CN208747648U - 水泥窑协同处置二次铝灰的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种水泥窑协同处置二次铝灰的系统，包括：依次连接的废渣预处理系统、无氧湿磨转化系统、碱金属盐浸出系统以及水泥窑资源化处理系统，所述无氧湿磨转化系统包括无氧湿磨转化机，系统内的所有设备及连接管路都采用密封设置，并设置抽吸机用于形成微负压。本实用新型提供的系统可以实现二次铝灰无害化、资源化的最终处置，处理1吨二次铝灰可提取0.1～0.3t碱金属盐；0.02～0.1t烧碱；0.5～0.8t氧化铝副产品，向水泥厂提供水泥原料0.2～0.3t及脱硝剂0.05～0.2t。其中涉及的无氧湿磨转化机能保证转化中产生的H2、CH4不燃烧爆炸，可以实现的固体废渣物料的消毒和转化且能提取转化气体。

Description

水泥窑协同处置二次铝灰的系统

技术领域

本实用新型涉及一种铝冶练工业废渣的处置系统，尤其涉及一种利用水泥窑协同资源化处置二次铝灰的系统，属于铝冶练工业废渣回收再利用技术领域。

背景技术

铝灰是电解铝、铸造铝和再生铝生产过程中，漂浮在铝熔体表面的不溶物和其他杂质。电解铝厂初出炉铝灰也叫白铝灰，根据统计生产1吨电解铝产生30kg左右的白铝灰，其中含有20～70％的金属铝，一般是从熔炼炉用铁耙将铝灰扒出，融化铝液冷却后采取粉磨、重力分选可以回收其中的大部分金属铝，剩余的大部分铝灰为黑铝灰，也称二次铝灰。而生产1 吨再生铝产生50kg左右的铝灰，再生铝生产过程中产生的铝灰都是黑铝灰，即二次铝灰。

二次铝灰中Al元素含量为50％左右，金属铝含量一般在5～15％，其他主要组份是Al、AlN、Al₂C₃、Al₂O₃、SiO₂和NaCl、KCl、Na₃AlF₆、AlF₆、NaF等物质组成，物质组成复杂。由于其中含有的可溶性氟化物、氯化物，同时，这些物质水解时还可能产生HF、HCl、NH₃、 CH₄等有毒有害气体，堆放在自然界会存在潜在的环境污染风险而被定义为危险固体废弃物。随着国民经济的发展，铝产量增长迅速，2017年我国铝产量3600万吨，估计新增铝灰也将每年超过100万吨。因此，合理利用铝灰中有用的物质，抑制有害元素的危害，不仅可以实现铝资源的循环利用，而且对于于保护绿水青山，保护自然环境具有十分重要的现实意义。

目前，国内外有关学者提出了采取各种方法从二次铝灰中提取金属铝和Al₂O₃和的技术路线，或用其作为棕刚玉、耐火砖、高铝水泥、净水剂的基础原料，在目前的技术下，均无法真正实现二次铝灰的无害化、资源化、低成本处理，二次铝灰的处置技术大部分停留在研发阶段，还没有成功的生产实例。

中国专利(专利号：CN106834739A)提出了一种从二次铝灰中提取铝的办法，专利要求将二次铝灰和硫酸铵或硫酸氢铵混合焙烧，然后再将焙烧渣通过水洗或酸洗，通过固液分离后得到硫酸铝溶液和固体废物，铝元素的回收率达到90％以上。但未对尾砂和洗涤废水、可能产生的有害气体提出处置方案。

中国专利(专利号：CN105039702A)提出了一种从二次铝灰中提取有价元素的方法，专利要求将二次铝灰用NaOH溶液混合球磨，再对过滤后得到的固体物质进行干燥可以回收有价值的铝灰粉末。但是没有对过滤后的滤液以及处理过程中可能产生的有害气体例如HF气体提出解决方案。

中国专利(专利号：CN1068300025A)提出了一种铝灰回收再利用的方法，包括两个步骤，脱氨处理和提取氧化铝，将铝灰粉末加水或碱调浆产生氨气，然后用强酸吸收氨气制成铵盐。调浆后的矿浆在反应釜，经过碱洗、酸洗过滤的渣煅烧得到Al₂O₃，对溶液进行加热浓缩得到盐。

中国专利(专利号：CN107915411A)提出了一种铝灰资源化利用的方法，权利要求将铝灰研磨成40目铝灰微粉，将25～65份铝灰微粉、20～35份SiO₂、10～30份CaO、4～12 份TiO₂、5～12份MgO和0～5份着色剂混合均匀，再置于熔融炉内进行熔融处理，得到熔融后熔液；将所述熔融后熔液倒入模具内冷却成型得到玻璃态块材，然后对所述玻璃态块材进行热处理，从而得到微晶玻璃材料。本实用新型可以将铝灰制成结构稳定的微晶玻璃材料，从而有效克服了现有湿法提取铝灰中有用成分易于产生有毒有害挥发物的缺点，实现铝灰的无害化处理和资源化利用。

从目前发表的有关专利技术和研发报告看，对二次铝灰的处置有湿法处理方式和火法处理方式，其中湿法处理又包括酸化和碱化处理，然后从废渣中提取有价值的物质，这些处置方式都可能存在能耗高、投资大、处置成本高及二次污染等技术难题：

(1)二次铝灰中存在氟化物，无论采用上述哪种方法都可能产生大量的HF气体，其毒性和腐蚀性会对人民生命和机械设备造成危害。

(2)二次铝灰中金属铝、AlN、Al₂C₃遇水会产生NH₃、H₂、CH₄，这些气体处置不当，不仅会污染环境，还可能发生爆炸燃烧危险。

(3)二次铝灰湿法处理后还会产生大量的废水，这些废水中存在少量的F-离子，仍能存在污染环境的风险。

(4)二次铝灰提取有用物质后还有大量的固体废渣，仍然存在Cl^-、F^-等毒害性强的物质，难以作为一般固体废弃物处理，即使能做到一般固废，如何做到对其的终极化处理仍能是难题。

