CN208700590U - 用于“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中有机物和中间价态离子的氧化处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于湿法冶金领域，提供一种用于“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中有机物和中间价态离子的氧化处理系统，包括：氧化剂储罐，用于提供氧化气体；料液储罐，用于提供“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中的料液；水射器，用于将氧化气体与至少部分料液混合形成气液混合料；氧化罐，用于将料液和氧化气体进行反应，得到氧化后料液和尾气；辐流曝气器，用于将气液混合料中的氧化气体与料液混合均匀；尾气处理装置，用于除去氧化罐排出的尾气夹带的酸性气体和水分；引风装置，用于将处理后尾气引入氧化铝的焙烧炉。该系统能够将氯化铝料液中的中间价态离子进行同等程度氧化的条件下，所用的氧化时间缩短；也提高了氧化剂的利用率，节约了成本。

Description

用于“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中有机物和中间价态离子 的氧化处理系统

技术领域

本实用新型属于湿法冶金领域，尤其涉及一种用于“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中有机物和中间价态离子的氧化处理系统。

背景技术

在“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中，需要对中间价态离子及有机物进行氧化去除。目前在冶金化工行业常采用的氧化方法为次氯酸钠氧化、氯酸钠氧化等方法，而次氯酸钠或者氯酸钠氧化剂属于危险化学品，受高热分解会产生有毒气体，在使用过程中存在安全隐患；另外，对运输条件要求也加高。这类氧化剂在生产过程中会向体系引入杂质离子，影响后续工艺已以及产品品质。而且该类氧化剂成本较高，“一步酸溶法”生产一吨氧化铝需要消耗氧化剂20kg，以次氯酸钠(4000元/吨)为例，年产4000吨的氧化铝的中试厂，仅氧化工段氧化剂每年需要花费864万元，以氯酸钠(5400元/吨)为例，合计占氧化铝成本100元/吨氧化铝左右。

臭氧作为一种氧化能力极强的气体氧化剂，由于其反应条件温和，不会在体系中引入新的杂质离子，不会产生二次污染而受到关注，被广泛应用于水处理、精细化工等领域中。但是，臭氧的氧化能力受pH的影响较大，在酸性条件下，臭氧的氧化能力和氧化效率均较低。将臭氧作为氧化剂应用于“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中，也会存在氧化能力和氧化效率不高的问题。

由于以上原因，亟需开展适用于“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中氧化剂如何高效利用以及将其工业化应用研究。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对现有技术中用于“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中氧化剂不能高效利用以及尾气破坏后对氧化气体造成浪费的问题，提供一种用于“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中有机物和中间价态离子的氧化处理系统，该系统能够提高氧化剂的氧化效率以及尾气再利用的利用率。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种用于“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中有机物和中间价态离子的氧化处理系统，包括：

氧化剂储罐，用于存储和提供氧化气体；

料液储罐，用于存储和提供“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中的料液；

水射器，用于将来自氧化剂储罐的氧化气体与来自料液储罐的至少部分料液接触并混合，形成气液混合料；

氧化罐，用于将“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中的料液和氧化气体进行反应，使料液中的有机物和中间价态离子被氧化气体所氧化，得到氧化后料液和含有未反应氧化气体的尾气；所述氧化罐开设有用于接收来自水射器中的气液混合料的气液混合料进料口；所述氧化罐还开设有用于接收来自料液储罐的至少部分料液的料液进口；

辐流曝气器，用于将氧化罐接收的所述气液混合料中的氧化气体与料液混合均匀；所述辐流曝气器位于所述氧化罐内；

尾气处理装置，用于接收氧化罐排出的尾气并除去其中夹带的酸性气体和水分；

引风装置，用于将经尾气处理装置处理后的尾气作为焙烧助燃气引入氧化铝的焙烧炉。

其中，所述氧化气体选自空气、氧气和臭氧中的一种或多种。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述辐流曝气器的的进料口与所述氧化罐的气液混合料进料口相连通，气液混合料进料口与水射器的出料口相连通。通过在氧化罐内设置辐流曝气器，可以提高氧化气体与液态料流之间的气液混合均匀性以及气液混合效率。

