一種無害化處理鋁灰并制備砂狀氧化鋁的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無害化處理鋁灰并生產(chǎn)砂狀氧化鋁的方法。本發(fā)明主要包括如下幾個主要步驟：重熔、堿洗、干燥燒結(jié)、溶出、過濾提純、碳分分解、焙燒，具體為以鋁電解冶煉和粗鋁精煉過程中產(chǎn)生的鋁灰為原料，經(jīng)過回收金屬鋁、堿洗脫雜、純堿燒結(jié)、燒結(jié)熟料溶出、鋁酸鈉溶液深度除雜、碳分、氫氧化鋁分離與洗滌、氫氧化鋁焙燒、碳分母液蒸發(fā)等工序后處理后，得到砂狀氧化鋁產(chǎn)品。鋁灰中的氟以氟化硅的形式排出后采用水溶液吸收。該發(fā)明工藝實現(xiàn)了鋁灰的無害化處理，工藝簡單，生產(chǎn)成本低，避免了鋁灰造成的環(huán)境污染及資源浪費。
【專利說明】一種無害化處理鋁灰并制備砂狀氧化鋁的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金技術(shù)廢棄物綜合回收利用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種無害化處理鋁灰并制備砂狀氧化鋁的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鋁灰產(chǎn)生于電解原鋁、鑄造鋁產(chǎn)品、鋁合金精煉等發(fā)生鋁熔融的生產(chǎn)工序，鋁灰中鋁約占鋁生產(chǎn)使用過程中總鋁損失量的1°/Γ12%。鋁灰中含鋁量在109Γ80%不等，主要含有鋁浮渣、氮化物、NaCl, KC1、氟化物、氧化鋁和鋁的混合物。2008年國家環(huán)境保護部和發(fā)展和改革委員會將鋁火法冶煉過程中產(chǎn)生的初煉爐渣、粗鋁精煉加工過程中產(chǎn)生的鹽渣、浮渣和鋁火法冶煉過程中產(chǎn)生的易燃性撇渣列入《國家危險廢物名錄》，且隨著我國電解鋁產(chǎn)量、鋁加工、廢鋁回收量的逐年增加，產(chǎn)生大量的鋁灰，如不妥善處理，不僅浪費了資源，而且還污染環(huán)境。為此，研制開發(fā)一種經(jīng)濟有效地無害化處理并綜合回收利用鋁灰的方法具有十分重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種無害化處理鋁灰并制備砂狀氧化鋁的方法。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，重熔、堿洗、干燥燒結(jié)、溶出、過濾提純、碳分分解、焙燒，具體為:
(1)重熔:鋁灰加入高速處理系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的反應(yīng)溫度為65(T90(TC，實現(xiàn)金屬鋁與其他成分的有效分離，得到金屬鋁和剩余鋁灰；
(2)堿洗:將經(jīng)過步驟(I)處理后得到的剩余鋁灰投入堿性溶液中，充分攪拌后置于微波反應(yīng)器內(nèi)，溫度為5(T120°C，堿洗1.5^2.5小時后過濾，得到濾液和濾渣；
(3)干燥燒結(jié):然后將濾渣投入干燥箱內(nèi)進行干燥，使得含水量<14%，干燥后的濾渣按照質(zhì)量比為1:廣2的比例與堿性物質(zhì)混合后，置于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，控制回轉(zhuǎn)窯的溫度為75(Tl20(rC，控制回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速為f20m/h，最后于回轉(zhuǎn)窯窯尾處回收燒結(jié)熟料；
(4)溶出:步驟(3)中得到的結(jié)熟料經(jīng)破碎到D9tl( 0.5mm后，與堿溶液混合后，投入濕式球磨機內(nèi)進行粉碎性溶出，熟料中的水溶性物質(zhì)轉(zhuǎn)入溶液，經(jīng)過濾后得到粗鋁酸鈉溶液和濾渣；
(5)過濾提純:往粗鋁酸鈉溶液中加入少量的石灰乳，充分攪拌混合，以除去鋁酸鈉溶液中的雜質(zhì)，過濾后得到精鋁酸鈉溶液；