(5)采取煅烧方式处置二次铝灰或者对于盐水溶液蒸发都需要大量的能耗，对于使用铵盐焙烧浸取可溶性铝盐方案，在焙烧和蒸发结晶中不仅能耗高，而且无法防止NH₄F、NH₃排放而对环境的污染。

本实用新型拟提供一种水泥窑协同资源化处置二次铝灰的系统，拟利用水泥窑处理固废的有利条件，有针对性地根据二次铝灰的基本特征，选择科学、环保、经济的处置的工艺方法和设备，有效防止三废排放，消除二次污染，实现对二次铝灰有用物质的高效回收和利用。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种水泥窑协同处置二次铝灰的系统。

本实用新型解决上述问题的具体技术方案如下：

首先，本实用新型解决上述问题的技术线路和思路如下：

(1)二次铝灰中的Cl^-和F^-都是以钠盐形式存在的，利用钠盐溶于水的机理，用水洗涤二次铝灰可以消除二次铝灰中的氟化物和氯化物；同时，将二次铝灰中的Al、AlN、Al₂C₃在水中水解产生NH₃、H₂、CH₄气体排出，Al元素最终全部转化为Al₂O₃，从而消除二次铝灰的毒性危害。

(2)为了防止NaF水解产生HF，本实用新型采用NaOH水溶液进行洗涤。通过过滤得到的固体渣为含量大于80％的氧化铝产品，是耐火材料、耐磨材料及其他化工的基本原料；从溶液中可获得NaCl、NaF、KCl及硅酸钠、铁酸钠和铝酸钠等混合物，加入Ca²⁺转化剂，再转化过滤得到不溶于水的CaF₂、硅酸钙、铁酸钙和铝酸钙固体渣，该固体渣能全部用于水泥原料，制成水泥熟料。微量的重金属元素固熔于晶格中消除毒性。从二次溶液中获得NaOH、NaCl、KCl，通过蒸发结晶分别得到NaCl、KCl固体和NaOH溶液，这些都是可以利用的化工原料。

(3)水泥窑协同处理方向：

将二次铝灰经二次转化过滤得到不溶于水的CaF₂、硅酸钙、铁酸钙和铝酸钙固体渣全部用于水泥原料，制成水泥熟料。微量的重金属元素能固熔于晶格中消除毒性，从而得到终极化处理。

将二次铝灰中的Al、AlN、Al₂C₃在水中水解产生的还原性气体NH₃、H₂、CH₄气体通过回收送入水泥窑作为脱硝剂使用。不仅能消除对环境的危害，还能节约水泥厂脱硝剂用量。

利用水泥窑低温余热蒸发结晶获得固体盐，这些盐可以返回铝厂作为溶剂盐使用。蒸发水分冷凝后返回使用，节约大量蒸发能源。

(4)为了保证转化中产生的H₂、CH₄不燃烧爆炸，必须控制转化过程中所抽吸气体的氧气含量，为此本实用新型提供一种适用于二次铝灰处置的无氧湿磨转化机。

本实用新型具体解决技术问题的方案如下：

提供一种水泥窑协同处置二次铝灰的系统，具体包括：依次连接的废渣预处理系统、无氧湿磨转化机系统、碱金属盐浸出系统以及水泥窑资源化处理系统，系统内的所有设备及连接管路都采用密封设置，并设置抽吸机用于形成微负压；

所述无氧湿磨转化机系统包括：无氧湿磨转化机，所述无氧湿磨转化机包括进料部、粉磨部、出料部以及传动部；所述粉磨部包括粉磨筒体及设置在粉磨筒体一端的进料口和设置在其另一端的出料口，所述进料部与进料口连接，所述出料口与出料部连接；所述传动部包括进料螺旋传动部与磨机传动部；

所述进料部包括进料机构、进料中空轴、螺旋送料机，螺旋送料机设置在进料中空轴内，进料中空轴的一端通过第一密封机构与进料机构连接，其另一端固定在粉磨筒体的进料口；所述螺旋送料机包括设置在进料中空轴轴中心位置的螺旋输送轴及设置在螺旋输送轴上的螺旋叶片；螺旋输送轴的进料端通过第一轴承与进料螺旋传动部连接，中部依次穿过进料机构、进料中空轴，其出料端通过第二轴承固定在粉磨筒体的进料口内，螺旋输送轴与进料机构的连接处通过第二密封机构密封连接；

所述出料部包括出料机构、出料中空轴、内螺旋出料机，所述内螺旋出料机设置在出料中空轴内，出料中空轴的一端通过第三密封机构与出料机构连接，其另一端固定在粉磨筒体的出料口；内螺旋出料机的进料端与粉磨筒体的出料口连接；内螺旋出料机能随出料中空轴一起旋转；

所述粉磨筒体的外部套设有大齿轮，粉磨筒体通过大齿轮与磨机传动部连接。

进一步地，

所述进料机构包括固定进料箱、固体物料进口和加料管，所述固体物料进口设置在固定进料箱的顶部，所述加料管贯穿设置在固定进料箱的中部；固体物料进口内设置锤式锁风阀；所述固定进料箱与进料中空轴连接的一侧设有朝进料方向收缩的开口；收缩开口通过第一密封机构与进料中空轴的进料端密封连接；所述螺旋输送轴为中空结构，所述加料管设于螺旋输送轴内，加料管的一端为液体加料口，另一端穿过螺旋输送轴连通至粉磨筒体进料口。

