CN110548753B - 一种高效清洁的二次铝灰无害化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铝灰处理技术领域，公开了一种高效清洁的二次铝灰无害化处理方法，将二次铝灰加入脱氟剂以及重金属脱除剂后进行粉磨均化，随后进行高温焙烧，焙烧后得到的熟料为高铝无机材料。通过除尘装置捕集焙烧过程中产生的粉尘，除尘之后过滤出来的烟气经湿法吸收脱氟、臭氧脱硝后达标排放。捕集的粉尘使用水溶解后，进行蒸发结晶处理得到结晶盐。本发明能够清洁、安全、高效地处理二次铝灰，具有工艺流程简单、能耗低的特点，能实现二次铝灰高值资源化利用，市场适应性强，应用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及铝灰处理技术领域，特别是涉及一种高效清洁的二次铝灰无害化处理方法。
背景技术
铝灰产生于电解铝、铸造铝和再生铝行业中所有铝发生熔融的工序，我国铝工业每年产生的工业铝灰量已超过200万吨，根据铝灰在回收利用过程中的使用次数和金属铝含量，铝灰包括一次铝灰和二次铝灰，一次铝灰主要是铝和铝的氧化物混合而成，其中金属铝含量一般在30%～70%之间，具有较高的回收利用价值，回收利用较普遍，主要回收工艺有炒灰回收法、等离子体速熔法、压榨回收法等，且回收率可达70%以上。二次铝灰是一次铝灰经回收大部分金属铝后的含铝固体废弃物，含有5%～30%的金属铝，但由于其中含有一定量的氮化铝、碳化铝活性组分，Si、Mg、Fe等氧化物，K、Na等氯化物，Na3AlF6、AlF3、NaF等微量氟化物，以及微量的重金属。氮化铝、碳化铝等活性组分与水反应可产生易燃有毒气体；可溶性盐类会导致土壤盐碱化，农作物死亡；部分微量的氟化物及重金属具有浸出毒性，会造成水体污染。二次铝灰由于其成分复杂，处理难度大，多数企业采取填埋或堆存进行处理，因此，无害化处理二次铝灰，不仅是实现铝资源的二次循环利用的需要，也是对环境健康发展以及经济可持续发展的必然要求。
专利CN 105271327 A公开了一种铝灰无害化处理并回收利用的方法，该方法采用水洗脱氮、脱氯，焙烧脱氟，碱熔融烧结，烧结料溶出除杂后作为制备砂状氧化铝的原料。该方法可将铝灰中氮、氯、氟含量降至铝土矿要求，铝灰中铝的溶出率大于97%，但存在水洗时间长、耗水量大，工艺流程长、能耗大，产生的赤泥未得到有效处理等缺点。
专利CN 104988313 A公开了一种真空冶金分离铝灰中的氟、氯和氮化物的方法，该方法采用真空加热升华-冷凝法对铝灰进行分离，可得到不同种类的产物，但该方法对工艺条件要求严格，分离产物纯度不高等缺点。
专利CN 109179464 A公开了一种二次铝灰高效清洁资源化利用的方法，该方法低温焙烧除氮、碳和氟，水洗脱除钾、钠等可溶性盐，净化后的二次铝灰与其它原料在高温下制备铝基无机材料。但该方法存在低温焙烧时间长，水洗耗水量大，高温烧结能耗大等不足之处。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述不足，提供一种高效清洁的二次铝灰无害化处理方法。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种高效清洁的二次铝灰无害化处理方法，包括以下步骤，
S1，向二次铝灰中添加脱氟剂、重金属脱除剂后粉磨均化，得到均化后铝灰；
S2，将步骤S1均化后铝灰进行高温焙烧；
S3，焙烧后得到的熟料为高铝无机材料。