(6)碳分分解:精鋁酸鈉溶液中通入過量的二氧化碳氣體，得到氫氧化鋁沉淀，經(jīng)過濾后，得到氫氧化鋁固體，采用熱水對氫氧化鋁固體進行充分洗滌過濾、沉降分離后得到母液和氫氧化鋁固體，母液返回步驟(6)中，實現(xiàn)其循環(huán)使用；
(7)焙燒:將步驟(6)中經(jīng)沉降分離后得到的氫氧化鋁固體置于焙燒爐內(nèi)，控制焙燒溫度為90(T1200 °C，便可分解得到砂狀氧化鋁產(chǎn)品。
[0005]本發(fā)明可實現(xiàn)鋁灰的資源化綜合回收利用，同時可以制得砂狀氧化鋁產(chǎn)品。該方法簡單易行，環(huán)保效益高，生產(chǎn)效率高，設(shè)備投資少，能耗低。能夠?qū)崿F(xiàn)危險廢物的無害化、資源化處理。獲得的產(chǎn)品能夠應(yīng)用于實際生產(chǎn)中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。

【具體實施方式】
[0007]下面結(jié)合實施例進一步說明，但不以任何方式對本發(fā)明加以限制，基于本發(fā)明所作的任何變換，均落入本發(fā)明的保護范圍。
[0008]包括如下步驟:重熔、堿洗、干燥燒結(jié)、溶出、過濾提純、碳分分解、焙燒，具體為:
(1)重熔:鋁灰加入高速處理系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的反應(yīng)溫度為65(T90(TC，實現(xiàn)金屬鋁與其他成分的有效分離，得到金屬鋁和剩余鋁灰；
(2)堿洗:將經(jīng)過步驟(I)處理后得到的剩余鋁灰投入堿性溶液中，充分攪拌后置于微波反應(yīng)器內(nèi)，溫度為5(T120°C，堿洗1.5^2.5小時后過濾，得到濾液和濾渣；
(3)干燥燒結(jié):然后將濾渣投入干燥箱內(nèi)進行干燥，使得鋁灰的含水量<14%，干燥后的濾渣按照質(zhì)量比為1:廣2的比例與堿性物質(zhì)混合后，置于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，控制回轉(zhuǎn)窯的溫度為75(Tl20(rC，控制回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速為f20m/h，最后于回轉(zhuǎn)窯窯尾處回收燒結(jié)熟料；
(4)溶出:步驟(3)中得到的熟料經(jīng)破碎到D9tl( 0.5mm后，與堿溶液混合后，投入濕式球磨機內(nèi)進行粉碎性溶出，熟料中的水溶性物質(zhì)轉(zhuǎn)入溶液，經(jīng)過濾后得到粗鋁酸鈉溶液和濾渣；
(5)過濾提純:往粗鋁酸鈉溶液中加入少量的石灰乳，充分攪拌混合，以除去鋁酸鈉溶液中的雜質(zhì)，過濾后得到精鋁酸鈉溶液；
(6)碳分分解:精鋁酸鈉溶液中通入過量的二氧化碳氣體，得到氫氧化鋁沉淀，經(jīng)過濾后，得到氫氧化鋁固體，采用熱水對氫氧化鋁固體進行充分洗滌過濾、沉降分離后得到母液和氫氧化鋁固體，母液返回步驟(6)中，實現(xiàn)其循環(huán)使用；
(7)焙燒:將步驟(6)中經(jīng)沉降分離后得到的氫氧化鋁固體置于焙燒爐內(nèi)，控制焙燒溫度為90(T1200 °C，便可分解得到砂狀氧化鋁產(chǎn)品。
[0009]鋁灰中含氟雜質(zhì)經(jīng)過所述步驟(3)處理后，氟元素以氣態(tài)氟化硅的形式排出后采用水溶液吸收。
[0010]所述步驟(2)的堿性溶液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液、氫氧化鋰溶液、碳酸鈉溶液中的一種或者幾種的混合物。
[0011]所述步驟(2)的堿性溶液的濃度為0.lg/L?10g/L。
[0012]所述步驟(3)的堿性物質(zhì)為碳酸鈉和氫氧化鈉按照質(zhì)量比為1:0.廣3進行混合的混合物。
[0013]所述步驟(4)的堿溶液的濃度為10g/L?50g/L。
[0014]實施例1