具体加工生产时，螺旋输送轴采用空心钢管加工，加液管内置于螺旋输送轴内。加料管的加料口端与外部的液体和惰性气体储存容器及流量控制机构连接，水、溶液和惰性气体通过内置于螺旋输送轴内的加料管进入无氧湿磨转化机内。上述固定进料箱的收缩开口起到锁风的作用。

进一步地，

固体物料进口与外部锁风喂料机相连，用于进料；所述螺旋机出料口就是粉磨部筒体进料口。

进一步地，

所述进料中空轴通过第一轴承支座固定在混凝土机座上。

进一步地，

所述进料机构的固定进料箱可通过机座固定在混凝土机座上。

进一步地，

所述出料机构包括固定出料箱、料浆出口、排气口；所述料浆出口设置在固定出料箱的底部、排气口设置在固定出料箱的顶部，所述固定出料箱与出料中空轴连接的一侧设有朝出料方向扩大的喇叭形开口；喇叭形开口通过第三密封机构与出料中空轴的出料端密封连接。

上述固定出料箱的扩大的喇叭形开口能起到防止漏风的作用。

进一步地，

所述料浆出口与外部锁风出料阀相连；排气口与外部抽吸机通过管道相连，抽吸机出口与储气罐相连，储气罐通过管道与水泥窑资源化处理系统(具体是水泥窑系统的窑尾烟室)。

进一步地，

所述出料中空轴通过第二轴承支座固定在混凝土机座上。

进一步地，

所述出料机构的固定出料箱可通过机座固定在混凝土机座上。

进一步地，

所述磨机传动部包括传动轴、减速机、电动机和轴承及支座，大齿轮与传动轴连接，通过大齿轮，实现磨机传动部带动粉磨筒体转动。

进一步地，

所述粉磨部还包括设置在粉磨筒体内的研磨体。

进一步地，

所述粉磨筒体由隔仓板分隔而成的一仓和二仓组成(对于较短的磨机可以不设隔仓板，只设一仓)。

进一步地，

所述粉磨筒体的内壁设置耐磨衬板。

优选地，

所述耐磨衬板、隔仓板为陶瓷或合金材料衬板；所述研磨体为陶瓷或合金材料研磨体。

进一步地，

所述无氧湿磨转化机系统还包括碱液池、料浆池，碱液池与无氧湿磨转化机进料机构的液体加液管连接，料浆池与无氧湿磨转化机出料机构的料浆出口连接，所述料浆池内设有搅拌装置，用于对出磨料浆进行洗涤。

进一步地，

所述废渣预处理系统包括：二次铝灰预处理装置，所述二次铝灰预处理装置包括依次连接的原灰仓、计量喂料机、粉磨设备、选粉设备、粉料仓；所述粉料仓与无氧湿磨转化机进料机构的固体物料进口连接。

进一步地，

上述粉磨设备包括风扫球磨机系统，所述选粉设备包括动态选粉机、振动筛和收尘器；所述动态选粉机设有粗粉出口、细粉出口和出风口，其细粉出口与粉料仓连接，其出风口连接一收尘器，收尘器收下的粉尘为产品，通过输送机送到粉料仓储存，收尘器出风口与一排风机相连。所述粗粉出口与振动筛相连，振动筛的筛上物作为金属铝收集，筛下粉料送回风扫球磨机系统继续进行粉磨。

进一步地，

所述水泥窑资源化处置系统包括：依次连接的固体废渣均化堆棚、配料系统和水泥生料制备系统及水泥窑系统。通过均化的固体废渣进入配料系统配料后，再进入水泥生料制备系统粉磨，最后经水泥窑系统煅烧成水泥熟料。

进一步地，

所述碱金属盐浸取系统包括：依次连接的第一过滤装置、搅拌洗涤机、沉降池、第二过滤装置、仓式蒸发机；所述第一过滤装置与无氧湿磨转化机系统的料浆池的料浆出口连接，第一过滤装置设有清液出口、固体渣出口，清液出口与转化剂B仓分别通过喂料机构与搅拌洗涤机进料口相连；搅拌洗涤机出料口与沉降池相连，沉降池底部的泥浆出口与第二过滤装置相连，所述第二过滤装置清液出口反连接至搅拌洗涤机，第二过滤装置的固体渣出口与水泥窑资源化处置系统的固体废渣均化堆棚连接；

所述沉降池的清液出口与仓式蒸发机连接，所述仓式蒸发机设有热风进口、热风出口以及水蒸汽出口，仓式蒸发机的热风进口与水泥窑系统的窑尾主排风机出口相连；其热风出口通过排风机连接至水泥窑系统的窑尾收尘器；其水蒸汽出口与冷凝器相连，冷凝器出风口与仓式蒸发机出风管相连。

进一步地，冷凝器的出水管连接至循环水池，循环水池再通过回水管连接回冷凝器，形成水循环。

上述水泥窑协同处置二次铝灰的系统的处理方法，具体包括如下步骤：

S1、二次铝灰预处理：将二次铝灰废料通过粉磨、选粉预处理成符合粉料细度100～300 目要求的二次铝灰粉料；

S2、无氧湿磨转化：首先通过加料管往无氧湿磨转化机内加满仓容30～50％的碱溶液，然后从加料管通入惰性气体(一般为N₂)驱离空气，使无氧湿磨转化机的粉磨筒体内形成微正压，然后再将步骤S1预处理后的二次铝灰粉料，通过锁风喂料计量机构送入无氧湿磨转化机，在无氧湿磨转化机的粉磨筒体内进行无氧转化研磨；待研磨转化反应完成后，将料浆卸出磨外送到料浆池储存，转化过程中产生的气体通过抽吸机送到储气罐储存；