优选的，所述步骤S1中的脱氟剂为氢氧化铝（Al(OH)3）、十八水硫酸铝（Al2(SO4)3•18H2O）、明矾石、高岭土、铝矾土、六水氯化铝（AlCl3•6H2O）中的一种或几种；所述二次铝灰与脱氟剂的质量比为1 : 0.05 ～ 0.8。
优选的，所述步骤S1中的重金属脱除剂为氯化钙、氯化铵、氯化钠、固体碳、硫磺中的一种或几种；所述二次铝灰与重金属脱除剂的质量比为1 : 0.03～0.2。
优选的，所述步骤S2的焙烧温度为600℃～1200℃，焙烧时间为20min～120min。
优选的，高温焙烧过程排放的烟气经过除尘装置除尘后，再经湿法吸收脱氟、臭氧脱硝后达标排放；所述除尘装置为电除尘器、布袋除尘器、金属膜除尘器中的一种。
优选的，所述除尘装置收集的粉尘回收后置于水中溶解，得到盐溶液进行蒸发结晶处理，得到结晶盐。
优选的，所述步骤S1中粉磨均化过程中采用的设备为棒磨机、盘磨机、球磨机、自磨机中的一种。
优选的，所述高温焙烧设备采用转底炉、推板窑、回转窑、隧道窑、钢带窑中的一种。
优选的，所述步骤S3得到的高铝无机材料可用于制备铝酸盐材料、高铝耐火材料、Sialon材料。
本发明的作用原理：
本发明将二次铝灰加入脱氟剂以及重金属脱除剂后进行粉磨均化，随后进行高温焙烧，最终焙烧后得到的熟料为高铝无机材料。且在焙烧的过程中，通过除尘装置捕集焙烧过程中产生的粉尘，除尘之后过滤出来的烟气则经湿法吸收脱氟、臭氧脱硝后达标排放。捕集的粉尘则使用水溶解后，进行蒸发结晶处理得到结晶盐。
整个工艺过程操作简单且高效，实现了二次铝灰中氟、氮、重金属的脱除，以及盐的回收。二次铝灰焙烧处理后得到铝基无机材料中氧化铝含量70%～95%，其他成分为二氧化硅、镁铝尖晶石等，该铝基无机材料为高铝无机材料，杂质含量少，毒害物质已脱除，可用于制备各种铝酸盐材料、高铝耐火材料和Sialon材料等。
脱氟剂的加入使焙烧过程中的二次铝灰含有的固态氟化物转为气态氟化物的反应速率加快，脱氟效率提高；重金属脱除剂的加入使焙烧过程中的二次铝灰含有的重金属元素转为低熔点的气态化合物，使之与二次铝灰分离。焙烧过程使二次铝灰中AlN转化成Al2O3和N2，N2随窑尾烟气排入大气；除尘装置捕集的粉尘水溶后经蒸发结晶得到结晶盐，结晶盐的主要成分为二次铝灰中可溶性的氯化钠、氯化钾等盐类混合物，结晶盐为铝冶炼打渣剂的主要成分，可回用于铝冶炼打渣剂的生产。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、二次铝灰中的氟、氮、可溶性盐的脱除，通过焙烧一步完成，与焙烧脱氟脱氮加湿法水洗脱盐、湿法水洗脱盐脱氟加焙烧脱氮等处理方法相比，处理效率更高；
2、二次铝灰中的氟、氮、可溶性盐通过焙烧脱除的同时，且能脱除二次铝灰中的大部分重金属元素，资源化利用范围更广；
3、二次铝灰中的氮的脱除，通过焙烧完成，与湿法脱氮相比，脱氮效率更高，且避免了直接湿法处理产生的氨气带来的安全隐患以及氨逃逸给环境造成的污染和废气净化处理难题，本发明的处理方法更加清洁环保；
4、二次铝灰经过无害化处理后得到的高铝无机材料可作为耐火材料、水泥、水处理剂等行业的原料直接使用，实现二次铝灰的高值资源化利用。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例处理的二次铝灰荧光分析成分如表1所示：
表1 实施例1所处理的二次铝灰荧光分析成分表
高效清洁的二次铝灰无害化处理方法，包括以下步骤