优选地，所述辐流曝气器的辐流曝气头采用钢衬氟塑料材质或多孔陶瓷材质。所述水射器采用钢衬四氟材质。

根据本实用新型提供的氧化处理系统，优选地，所述氧化罐的材质为钢衬胶衬四氟材质。

优选地，所述氧化罐的顶部还开设有用于将尾气排出的尾气出口；所述氧化罐的底部还开设有用于将所述氧化后料液排出的氧化后料液出口。

根据本实用新型提供的氧化处理系统，优选地，所述氧化处理系统还包括：

料液中间储罐，用于接收氧化罐内经氧化反应后所得的所述氧化后料液；所述料液中间储罐内设有用于检测所述氧化后料液中的中间价态离子含量的检测器；

以及

氧化后料液储罐，用于接收料液中间储罐中经检测后中间价态离子含量合格的氧化后料液。

为了判断氧化罐排出的氧化后料液是否达到氧化合格的标准，在料液中间储罐中设置对中间价态离子含量进行检测的检测器。本领域技术人员应该理解，只要是能够检测液体物料中中间价态离子含量的检测器，都可以使用。

在本实用新型的一种示例中，所述料液中间储罐开设有出料口I和循环出料口II；其中，所述出料口I和氧化后料液储罐连通，用于将经检测后中间价态离子含量合格的氧化后料液输送至氧化后料液储罐；所述循环出料口II和料液储罐连通，用于将经检测后中间价态离子含量不合格的氧化后料液循环至所述料液储罐。

为了提高氧化剂的氧化效率，可以在氧化罐中进行循环氧化作用：当氧化罐排出的氧化后料液未达到氧化合格标准时，将料液中间储罐排出的未合格氧化后料液再作为原料液输入氧化罐进行循环氧化直至合格。

优选地，所述尾气处理装置包括：碱洗塔，用于接收来自氧化罐的尾气并除去其中的酸性气体；水洗塔，用于接收经碱洗塔处理后的尾气并除去其中夹带的碱液；干燥塔，用于接收经水洗塔处理后的气体并除去其中夹带的水分。

本实用新型技术方案带来的有益效果在于：(1)该系统中设置的辐流曝气器起到均匀布气作用，能够使氯化铝料液中的有机物和中间价态离子进行同等程度氧化的条件下，氧化反应更充分，反应速率加快，所用的氧化时间缩短，提高了氧化效率；(2)与现有破坏尾气中的氧化剂相比，该系统通过尾气处理装置，将尾气中未反应氧化气体进行除杂后，通过引风装置将其作为氧化铝焙烧炉的燃烧进行再利用，一方面可以减少尾气破坏装置的投入和能耗，另一方面提高了氧化剂的利用率，节约了成本。

附图说明

图1示出了本实用新型的用于“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中有机物和中间价态离子的氧化处理系统在一种示例中的流程图。

图2示出了实施例1、实施例2和实施例3的料液中Fe²⁺的浓度变化曲线。

图3示出了实施例4的料液中Fe²⁺、Mn⁷⁺浓度变化曲线。

上述图中标号说明如下：

1-氧化剂储罐，2-料液储罐，3-水射器，4-辐流曝气器，5-氧化罐，6-料液中间储罐，7-氧化料液储罐，8-碱洗塔，9-水洗塔，10-干燥塔，11-焙烧炉，12-气液混合料进料口，13-氧化后料液出口，14-料液进口，15-尾气出口。

具体实施方式

为了能够详细地理解本实用新型的技术特征和内容，下面将更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然实施例中描述了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。

在本发明的一种示例中，如图1所示，用于“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中有机物和中间价态离子的氧化处理系统包括：