S3、碱金属盐浸出：将步骤S2得到的料浆加入清水调节泥浆浓度，再用泥浆泵送到第一过滤装置进行过滤，过滤得到以氧化铝为主的固体物质，过滤后的清液加入转化剂B后，先采用搅拌洗涤机搅拌洗涤后再送到沉降池静置沉降，得到上部清液和下部不溶物，上部清液直接送到蒸发机进行浓缩结晶，得到副产品碱金属盐固体和烧碱溶液；下部不溶物通过第二过滤装置再次过滤，过滤后的清液返回沉降池继续静置沉降，固体物料送入堆料棚存放；

S4、水泥窑资源化处置：从步骤S3的第二过滤装置获得的固体物料(主要成分是不溶于水的CaF₂、硅酸钙、铁酸钙和铝酸钙固体渣)全部送到水泥窑原料配料系统按水泥原料总量的0.5～1％的比例进入水泥生料制备系统进行粉磨，并在水泥窑内煅烧制成水泥熟料。在这个过程中，微量的重金属元素固熔于晶格中消除毒性，从而得到终极化处理。

上述处理过程中，所有物料转运、粉碎、储存过程均密封进行，并用抽吸机抽吸形成微负压操作，防止粉尘和气体外露，所有气体通过收尘器(例如袋式收尘器)净化后排放。

进一步地，

步骤S1具体如下：将二次铝灰废料通过汽车运输进厂后直接卸入受料坑，然后通过提升机送入原灰仓内储存，原灰仓底通过喂料计量机构加入占物料总量的0.3～3％石灰(用于固化HF气体)和二次铝灰一起送入粉磨设备，然后通过选粉设备选粉得到符合细度要求的成品粉料，成品粉料再用输送机送到粉料库储存；通过研压粉磨后的粗粉中含有较多的金属铝片，通过振动筛将其筛分，得到筛上物铝片得以回收；其余粗粉返回粉磨设备继续研磨、选粉设备选粉，如此循环，直到达到粉料细度要求。

进一步地，

步骤S2中，转化反应时间为0.5～5小时，无氧湿法转化加入的碱溶液为入磨二次铝灰废料的0.3～5倍，碱溶液的PH值为7.5～12，碱溶液温度为40～100℃。

进一步地，

步骤S2中，料浆池采用气力搅拌方式搅拌，并根据需要加水调整料浆的浓度，一般地每次洗涤水量为反应后的固体物料的1～3倍。

进一步地，

步骤S3中的转化剂B为石灰、电石渣、石膏、脱硫石膏、氯化钙等的一种或几种的组合，添加质量为入磨二次铝灰废料中氟离子含量的0.3～2倍。

进一步地，

步骤S3中，仓式蒸发机采用方形料仓结构，仓内设置热风管道，并通入100～200℃热风，仓内加满需蒸发的液体，水分加热后形成气体从蒸发机顶部排出，被浓缩的液体结晶后沉入仓底排出仓外。

进一步地，

步骤S3中，仓式蒸发机的热风采用高温风机抽吸，热风从水泥窑系统窑尾高温风机出风口处引入，通过仓式蒸发机后再回到水泥窑系统窑尾收尘器进风管道，烟气不与蒸发液体接触。

进一步地，

步骤S3中，仓式蒸发机排出的水蒸气用抽吸机抽取，并用冷凝器冷凝，冷凝水回到循环水池用于洗涤，少量不凝气体进入水泥窑系统。

进一步地，

步骤S2中，经无氧湿磨转化机产生储存于储气罐内的气体，其成分是H₂、NH₃、CH₄，直接用管道送入水泥窑窑尾烟室作为脱硝剂使用。

所述无氧湿磨转化机工作方式采用间隙不连续工作方式，无氧湿磨转化机的仓内首先加满仓容30～50％的碱溶液，然后从加料管通入惰性气体(一般为N₂)驱离空气，使磨机仓内形成微正压，然后再按比例将固体物料和液体加入磨内，固体物料经过了磨外锁风喂料机构、和磨内重锤阀、螺旋锁风等多重锁风机构，液体物料通过密封管道输送不会进入气体，可以防止空气混入，达到密封的目的。磨机出料端物料为泥浆通过锁气出料阀可以隔绝空气。磨机在粉磨过程中由于磨尾排气口抽吸机的抽吸可以将磨内气体排出，磨内为微负压状态，不会造成反应气体羁留，也不会造成氧气浓度超过限值发生危害。

通过本实用新型可以实现二次铝灰无害化、资源化的最终处置，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型能节约资源、降低能耗、节约生产成本，符合发展循环经济和可持续发展的要求。采用本方案可以消除二次铝灰毒性危害，还可以获得具有一定价值的资源。一般的处理1吨二次铝灰可以提取0.1～0.3t碱金属盐；0.02～0.1t烧碱；0.5～0.8t氧化铝副产品，向水泥厂提供水泥原料0.2～0.5t及脱硝剂0.05～0.2t。

2、本实用新型通过科学和系统的方法对二次铝灰进行无害转化，废渣处理过程全部在密闭设备和负压环境下操作，并采用高效除尘设备进行处理，没有粉尘污染；转化和蒸发过程中的废水、废气和废渣可以得到循环使用和有效利用，无二次排放，能彻底消除二次污染的可能。其中，转化中产生的H₂、NH₃、CH₄等还原性可燃气体，通过无氧粉磨防止其燃烧，保证安全生产，并且将其收集直接进入水泥窑可作为燃料使用；产生的微量含氟化合物气体在水泥窑CaO强碱性条件下完全可以吸收固化成CaF₂固体物质进入水泥熟料，不会对外排放。所有水蒸汽蒸发后通过冷凝回收实现循环使用，不需要对外排放。所有废渣全部用于水泥生产原料。