將鋁灰裝入鋁灰高速處理系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的反應(yīng)溫度900°C，同時不斷攪拌鋁灰，金屬鋁匯聚到收集裝置內(nèi)。鋁灰從高速處理系統(tǒng)中排出后，直接導入5g/L的氫氧化鈉溶液中，通過調(diào)節(jié)微波的功率控制堿洗溫度50 0Co 2.5h后將堿洗后的鋁灰倒入過濾設(shè)備中進行過濾，而后將固相倒入干燥箱內(nèi)進行干燥，干燥到含水量<14%。干燥后的鋁灰與碳酸鈉按照比例1:1的比例進行混合，隨后按照鋁灰質(zhì)量的20%添加氫氧化鈉，置于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)。保持回轉(zhuǎn)窯窯頭的溫度為1200 °C，回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速為5m/h。最后得到燒結(jié)熟料。這時鋁灰中的氟元素以氣態(tài)氟化硅的形式排出后采用水溶液吸收。燒結(jié)熟料經(jīng)破碎到D9tl < 0.5_后，與氫氧化鈉溶液混合后，投入濕式球磨機內(nèi)進行粉碎性溶出。熟料中一些水溶性物質(zhì)轉(zhuǎn)入溶液體系，形成鋁酸鈉溶液，稱為粗鋁酸鈉溶液。粗鋁酸鈉溶液經(jīng)過濾后實現(xiàn)固液分離。經(jīng)過濾后的鋁酸鈉溶液按照質(zhì)量比加入5%的石灰乳，充分攪拌混合，進一步降低鋁酸鈉溶液中的雜質(zhì)含量。隨后過濾后得到精鋁酸鈉溶液。精鋁酸鈉溶液中通入過量的二氧化碳氣體，得到氫氧化鋁沉淀。經(jīng)過濾后，得到氫氧化鋁固體。采用熱水對氫氧化鋁沉淀進行充分洗滌，進一步提高氫氧化鋁的純度。氫氧化鋁固體置于焙燒爐內(nèi)，控制反應(yīng)溫度900°C，便可分解得到砂狀氧化鋁產(chǎn)品。
[0015]實施結(jié)果:砂狀氧化鋁的產(chǎn)品純度為99.5%，鋁灰的利用率達到了 99%，氟元素的回收率達到了 99%。
[0016]實施例2
將鋁灰裝入鋁灰高速處理系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的反應(yīng)溫度650 X，同時不斷攪拌鋁灰，金屬鋁匯聚到收集裝置內(nèi)。鋁灰從高速處理系統(tǒng)中排出后，直接導入10 g/L的氫氧化鈉溶液中，通過調(diào)節(jié)微波的功率控制堿洗溫度120 °C。1.5h后將堿洗后的鋁灰倒入過濾設(shè)備中進行過濾，而后將固相倒入干燥箱內(nèi)進行干燥。干燥后的鋁灰與碳酸鈉按照比例1:1的比例進行混合，隨后按照鋁灰質(zhì)量的10%添加氫氧化鈉，置于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)。保持回轉(zhuǎn)窯的溫度為750 °C，回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速為20 m/h。最后得到燒結(jié)熟料。這時鋁灰中的氟元素以氣態(tài)氟化硅的形式排出后采用水溶液吸收。燒結(jié)熟料經(jīng)破碎到D9tl ( 0.5_后，與氫氧化鈉溶液混合后，投入濕式球磨機內(nèi)進行粉碎性溶出。熟料中一些水溶性物質(zhì)轉(zhuǎn)入溶液體系，形成鋁酸鈉溶液，稱為粗鋁酸鈉溶液。粗鋁酸鈉溶液經(jīng)過濾后實現(xiàn)固液分離。經(jīng)過濾后的鋁酸鈉溶液加入少量的石灰乳，充分攪拌混合，進一步降低鋁酸鈉溶液中的雜質(zhì)含量。隨后過濾后得到精鋁酸鈉溶液。精鋁酸鈉溶液中通入過量的二氧化碳氣體，得到氫氧化鋁沉淀。經(jīng)過濾后，得到氫氧化鋁固體。采用熱水對氫氧化鋁沉淀進行充分洗滌，進一步提高氫氧化鋁的純度。氫氧化鋁固體置于焙燒爐內(nèi)，控制反應(yīng)溫度為1200°C，便可分解得到砂狀氧化鋁產(chǎn)品。
[0017]實施結(jié)果:砂狀氧化鋁的產(chǎn)品純度為99.3%，鋁灰的利用率達到了 98.5%，氟元素的回收率達到了 99.5%。