氧化剂储罐1，用于存储和提供氧化气体；

料液储罐2，用于存储和提供“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中的料液；

水射器3，用于将来自氧化剂储罐1的氧化气体与来自料液储罐2的至少部分料液接触并混合，形成气液混合料；

氧化罐5，用于将“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中的料液和氧化气体进行反应，使料液中的有机物和中间价态离子被氧化气体所氧化，得到氧化后料液和含有未反应氧化气体的尾气；所述氧化罐开设有用于接收来自水射器3中的气液混合料的气液混合料进料口12；所述氧化罐还开设有用于接收来自料液储罐2的至少部分料液的料液进口14；

辐流曝气器4，用于将氧化罐5接收的所述气液混合料中的氧化气体与料液混合均匀；所述辐流曝气器4位于所述氧化罐5内；

尾气处理装置，用于接收氧化罐5排出的尾气并除去其中夹带的酸性气体和水分；

引风装置，用于将经尾气处理装置处理后所得的尾气作为焙烧助燃气引入氧化铝的焙烧炉11。在一种示例中，所述引风装置可以包括引风机和引风管道。

在一种优选实施方式中，所述辐流曝气器4的进料口与所述氧化罐5的气液混合料进料口12相连通，气液混合料进料口12与水射器3的出料口相连通。本领域技术人员也可以理解，所述辐流曝气器4的曝气头与所述氧化罐5的气液混合料进料口12相连通。所述辐流曝气器4的辐流曝气头采用钢衬氟塑料材质或多孔陶瓷材质。

所述氧化罐5的材质为钢衬胶衬四氟材质。

所述氧化罐5的顶部还开设有用于将尾气排出的尾气出口15；所述氧化罐5的底部开设有用于将所述氧化后料液排出的氧化后料液出口13。

在本实用新型中，氧化反应选择本领域常用的工艺条件即可。氧化反应的条件例如可以包括：“一步酸溶法”生产氧化铝工艺的料液中盐浓度为200～250g/L，料液温度为80～90℃，料液酸度为0.2％～0.8％。

所述氧化处理系统还包括：

料液中间储罐6，用于接收氧化罐5内经氧化反应后所得的所述氧化后料液；所述料液中间储罐6内设有用于检测所述氧化后料液中的中间价态离子含量的检测器；

以及

氧化后料液储罐7，用于接收料液中间储罐6中经检测后中间价态离子含量合格的氧化后料液。

例如，经氧化反应后所得料液中，检测出的Fe²⁺浓度大于10mg/L时为不合格；Mn²⁺浓度大于7.5mg/L时为不合格；有机物的COD大于40mg/L时为不合格。

所述料液中间储罐6开设有出料口I和循环出料口II；其中，所述出料口I和氧化后料液储罐7连通，用于将经检测后中间价态离子含量合格的氧化后料液输送至氧化后料液储罐7；所述循环出料口II和料液储罐2连通，用于将经检测后中间价态离子含量不合格的氧化后料液循环至所述料液储罐2。经检测后中间价态离子含量不合格的氧化后料液输送至所述料液储罐2内，再在氧化罐中进行循环氧化，以提高氧化效率。

所述尾气处理装置包括：碱洗塔8，用于接收来自氧化罐5的尾气并除去其中的酸性气体；水洗塔9，用于接收经碱洗塔处理后的尾气并除去其中夹带的碱液；干燥塔10，用于接收经水洗塔处理后的气体并除去其中夹带的水分。

本领域技术人员可以理解，所述尾气处理装置一般还可以包括：第一加料桶，用于向所述碱洗塔8中加入碱性溶液；第一循环泵，用于将所述碱洗塔底部的液体循环至顶部以对来自所述氧化罐5的废气进行碱洗；第二加料桶，用于向所述水洗塔9中加入水；第二循环泵，用于将所述水洗塔底部的液体循环至顶部以对来自所述碱洗塔8的废气进行水洗。所述碱洗塔采用的洗液为碱性溶液，例如氢氧化钠溶液；水洗塔采用的洗液为水；二者均可通过洗液与废气的逆流接触实现对废气的洗涤。