3、利用水泥窑为余热发电后的低温烟气对盐水蒸发结晶，可以节约蒸发能耗。

4、本实用新型针对物料特性采用独特的工艺装备，完全可以组织大型化工业生产：

①本实用新型采用球磨机改造的无氧湿磨转化机，可以实现的固体废渣物料的消毒和转化，还可以提取转化气体。

②本实用新型利用低温烟气余热、采用仓式蒸发机蒸发盐水，该蒸发机结构简单，通过的烟气量大，阻力小，可以多级串联，蒸发效率高，没有二次污染。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例水泥窑系统处置二次铝灰的系统整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例水泥窑系统处置二次铝灰的工艺流程示意图；

图3为本实用新型实施例无氧湿磨转化机的立体构造示意图；

图4为本实用新型实施例无氧湿磨转化机的平面构造示意图；

图5为本实用新型实施例无氧湿磨转化机的进料部结构示意图；

图6为本实用新型实施例无氧湿磨转化机的出部结构示意图。

上述附图标记：

101、原灰仓；102、计量喂料机；103、粉磨设备；104、动态选粉机；106、振动筛；105、粉料仓；

21、无氧湿磨转化机；211、进料部；212、粉磨部；213、出料部；214、传动部；

21101、固体物料进口；21102、锤式锁风阀；21103、固定进料箱；21104、第一密封机构；21105、螺旋输送轴；21106、螺旋叶片；21107、加料管；21108、第一轴承；21109、第二轴承；21110、第二密封机构；21111、进料中空轴；21112、第三轴承；21113、第四轴承；

2121、粉磨筒体；2122、进料口；2123、出料口；21211、隔仓板；21212、一仓；21213、二仓；

2131、料浆出口；2132、排气口；2133、固定出料箱；2134、第三密封机构；2135、内螺旋出料机；2136、出料中空轴；

2141、进料螺旋传动部；2142、磨机传动部；

2151、第一轴承支座；2152、第二轴承支座；26、大齿轮；

27、混凝土机座；

301、第一过滤装置；302、搅拌洗涤机；303、沉降池；304、第二过滤装置；305、仓式蒸发机；306、冷凝器；307、烧碱仓；308、储气罐；309、转化剂B仓；

401、固体废渣均化堆棚；402、配料系统；403、水泥生料制备系统；404、水泥窑系统；

具体实施方式

下面结合实施例及附图对实用新型进一步说明，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1-6所示，本实施例提供一种水泥窑协同处置二次铝灰的系统，具体包括：依次连接的废渣预处理系统、无氧湿磨转化机系统、碱金属盐浸出系统以及水泥窑资源化处理系统，系统内的所有设备及连接管路都采用密封设置，并设置抽吸机用于形成微负压；

所述废渣预处理系统包括：二次铝灰预处理装置，所述二次铝灰预处理装置包括依次连接的原灰仓101、计量喂料机102、粉磨设备103、选粉设备、粉料仓105；粉磨设备103包括风扫球磨机系统，选粉设备包括动态选粉机104、振动筛106和收尘器；动态选粉机104设有粗粉出口、细粉出口和出风口，所述粗粉出口与振动筛106相连，其细粉出口与粉料仓105连接，其出风口连接一收尘器，收尘器收下的粉尘为产品，通过输送机送到粉料仓105储存，收尘器出风口与排风机相连。振动筛106的筛上物作为金属铝收集，筛下粉料送回粉磨设备103的风扫球磨机系统继续进行粉磨。

所述无氧湿磨转化机系统包括：无氧湿磨转化机21，无氧湿磨转化机21包括进料部211、粉磨部212、出料部213以及传动部214；粉磨部212包括粉磨筒体2121及设置在粉磨筒体 2121一端的进料口2122和设置在其另一端的出料口2123，进料部211与进料口2122连接，出料口2123与出料部213连接；传动部214包括进料螺旋传动部2141与磨机传动部2141；

本实施例中的进料部211包括：进料机构、进料中空轴21111、螺旋送料机，螺旋送料机设置在进料中空轴21111内，进料中空轴21111的一端通过第一密封机构21104与进料机构连接，其另一端固定在粉磨筒体2121的进料口2122；所述螺旋送料机包括设置在进料中空轴21111轴中心位置的螺旋输送轴21105及设置在螺旋输送轴21105上的螺旋叶片21106；螺旋输送轴21105的进料端通过第一轴承21108与进料螺旋传动部2141连接，中部依次穿过进料机构、进料中空轴21111，其出料端通过第二轴承21109固定在粉磨筒体2121的进料口2122 内，螺旋输送轴21105与进料机构的连接处通过第二密封机构21104密封连接；

作为优选实施例，本实施例中的进料机构包括固定进料箱21103、固体物料进口21101 和加料管21107，固体物料进口21101设置在固定进料箱21103的顶部，加料管21107贯穿设置在固定进料箱21103的中部；固体物料进口21101内设置锤式锁风阀21102；固定进料箱 21103与进料中空轴21111连接的一侧设有朝进料方向收缩的开口；收缩开口通过第一密封机构21104与进料中空轴21111的进料端密封连接；螺旋输送轴21105为中空结构，加料管21107 设于螺旋输送轴21105内，加料管21107的一端为液体加料口，另一端穿过螺旋输送轴21105 连通至粉磨筒体2121的进料口2122。固体物料进口21101与废渣预处理系统的粉料仓通过喂料机连接，所述喂料机为锁风喂料机，用于进料；所述输送轴21105出料口就是粉磨部筒体2121的进料口。