[0018]實施例3
將鋁灰裝入鋁灰高速處理系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的反應(yīng)溫度800 X，同時不斷攪拌鋁灰，金屬鋁匯聚到收集裝置內(nèi)。鋁灰從高速處理系統(tǒng)中排出后，直接導入8g/L的氫氧化鈉溶液中，通過調(diào)節(jié)微波的功率控制堿洗溫度100°C。2h后將堿洗后的鋁灰倒入過濾設(shè)備中進行過濾，而后將固相倒入干燥箱內(nèi)進行干燥。干燥后的鋁灰與碳酸鈉按照比例1:1.8的比例進行混合，隨后按照鋁灰質(zhì)量的50%添加氫氧化鈉，置于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)。保持回轉(zhuǎn)窯的溫度為1100°C，回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速為13m/h。最后得到燒結(jié)熟料。這時鋁灰中的氟元素以氣態(tài)氟化硅的形式排出后采用水溶液吸收。燒結(jié)熟料經(jīng)破碎到D9tl ( 0.5mm后,與氫氧化鈉溶液混合后,投入濕式球磨機內(nèi)進行粉碎性溶出。熟料中一些水溶性物質(zhì)轉(zhuǎn)入溶液體系,形成鋁酸鈉溶液,稱為粗鋁酸鈉溶液。粗鋁酸鈉溶液經(jīng)過濾后實現(xiàn)固液分離。經(jīng)過濾后的鋁酸鈉溶液加入少量的石灰乳，充分攪拌混合，進一步降低鋁酸鈉溶液中的雜質(zhì)含量。隨后過濾后得到精鋁酸鈉溶液。精鋁酸鈉溶液中通入過量的二氧化碳氣體，得到氫氧化鋁沉淀。經(jīng)過濾后，得到氫氧化鋁固體。采用熱水對氫氧化鋁沉淀進行充分洗滌，進一步提高氫氧化鋁的純度。氫氧化鋁固體置于焙燒爐內(nèi)，控制反應(yīng)溫度為1000 °c，便可分解得到砂狀氧化鋁產(chǎn)品。
[0019]實施結(jié)果:砂狀氧化鋁的產(chǎn)品純度為99.4%，鋁灰的利用率達到了 98.8%，氟元素的回收率達到了 99.3%。
[0020]實施例4
將鋁灰裝入鋁灰高速處理系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的反應(yīng)溫度850 X，同時不斷攪拌鋁灰，金屬鋁匯聚到收集裝置內(nèi)。鋁灰從高速處理系統(tǒng)中排出后，直接導入5g/L的氫氧化鈉溶液中，通過調(diào)節(jié)微波的功率控制堿洗溫度90 0Co 2h后將堿洗后的鋁灰倒入過濾設(shè)備中進行過濾，而后將固相倒入干燥箱內(nèi)進行干燥。干燥后的鋁灰與碳酸鈉按照比例1:2.0的比例進行混合，隨后按照鋁灰質(zhì)量的50%添加氫氧化鈉，置于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)。保持回轉(zhuǎn)窯的溫度為700°C，回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速為9 m/h。最后得到燒結(jié)熟料。這時鋁灰中的氟元素以氣態(tài)氟化硅的形式排出后采用水溶液吸收。燒結(jié)熟料經(jīng)破碎到D9tl ( 0.5mm后,與氫氧化鈉溶液混合后,投入濕式球磨機內(nèi)進行粉碎性溶出。熟料中一些水溶性物質(zhì)轉(zhuǎn)入溶液體系,形成粗鋁酸鈉溶液。粗鋁酸鈉溶液經(jīng)過濾后實現(xiàn)固液分離。經(jīng)過濾后的鋁酸鈉溶液加入少量的石灰乳，充分攪拌混合，進一步降低鋁酸鈉溶液中的雜質(zhì)含量。隨后過濾后得到精鋁酸鈉溶液。精鋁酸鈉溶液中通入過量的二氧化碳氣體，得到氫氧化鋁沉淀。經(jīng)過濾后，得到氫氧化鋁固體。采用熱水對氫氧化鋁沉淀進行充分洗滌，進一步提高氫氧化鋁的純度。氫氧化鋁固體置于焙燒爐內(nèi)，控制反應(yīng)溫度為1200 °C，便可分解得到砂狀氧化鋁產(chǎn)品。