为了保证中间价态离子能够充分氧化，一般氧化剂的通入量是过量的，因此，废气中除了含有氯化氢气体之外，还含有一部分未反应的氧化气体。经过碱洗和水洗之后的尾气直接排放不仅会影响空气质量，还会造成资源浪费。为了进一步提高氧化气体的利用率，经过碱洗和水洗之后的尾气(大部分为氧化气体)通过引风装置(管道和引风机)送至氧化铝焙烧炉作为燃料再利用。当氧化气体为臭氧时，由于臭氧在270℃高温下会瞬间分解为氧气，而焙烧炉中的焙烧温度要远远大于270℃，故经尾气处理装置处理后的尾气无需再进行任何操作便可直接进入焙烧炉燃烧。尾气处理装置处理排出的尾气中臭氧含量为0.5％，氧气含量为90％，其余为氮气等其他气体，做燃烧气要优于空气。含有氧化气体的尾气的高效再利用，不仅能够节约氧化铝焙烧炉的燃料，还可以节省因供给氧化气体和焙烧炉燃料所消耗的能量和成本。

实施例1：

按照图1所示的氧化处理系统进行处理，采用空气作为氧化剂对“一步酸溶法”生产氧化铝工艺的料液(料液中盐浓度为230g/L，料液温度为85℃，料液酸度为0.4％)进行氧化处理和尾气处理，监测其中Fe²⁺的浓度变化，其浓度变化曲线如图2所示。

从图2中可看出，采用空气作为氧化剂可以将Fe²⁺充分氧化。空气氧化剂需要的氧化时间为43min。空气氧化剂的反应速率为49.53mg/L·min。

氧化后尾气通过碱洗塔、水洗塔和干燥塔的处理后，通入焙烧炉作为助燃气，实现尾气再利用及零排放。

实施例2：

按照图1所示的氧化处理系统进行处理，采用富氧气对“一步酸溶法”生产氧化铝工艺的料液(料液中盐浓度为230g/L，料液温度为85℃，料液酸度为0.4％)进行氧化处理和尾气处理，监测其中Fe²⁺的浓度变化，其浓度变化曲线如图2所示。富氧气氧化剂的反应速率为54.82mg/L·min。

从图2中可看出，采用富氧气作为氧化剂可以将Fe²⁺充分氧化。富氧氧化剂需要的氧化时间为38min。

氧化后尾气通过碱洗塔、水洗塔和干燥塔的处理后，通入焙烧炉作为助燃气，实现尾气再利用及零排放。

实施例3：

按照图1所示的氧化处理系统进行处理，采用臭氧对“一步酸溶法”生产氧化铝工艺的料液(料液中盐浓度为230g/L，料液温度为85℃，料液酸度为0.4％)进行氧化处理和尾气处理，监测其中Fe²⁺的浓度变化，其浓度变化曲线如图2所示。

从图2中可看出，采用臭氧作为氧化剂可以将Fe²⁺充分氧化。臭氧氧化剂需要的氧化时间为22.5min。臭氧氧化剂的反应速率为94.07mg/L·min。

氧化后尾气通过碱洗塔、水洗塔和干燥塔的处理后，通入焙烧炉作为助燃气，在焙烧尾气中没有测到臭氧成分，实现尾气再利用及零排放。

通过图2的三条曲线比对可知，三种氧化剂都可以将Fe²⁺充分氧化。同等氧化程度下，臭氧氧化剂反应动力学曲线斜率远大于空气氧化剂和富氧氧化剂。

实施例4：

按照图1所示的氧化处理系统进行处理，采用臭氧对“一步酸溶法”生产氧化铝工艺的料液中的中间价态Fe²⁺、Mn²⁺进行氧化处理和尾气处理，监测其中Fe²⁺、Mn⁷⁺浓度变化，其浓度变化曲线如图3所示。

由图3中可看出，臭氧氧化25min时，亚铁离子已全部被去除。溶液中的Mn⁷⁺含量随着反应时间的增加而增多，当亚铁离子反应完全后高价锰的生成速率开始加快。这是因为亚铁离子的还原性高于锰离子，当通入臭氧时先与亚铁离子发生反应，当亚铁离子反应完全后锰离子才会被臭氧氧化。高价锰离子反应分为两个阶段，第一阶段为0～25min，第二阶段为25～40min。第一阶段得反应速率常数为0.079mg/(L·min)，第二阶段反应速率常数提高至0.1926mg/(L·min)。