具体加工生产时，螺旋输送轴21105采用空心钢管加工，液体加液管21107内置于螺旋输送轴21105内。

本实施例中的出料部包括：出料机构、出料中空轴2136、内螺旋出料机2135，内螺旋出料机2135设置在出料中空轴2136内，出料中空轴2136的一端通过第三密封机构2134与出料机构连接，其另一端固定在粉磨筒体2121的出料口2123；内螺旋出料机2135的进料端与粉磨筒体2121的出料口2123连接；内螺旋出料机2135能随出料中空轴2136一起旋转；

作为优选实施例，本实施例中的出料机构包括固定出料箱2133、料浆出口2131、排气口 2132；料浆出口2131设置在固定出料箱2133的底部、排气口2132设置在固定出料箱2133 的顶部，固定出料箱2133与出料中空轴2136连接的一侧设有朝出料方向扩大的喇叭形开口；喇叭形开口通过第三密封机构2134与出料中空轴2136的出料端密封连接。

所述料浆出口与外部锁风出料阀相连；排气口与外部抽吸机通过管道相连，抽吸机出口与储气罐相连，储气罐通过管道与水泥窑窑尾烟室相连。

粉磨筒体2121的外部套设有大齿轮26，粉磨筒体2121通过大齿轮26与磨机传动部2142 连接。

本实施例中，通过将进料中空轴21111通过第一轴承支座2151固定在混凝土机座27上；将固定进料箱21103通过机座固定在混凝土机座27上。同时将出料中空轴2136通过第二轴承支座2152固定在混凝土机座27上；固定出料箱2133通过机座固定在混凝土机座27上，实现将整个无氧湿磨转化机进行固定。

本实施例中，磨机传动部2142包括传动轴、减速机、电动机和轴承及支座，大齿轮26 与传动轴连接，通过大齿轮26，实现磨机传动部2142带动粉磨筒体2121转动。

粉磨部212还包括设置在粉磨筒体2121内的研磨体，粉磨筒体2121由隔仓板21211分隔而成的一仓21212和二仓21213组成。粉磨筒体2121的内壁设置耐磨衬板。

优选地，所述耐磨衬板为陶瓷或合金材料衬板；所述研磨体为陶瓷或合金材料研磨体。

所述无氧湿磨转化机系统还包括碱液池22、料浆池23，碱液池22与无氧湿磨转化机21 进料机构的液体加液管2107连接，料浆池23与无氧湿磨转化机21出料机构的料浆出口2131 连接，料浆池23内设有搅拌装置，用于对出磨料浆进行洗涤。

所述水泥窑资源化处置系统包括：依次连接的固体废渣均化堆棚401、配料系统402和水泥生料制备系统403及水泥窑系统404。通过均化的固体废渣进入配料系统402配料后，再进入水泥生料制备系统403粉磨，最后经水泥窑系统404煅烧成水泥熟料。

所述碱金属盐浸取系统包括：依次连接的第一过滤装置301、搅拌洗涤机302、沉降池 303、第二过滤装置304、仓式蒸发机305；第一过滤装置301与无氧湿磨转化机系统的料浆池23的料浆出口连接，第一过滤装置301设有清液出口、固体渣出口，清液出口与转化剂B仓分别通过喂料机构与搅拌洗涤机302进料口相连；搅拌洗涤机302出料口与沉降池303相连，沉降池303底部的泥浆出口与第二过滤装置302相连，所述第二过滤装置302清液出口反连接至搅拌洗涤机302；第二过滤装置304的固体渣出口与固体废渣均化堆棚401连接。

沉降池303的清液出口与仓式蒸发机305连接，仓式蒸发机305设有热风进口、热风出口以及水蒸汽出口，仓式蒸发机305的热风进口与水泥窑系统的窑尾主排风机出口相连；其热风出口通过排风机连接至水泥窑系统的窑尾收尘器；其水蒸汽出口与冷凝器306相连，冷凝器306的出风口与仓式蒸发机305出风管相连。冷凝器306的出水管还可连接至循环水池，循环水池再通过回水管再连接回冷凝器，形成水循环。

上述水泥窑协同处置二次铝灰的系统的处理方法，具体包括如下步骤：

S1、二次铝灰预处理：将二次铝灰废料通过汽车运输进厂后直接卸入受料坑，然后通过提升机送入原灰仓101内储存，原灰仓101底通过喂料计量机构102将二次铝灰送入粉磨设备103同时加入转化剂A进行研磨，然后通过选粉设备选粉得到符合细度要求的成品粉料，成品粉料再用输送机送到粉料库储存；通过研压粉磨后的粗粉中含有较多的金属铝片，通过振动筛将其筛分，得到筛上物铝片得以回收；其余粗粉返回粉磨设备继续研磨、选粉设备选粉，如此循环，直到达到粉料细度要求。

粉磨的过程中加入少量石灰(占物料总量的0.3～3％)共同粉磨，防止HF的外泄；

S2、无氧湿磨转化：所述无氧湿磨转化机21工作方式采用间隙不连续工作方式，无氧湿磨转化机21内首先加满仓容30～50％的碱溶液，然后从加料管通入惰性气体(一般为N₂)驱离空气，使无氧湿磨转化机21粉磨筒体内一仓21212和二仓21213形成微正压，然后再按比例将固体物料和液体加入无氧湿磨转化机21内，将步骤S1预处理后的二次铝灰粉料，通过锁风喂料计量机构送入无氧湿磨转化机21，在无氧湿磨转化机21的粉磨筒体2121内进行无氧转化研磨；待研磨转化反应完成后，将料浆卸出磨外送到料浆池23储存，转化过程中产生的气体通过抽吸机送到储气罐308储存，经无氧湿磨转化机21产生储存于储气罐308内的气体，其成分是H₂、NH₃、CH₄，直接用管道送入水泥窑系统窑尾的烟室作为脱硝剂使用；转化反应时间为0.5～5小时，无氧湿法粉磨加入的碱溶液为入磨二次铝灰废料的0.3～5倍，碱溶液的PH值为7.5～12，碱溶液温度为40～100℃。料浆池23采用气力搅拌方式搅拌，并根据需要加水调整料浆的浓度，一般地每次洗涤水量为反应后固体物料的1～3倍。