S1，研磨均化：向二次铝灰中添加脱氟剂、重金属脱除剂后使用棒磨机粉磨均化，得到均化后铝灰；脱氟剂为氢氧化铝（Al(OH)3）；重金属脱除剂为氯化钠；二次铝灰、脱氟剂、重金属脱除剂的质量比为1 : 0.05: 0.2；
S2，高温焙烧：将步骤S1均化后铝灰使用转底炉进行高温焙烧；焙烧温度为750℃，焙烧时间为100min，焙烧后得到的熟料为高铝无机材料；高铝无机材料可用于制备铝酸盐材料、高铝耐火材料、Sialon材料。
S3，气体净化：高温焙烧过程排放的烟气经过金属膜除尘器除尘后，再经湿法吸收脱氟、臭氧脱硝后达标排放。
S4，回收结晶盐：除尘器捕集的粉尘回收后置于水中搅拌充分溶解，得到的盐溶液进行蒸发结晶处理，得到结晶盐；结晶盐用于铝冶炼打渣剂的生产；
本实施例的二次铝灰经过处理后制备得到的高铝无机材料的主要指标为：Al2O3:78.69%，SiO2:5.33%，AlN:0.15%，MgO:1.52%，Fe2O3:3.13%，NaCl:0.25%，KCl:<0.12%，F:0.18%，Zn：0.0062%，Cu：0.0226%，Cr：0.0155%，Pb：0.0007%，可浸出氟为17.13mg/L，低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》中规定的100mg/L的要求。
实施例2
本实施例处理的二次铝灰荧光分析成分如表2所示：
表2 实施例2所处理的二次铝灰荧光分析成分表
高效清洁的二次铝灰无害化处理方法，包括以下步骤：
S1，研磨均化：向二次铝灰中添加脱氟剂、重金属脱除剂后使用盘磨机粉磨均化，得到均化后铝灰；
脱氟剂为高岭土与铝矾土的混合物，高岭土与铝矾土的质量比为1:1；重金属脱除剂为氯化钙与氯化钠的混合物，固体碳与氯化钙的质量比为1:2；二次铝灰、脱氟剂、重金属脱除剂的质量比为1 :0.2: 0.08；
S2，高温焙烧：将步骤S1均化后铝灰使用转底炉进行高温焙烧；焙烧温度为860℃，焙烧时间为50min，焙烧后得到的熟料为高铝无机材料；高铝无机材料可用于制备铝酸盐材料、高铝耐火材料、Sialon材料。
S3，气体净化：高温焙烧过程排放的烟气经过袋式除尘器除尘后，再经湿法吸收脱氟、臭氧脱硝后达标排放。
S4，回收结晶盐：除尘器捕集的粉尘置于水中搅拌充分溶解，得到的盐溶液进行蒸发结晶处理，得到结晶盐；结晶盐用于铝冶炼打渣剂的生产；
本实施例的二次铝灰经过处理后制备得到的高铝无机材料的主要指标为：Al2O3:86.72%，SiO2:3.16%，AlN:0.17%，MgO:1.60%，Fe2O3:2.48%，NaCl: 0.18%，KCl: 0.08%，F:0.16%，Zn：0.0030%，Cu：0.0093%，Cr：0.0181%，Pb：0.0088%，可浸出氟为10.45mg/L，低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》中规定的100mg/L的要求。
实施例3
本实施例处理的二次铝灰荧光分析成分如表3所示：
表3 实施例3所处理的二次铝灰荧光分析成分表
高效清洁的二次铝灰无害化处理方法，包括以下步骤：
S1，研磨均化：向二次铝灰中添加脱氟剂、重金属脱除剂后使用球磨机粉磨均化，得到均化后铝灰；
脱氟剂为六水氯化铝（AlCl3•6H2O）；重金属脱除剂为氯化钠；二次铝灰、脱氟剂、重金属脱除剂的质量比为1 : 0.35: 0.03；