氧化后尾气通过碱液槽、水洗槽、干燥处理后通入焙烧炉作为助燃气，在焙烧尾气中没有测到臭氧成分，实现尾气再利用及零排放。

实施案例5：

按照图1所示的氧化处理系统进行处理，采用臭氧对“一步酸溶法”生产氧化铝工艺的料液中的有机物进行去除，监测料液中COD的变化以表征高效氧化剂对料液中有机物的去除。料液中初始COD为76mg/L，反应温度为80℃，经高效氧化后，料液中剩余COD含量为13mg/L，有机物去除率达80％以上。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (8)

1.一种用于“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中有机物和中间价态离子的氧化处理系统，其特征在于，包括：

氧化剂储罐(1)，用于存储和提供氧化气体；

料液储罐(2)，用于存储和提供“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中的料液；

水射器(3)，用于将来自氧化剂储罐(1)的氧化气体与来自料液储罐(2)的至少部分料液接触并混合，形成气液混合料；

氧化罐(5)，用于将“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中的料液和氧化气体进行反应，使料液中的有机物和中间价态离子被氧化气体所氧化，得到氧化后料液和含有未反应氧化气体的尾气；所述氧化罐开设有用于接收来自水射器(3)中的气液混合料的气液混合料进料口(12)；所述氧化罐还开设有用于接收来自料液储罐(2)的至少部分料液的料液进口(14)；

辐流曝气器(4)，用于将氧化罐(5)接收的所述气液混合料中的氧化气体与料液混合均匀；所述辐流曝气器(4)位于所述氧化罐(5)内；

尾气处理装置，用于接收氧化罐(5)排出的尾气并除去其中夹带的酸性气体和水分；

引风装置，用于将经尾气处理装置处理后的尾气作为焙烧助燃气引入氧化铝的焙烧炉(11)。

2.根据权利要求1所述的氧化处理系统，其特征在于，所述辐流曝气器(4)的进料口与所述氧化罐(5)的气液混合料进料口(12)相连通，气液混合料进料口(12)与水射器(3)的出料口相连通。

3.根据权利要求2所述的氧化处理系统，其特征在于，所述辐流曝气器(4)的辐流曝气头采用钢衬氟塑料材质或多孔陶瓷材质。

4.根据权利要求1所述的氧化处理系统，其特征在于，所述氧化罐(5)的材质为钢衬胶衬四氟材质。

5.根据权利要求1所述的氧化处理系统，其特征在于，所述氧化罐(5)的顶部还开设有用于将尾气排出的尾气出口(15)；所述氧化罐(5)的底部开设有用于将所述氧化后料液排出的氧化后料液出口(13)。

6.根据权利要求5所述的氧化处理系统，其特征在于，所述氧化处理系统还包括：

料液中间储罐(6)，用于接收氧化罐(5)内经氧化反应后所得的所述氧化后料液；所述料液中间储罐(6)内设有用于检测所述氧化后料液中的中间价态离子含量的检测器；

以及

氧化后料液储罐(7)，用于接收料液中间储罐(6)中经检测后中间价态离子含量合格的氧化后料液。

7.根据权利要求6所述的氧化处理系统，其特征在于，所述料液中间储罐(6)开设有出料口I和循环出料口II；其中，所述出料口I和氧化后料液储罐(7)连通，用于将经检测后中间价态离子含量合格的氧化后料液输送至氧化后料液储罐(7)；所述循环出料口II和料液储罐(2)连通，用于将经检测后中间价态离子含量不合格的氧化后料液循环至所述料液储罐(2)。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的氧化处理系统，其特征在于，所述尾气处理装置包括：碱洗塔(8)，用于接收来自氧化罐(5)的尾气并除去其中的酸性气体；水洗塔(9)，用于接收经碱洗塔处理后的尾气并除去其中夹带的碱液；干燥塔(10)，用于接收经水洗塔处理后的气体并除去其中夹带的水分。