S3、碱金属盐浸出，将步骤S2得到的料浆加入清水调节泥浆浓度，再用泥浆泵送到第一过滤装置301进行过滤，过滤得到以氧化铝为主的固体物质，过滤后的清液加入转化剂B后，转化剂B为石灰、电石渣、石膏、脱硫石膏、氯化钙等的一种或几种的组合，添加质量为入磨二次铝灰废料中氟离子含量的0.3～2倍。

先采用搅拌洗涤机302搅拌洗涤后再送到沉降池303静置沉降，得到上部清液和下部不溶物，上部清液直接送到仓式蒸发机305进行浓缩结晶，得到副产品碱金属盐固体和烧碱溶液；下部不溶物通过第二过滤装置304再次过滤，过滤后的清液返回沉降池303继续静置沉降，固体物料送入固体废渣均化堆棚401存放；

本实施例中的仓式蒸发机305采用方形料仓结构，仓内设置热风管道，并通入100～200℃热风，仓内加满需蒸发的液体，水分加热后形成气体从蒸发机顶部排出，被浓缩的液体结晶后沉入仓底排出仓外。仓式蒸发机305的热风采用高温风机抽吸，热风从水泥窑系统404的窑尾高温风机出风口处引入，通过仓式蒸发机305后再回到水泥窑系统404的窑尾长度收尘器进风管道，烟气不与蒸发液体接触。仓式蒸发机305排出的水蒸气用抽吸机抽取，并用冷凝器306冷凝，冷凝水回到循环水池用于洗涤，少量不凝气体进入水泥窑系统404。

S4、水泥窑资源化处置：从步骤S3第二过滤装置304获得的固体物料，主要成分是不溶于水的CaF₂、硅酸钙、铁酸钙和铝酸钙固体渣，将固体废渣均化堆棚401存放的固体物料全部送到水泥窑原料配料系统402按水泥原料总量的0.5～5％的比例进入水泥生料制备系统403 进行粉磨，并在水泥窑系统404内煅烧制成水泥熟料。在这个过程中，微量的重金属元素固熔于晶格中消除毒性，从而得到终极化处理。

上述处理过程中，所有物料转运、粉碎、储存过程均密封进行，并用抽吸机抽吸形成微负压操作，防止粉尘和气体外露，所有气体通过袋式收尘器净化后排放。

本实施例中，无氧湿磨转化机21工作时采用间隙工作方式，加料前从加料管21107通过鼓入惰性气体驱离空气，然后按比例将固体物料和液体加入磨内，固体物料经过了磨外锁风喂料机构、和磨内重锤阀、螺旋锁风等多重锁风机构，液体物料通过密封管道输送不会进入气体，可以防止空气混入，达到密封的目的。磨机出料端物料为泥浆通过锁气出料阀可以隔绝空气。磨机在粉磨过程中由于磨尾排气口抽吸机的抽吸可以将磨内气体排出，磨内为微负压状态，不会造成反应气体羁留，也不会造成氧气浓度超过限值发生危害。

通过本实用新型可以实现二次铝灰无害化、资源化的最终处置，采用本方案可以消除二次铝灰毒性危害，还可以获得具有一定价值的资源，通过上述系统采用上述方法处理一1吨二次铝灰肥料，可以提取0.1～0.3t碱金属盐；0.02～0.1t烧碱；0.5～0.8t氧化铝副产品，向水泥厂提供水泥原料0.2～0.5t及脱硝剂0.05～0.2t。

在采用本实用新型的系统和方法处理二次铝灰废渣的过程，全部在密闭设备和负压环境下操作，并采用高效除尘设备进行处理，没有粉尘污染；转化和蒸发过程中的废水、废气和废渣可以得到循环使用和有效利用，无二次排放，能彻底消除二次污染的可能。其中，转化中产生的H₂、NH₃、CH₄等还原性可燃气体，通过无氧粉磨防止其燃烧，保证安全生产，将其收集直接进入水泥窑可作为燃料使用；产生的微量含氟化合物气体在水泥窑CaO强碱性条件下完全可以吸收固化成CaF₂固体物质进入水泥熟料，不会对外排放。所有水蒸汽蒸发后通过冷凝回收实现循环使用，不需要对外排放。所有废渣全部用于水泥生产原料。本实用新型利用水泥窑为余热发电后的低温烟气对盐水蒸发结晶，可以节约蒸发能耗。

本实用新型采用的无氧湿磨转化机可以通过转化磨改造制得，改造设计的无氧湿磨转化机可以实现二次铝灰固体废渣物料的消毒和转化，还可以提取转化气体。此外，本实用新型利用低温烟气余热、采用仓式蒸发机蒸发盐水，该蒸发机结构简单，通过的烟气量大，阻力小，可以多级串联，蒸发效率高，没有二次污染。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型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实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型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实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种水泥窑协同处置二次铝灰的系统，其特征在于，具体包括：依次连接的废渣预处理系统、无氧湿磨转化机系统、碱金属盐浸出系统以及水泥窑资源化处理系统，系统内的所有设备及连接管路都采用密封设置，并设置抽吸机用于形成微负压；