[0021]實施結(jié)果:砂狀氧化鋁的產(chǎn)品純度為99.4%，鋁灰的利用率達到了 98.8%，氟元素的回收率達到了 99.3%。
【權(quán)利要求】
1.一種無害化處理鋁灰并制備砂狀氧化鋁的方法，其特征在于包括如下步驟:重熔、堿洗、干燥燒結(jié)、溶出、過濾提純、碳分分解、焙燒，具體為: (1)重熔:鋁灰加入高速處理系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的反應(yīng)溫度為65(T90(TC，實現(xiàn)金屬鋁與其他成分的有效分離，得到金屬鋁和剩余鋁灰； (2)堿洗:將經(jīng)過步驟(I)處理后得到的剩余鋁灰投入堿性溶液中，充分攪拌后置于微波反應(yīng)器內(nèi)，溫度為5(T120°C，堿洗1.5^2.5小時后過濾，得到濾液和濾渣； (3)干燥燒結(jié):然后將濾渣投入干燥箱內(nèi)進行干燥，使得鋁灰的含水量<14%，干燥后的濾渣按照質(zhì)量比為1:廣2的比例與堿性物質(zhì)混合后，置于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，控制回轉(zhuǎn)窯的溫度為75(Tl20(rC，控制回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速為f20m/h，最后于回轉(zhuǎn)窯窯尾處回收燒結(jié)熟料； (4)溶出:步驟(3)中得到的熟料經(jīng)破碎到D9tl( 0.5mm后，與堿溶液混合后，投入濕式球磨機內(nèi)進行粉碎性溶出，熟料中的水溶性物質(zhì)轉(zhuǎn)入溶液，經(jīng)過濾后得到粗鋁酸鈉溶液和濾渣； (5)過濾提純:往粗鋁酸鈉溶液中加入少量的石灰乳，充分攪拌混合，以除去鋁酸鈉溶液中的雜質(zhì)，過濾后得到精鋁酸鈉溶液； (6)碳分分解:精鋁酸鈉溶液中通入過量的二氧化碳氣體，得到氫氧化鋁沉淀，經(jīng)過濾后，得到氫氧化鋁固體，采用熱水對氫氧化鋁固體進行充分洗滌過濾、沉降分離后得到母液和氫氧化鋁固體，母液返回步驟(6)中，實現(xiàn)其循環(huán)使用； (7)焙燒:將步驟(6)中經(jīng)沉降分離后得到的氫氧化鋁固體置于焙燒爐內(nèi)，控制焙燒溫度為90(T1200 °C，便可分解得到砂狀氧化鋁產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無害化處理鋁灰并制備砂狀氧化鋁的方法，其特征在于鋁灰中含氟雜質(zhì)經(jīng)過所述步驟(3)處理后，氟元素以氣態(tài)氟化硅的形式排出后采用水溶液吸收。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無害化處理鋁灰并制備砂狀氧化鋁的方法，其特征在于所述步驟(2)的堿性溶液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液、氫氧化鋰溶液、碳酸鈉溶液中的一種或者幾種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無害化處理鋁灰并制備砂狀氧化鋁的方法，其特征在于所述步驟(2)的堿性溶液的濃度為0.lg/L?10g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無害化處理鋁灰并制備砂狀氧化鋁的方法，其特征在于所述步驟(3)的堿性物質(zhì)為碳酸鈉和氫氧化鈉按照質(zhì)量比為1:0.Γ3進行混合的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無害化處理鋁灰并制備砂狀氧化鋁的方法，其特征在于所述步驟(4)的堿溶液的濃度為10g/L?50g/L。
【文檔編號】C01F7/14GK104261445SQ201410500048
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】謝剛, 于站良, 郝紅杰, 和曉才, 謝天鑒, 田林, 姚云, 施輝獻, 柯浪, 許娜 申請人:昆明冶金研究院