O2 ↑
2ClF + CaCO3 → CaF2 + CaCl2
（6）冷却：固氟后的无害化热粉末通过回转窑进入密闭式灰斗，采用叉车将灰斗送入自动密闭倾翻机，再倒入冷灰桶中，冷灰桶采用间接式冷却，冷灰桶壁为双层设计，冷却水在夹套中，不接触热灰；
（7）分装：冷却后通过出料口进入吨包，吨包分装入库贮存，作为耐火材料辅料外售。
在步骤（1）中，所述固氟剂为生石灰和碳酸钙的混合物，所述生石灰和碳酸钙的重量份之比为25：70。
在步骤（1）中，所述铝灰为经过无害化处理的大修渣粉、铝灰渣、电解铝及再生铝二次铝灰、除尘灰，过20目筛后，备用。
在步骤（2）中，所述制氧过程中采用的制氧机，制氧机分离空气由两个填满分子筛的吸附塔组成，在常温条件下，将压缩空气经过过滤和除水干燥等净化处理后进入吸附塔，在吸附塔中空气中的氮气及其他非氧成分被分子筛所吸附，而使氧气在气相中得到富集，从出口流出贮存在氧气缓冲罐中，而在另一塔已完成吸附的分子筛被迅速降压，解析出已吸附的成分，两塔交替循环，得到纯度为93±2%的氧气。
本发明充分利用无害化处理后的铝灰渣或大修渣，将固体废弃物转化为有效资源，能够减少环境污染，提高资源利用率，起到保护环境、节约资源、降低生产成本的作用，为生产企业带来足够的利润空间和市场价值，极具发展前景。
本发明的煅烧工艺采用在回转窑中进行脱氮和固氟，回转窑内运行温度为 1000～1300℃，利用铝灰自燃产生高温，在旋转作用下液态金属铝自动聚合，而灰渣浮于铝熔体表面，从而使铝液和灰渣分离。
本发明在脱氮和固氟的同时，还进行了脱除氰化物的处理，采用煅烧工艺脱除铝灰渣中的氰化物属于《河南省铝灰（渣）类危险废物综合经营许可证办理工作要点（试行）》中推荐的可行性技术，氰化物在大于 700℃时，全部分解成为 氮气N2和二氧化碳CO2气体。
本领域的技术人员应理解，上述描述的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (5)
1.一种耐火材料辅料的生产制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
（1）配料：铝灰和固氟剂，二者的质量比为 铝灰：固氟剂 = 1：（0.02～0.05），称重后的铝灰和固氟剂经密闭气动输送至配料仓中，为煅烧投料做准备；
（2）制氧：采用制氧机制氧，保证铝灰的充分燃烧，同时通过调节氧气供应量来控制燃烧温度；
（3）煅烧：配料后的铝灰和固氟剂，经自动输送设备送入回转窑中，回转窑内运行温度为1000～1300℃，铝灰在系统内加热过程为内热式，利用铝灰自燃产生高温，在回转窑的旋转作用下液态金属铝自动聚合，而灰渣浮于铝熔体表面，从而使铝液和灰渣分离；
（4）脱氮：引燃铝灰后，关闭炉门，以3～5 m3/h通入氧气，控制回转窑的温度在1000～1300℃，使铝灰中的氮化铝AlN在高温条件下发生氧化反应，此时铝灰中的氮元素90%以上转化成氮气，其余氮元素转化为 NOx ，脱氮反应方程式如下：
4AlN + 3O2 = 2Al2O3 + 2N2 ↑
4AlN + 5O2 = 2Al2O3 + 4NO ↑
2NO + O2 = 2NO2 ↑
（5）固氟：随铝灰投入回转窑中的固氟剂使铝灰中的可溶性氟元素发生固氟反应，转化为不溶性的氟化物，反应方程式如下：
2NaF + CaO + 2SiO2 + Al2O3 = 2NaAlSiO4 + CaF2
2HF + CaCO3 →CaF2 + CO2 + H2O↑
SiF4 + 2CaCO3 → 2CaF2 + SiO2 + 2CO2 ↑
OF2 + CaCO3 → CaF2 +CO2 ↑+ O2 ↑
2ClF + CaCO3 → CaF2 + CaCl2
（6）冷却：固氟后的无害化热粉末通过回转窑进入密闭式灰斗，采用叉车将灰斗送入自动密闭倾翻机，再倒入冷灰桶中，冷灰桶采用间接式冷却，冷灰桶壁为双层设计，冷却水在夹套中，不接触热灰；
（7）分装：冷却后通过出料口进入吨包，吨包分装入库贮存，作为耐火材料辅料外售。
2.根据权利要求1所述的耐火材料辅料的生产制备方法，其特征在于：在步骤（1）中，所述固氟剂为生石灰和碳酸钙的混合物，所述生石灰和碳酸钙的重量份之比为（20～25）：（60～80）。
3.根据权利要求1所述的耐火材料辅料的生产制备方法，其特征在于：在步骤（1）中，所述铝灰为经过无害化处理的铝灰渣、电解铝及再生铝二次铝灰、除尘灰，粉碎后过20～50目筛后，备用。
4.根据权利要求1所述的耐火材料辅料的生产制备方法，其特征在于：在步骤（2）中，所述制氧过程中采用的制氧机，制氧机分离空气由两个填满分子筛的吸附塔组成，在常温条件下，将压缩空气经过过滤和除水干燥等净化处理后进入吸附塔，在吸附塔中空气中的氮气及其他非氧成分被分子筛所吸附，而使氧气在气相中得到富集，从出口流出贮存在氧气缓冲罐中，而在另一塔已完成吸附的分子筛被迅速降压，解析出已吸附的成分，两塔交替循环，得到纯度为93±2%的氧气。
5.根据权利要求1所述的耐火材料辅料的生产制备方法，其特征在于：在步骤（3）、步骤（4）和步骤（5）的高温煅烧过程中，除了脱氮和固氟之外，还同时进行了脱除氰化物的处理，氰化物在大于 700℃时，全部分解成为 氮气N2和二氧化碳CO2气体。
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