所述无氧湿磨转化机系统包括：无氧湿磨转化机，所述无氧湿磨转化机包括进料部、粉磨部、出料部以及传动部；所述粉磨部包括粉磨筒体及设置在粉磨筒体一端的进料口和设置在其另一端的出料口，所述进料部与进料口连接，所述出料口与出料部连接；所述传动部包括进料螺旋传动部与磨机传动部；

所述进料部包括进料机构、进料中空轴、螺旋送料机，螺旋送料机设置在进料中空轴内，进料中空轴的一端通过第一密封机构与进料机构连接，其另一端固定在粉磨筒体的进料口；所述螺旋送料机包括设置在进料中空轴轴中心位置的螺旋输送轴及设置在螺旋输送轴上的螺旋叶片；螺旋输送轴的进料端通过第一轴承与进料螺旋传动部连接，中部依次穿过进料机构、进料中空轴，其出料端通过第二轴承固定在粉磨筒体的进料口内，螺旋输送轴与进料机构的连接处通过第二密封机构密封连接；

所述出料部包括出料机构、出料中空轴、内螺旋出料机，所述内螺旋出料机设置在出料中空轴内，出料中空轴的一端通过第三密封机构与出料机构连接，其另一端固定在粉磨筒体的出料口；内螺旋出料机的进料端与粉磨筒体的出料口连接；内螺旋出料机能随出料中空轴一起旋转；

所述粉磨筒体的外部套设有大齿轮，粉磨筒体通过大齿轮与磨机传动部连接。

2.根据权利要求1所述的水泥窑协同处置二次铝灰的系统，其特征在于，

所述进料机构包括固定进料箱、固体物料进口和加料管，所述固体物料进口设置在固定进料箱的顶部，所述加料管贯穿设置在固定进料箱的中部；固体物料进口内设置锤式锁风阀；所述固定进料箱与进料中空轴连接的一侧设有朝进料方向收缩的开口；收缩开口通过第一密封机构与进料中空轴的进料端密封连接；所述螺旋输送轴为中空结构，所述加料管设于螺旋输送轴内，加料管的一端为液体加料口，另一端穿过螺旋输送轴连通至粉磨筒体进料口。

3.根据权利要求2所述的水泥窑协同处置二次铝灰的系统，其特征在于，

所述出料机构包括固定出料箱、料浆出口、排气口；所述料浆出口设置在固定出料箱的底部、排气口设置在固定出料箱的顶部，所述固定出料箱与出料中空轴连接的一侧设有朝出料方向扩大的喇叭形开口；喇叭形开口通过第三密封机构与出料中空轴的出料端密封连接。

4.根据权利要求3所述的水泥窑协同处置二次铝灰的系统，其特征在于，

所述固体物料进口与外部锁风喂料机相连；所述料浆出口与外部锁风出料阀相连；排气口与外部抽吸机通过管道相连，抽吸机出口与储气罐相连，储气罐与水泥窑资源化处理系统连接。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的水泥窑协同处置二次铝灰的系统，其特征在于，

所述粉磨部还包括设置在粉磨筒体内的研磨体，所述粉磨筒体的内壁设置耐磨衬板。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的水泥窑协同处置二次铝灰的系统，其特征在于，

所述粉磨筒体由隔仓板分隔而成的一仓和二仓组成。

7.根据权利要求3所述的水泥窑协同处置二次铝灰的系统，其特征在于，

所述无氧湿磨转化机系统还包括碱液池、料浆池，碱液池与无氧湿磨转化机进料机构的液体加液管连接，料浆池与无氧湿磨转化机出料机构的料浆出口连接，所述料浆池内设有搅拌装置。

8.根据权利要求7所述的水泥窑协同处置二次铝灰的系统，其特征在于，

所述废渣预处理系统包括：二次铝灰预处理装置，所述二次铝灰预处理装置包括依次连接的原灰仓、计量喂料机、粉磨设备、选粉设备、粉料仓；

所述粉磨设备包括风扫球磨机系统，所述选粉设备包括动态选粉机、振动筛和收尘器；所述动态选粉机设有粗粉出口、细粉出口和出风口，所述粗粉出口与振动筛相连，其细粉出口与粉料仓连接，其出风口连接一收尘器；收尘器出风口连接一排风机。

9.根据权利要求8所述的水泥窑协同处置二次铝灰的系统，其特征在于，所述水泥窑资源化处置系统包括：依次连接的固体废渣均化堆棚、配料系统和水泥生料制备系统及水泥窑系统。

10.根据权利要求9所述的水泥窑协同处置二次铝灰的系统，其特征在于，

所述碱金属盐浸取系统包括：依次连接的第一过滤装置、搅拌洗涤机、沉降池、第二过滤装置、仓式蒸发机；所述第一过滤装置与无氧湿磨转化机系统的料浆池的料浆出口连接，第一过滤装置设有清液出口、固体渣出口，清液出口与转化剂B仓分别通过喂料机构与搅拌洗涤机进料口相连；搅拌洗涤机出料口与沉降池相连，沉降池底部的泥浆出口与第二过滤装置相连，所述第二过滤装置清液出口反连接至搅拌洗涤机；第二过滤装置的固体渣出口与水泥窑资源化处置系统的固体废渣均化堆棚连接；

所述沉降池的清液出口与仓式蒸发机连接，所述仓式蒸发机设有热风进口、热风出口以及水蒸汽出口，仓式蒸发机的热风进口与水泥窑系统的窑尾主排风机出口相连；其热风出口通过排风机连接至水泥窑系统的窑尾收尘器；其水蒸汽出口与冷凝器相连，冷凝器出风口与仓式蒸发机出风管相连。