S2，高温焙烧：将步骤S1均化后二次铝灰使用隧道窑进行高温焙烧；焙烧温度为1100℃，焙烧时间为20min，焙烧后得到的熟料为高铝无机材料；高铝无机材料可用于制备铝酸盐材料、高铝耐火材料、Sialon材料。
S3，气体净化：高温焙烧过程排放的烟气经过电除尘器除尘后，再经湿法吸收脱氟、臭氧脱硝后达标排放。
S4，回收结晶盐：除尘器捕集的粉尘置于水中搅拌充分溶解，得到的盐溶液进行蒸发结晶处理，得到结晶盐；结晶盐用于铝冶炼打渣剂的生产；
本实施例的二次铝灰经过处理后制备得到的高铝无机材料的主要指标为：Al2O3:79.56%，SiO2:5.08%，AlN:0.14%，MgO:1.69%，Fe2O3:3.76%，NaCl:0.11%，KCl: 0.05%，F:0.17%，Zn：0.0069%，Cu：0.0077%，Cr：0.0034%，Pb：0.0041%，可浸出氟为9.68mg/L，低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》中规定的100mg/L的要求。
以上所述仅为本发明的部分实施例，并不局限于发明，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种高效清洁的二次铝灰无害化处理方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1，向二次铝灰中添加脱氟剂、重金属脱除剂后粉磨均化，得到均化后铝灰；
S2，将步骤S1均化后铝灰进行高温焙烧；
S3，焙烧后得到的熟料为高铝无机材料；
所述步骤S1中的脱氟剂为氢氧化铝、十八水硫酸铝、明矾石、高岭土、铝矾土、六水氯化铝中的几种；
所述二次铝灰与脱氟剂的质量比为1:0.05～0.8；
所述步骤S1中的重金属脱除剂为氯化钙、氯化铵、氯化钠中的一种或几种；所述二次铝灰与重金属脱除剂的质量比为1:0.03～0.2；
所述步骤S2的焙烧温度为860℃～1200℃，焙烧时间为20min～120min；
所述步骤S3得到的高铝无机材料可用于制备铝酸盐材料、高铝耐火材料、Sialon材料；二次铝灰焙烧处理后得到高铝基无机材料中氧化铝含量70％～95％；
高温焙烧过程排放的烟气经过除尘装置除尘后，再经湿法吸收脱氟、臭氧脱硝后达标排放；所述除尘装置为电除尘器、布袋除尘器、金属膜除尘器中的一种；所述除尘装置收集的粉尘回收后置于水中溶解，得到盐溶液进行蒸发结晶处理，得到结晶盐；
脱氟剂的加入使焙烧过程中的二次铝灰含有的固态氟化物转为气态氟化物的反应速率加快，脱氟效率提高；重金属脱除剂的加入使焙烧过程中的二次铝灰含有的重金属元素转为低熔点的气态化合物，使之与二次铝灰分离；焙烧过程使二次铝灰中AlN转化成Al2O3和N2，N2随窑尾烟气排入大气；除尘装置捕集的粉尘水溶后经蒸发结晶得到结晶盐，结晶盐的主要成分为二次铝灰中可溶性的氯化钠、氯化钾，结晶盐为铝冶炼打渣剂的主要成分，可回用于铝冶炼打渣剂的生产。
2.根据权利要求1所述的一种高效清洁的二次铝灰无害化处理方法，其特征在于：所述步骤S1中粉磨均化过程中采用的设备为棒磨机、盘磨机、球磨机、自磨机中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种高效清洁的二次铝灰无害化处理方法，其特征在于：所述高温焙烧设备采用转底炉、推板窑、回转窑、隧道窑、钢带窑中的一种。
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