CN109052445A - 一种二次铝灰无害化利用的方法 - Google Patents

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Abstract

一种二次铝灰无害化利用的方法，将水与二次铝灰混合，加热搅拌浸出；水浸后进行固液分离，得到初级滤液和初级滤渣；将所述初级滤液进行加热蒸发，得到可溶性盐；将所述初级滤渣和酸混合，并加热搅拌浸出；酸浸后进行固液分离，得到次级滤液和次级滤渣；将所述次级滤渣用于制砖；将所述次级滤液进行调节pH，将pH调至2.5～3.0之间；将调节pH后的次级滤液加热熟化，然后得到聚合氯化铝。本发明最大化的利用二次铝灰中铝元素，将难与酸反应的氮化铝通过高温水浸,转变成易与酸反应的氢氧化铝,提高了二次铝灰中铝元素的溶出,使制备出的聚合氯化铝产品中氧化铝的含量提高；而且能回收二次铝灰中盐溶剂和氮元素，降低浸出渣对环境的危害。

Description

一种二次铝灰无害化利用的方法
技术领域
本发明涉及铝工业废弃资源回收利用领域，具体为一种二次铝灰无害化利用的方法。
背景技术
铝灰是铝电解过程中产生的一种漂浮于电解槽铝液上的浮渣。铝灰主要分为一次铝灰（白灰）和二次铝灰（黑灰）。一次铝灰是原生铝生产铝过程中所产生的铝渣，其主要成分为金属铝和铝氧化物，其中金属铝含量可达30-70%。二次铝灰是一次铝灰或其它废杂铝利用物理方法或化学方法提取金属铝后的残渣，金属铝含量低，成分相对复杂，主要包含少量的铝（含量10 wt%以下），盐熔剂（10%以上），氧化物和氮化铝（含量在15-30 wt%）。根据《国家危险废物名录》（2016年）规定：铝电解过程中电解槽维修及废弃产生的废渣、铝火法冶炼过程中产生的初炼炉渣、铝电解过程中产生的盐渣和浮渣、铝火法冶炼过程中产生的易燃性撇渣四种废渣属于HW48有色金属冶炼废物。因此，铝灰的回收及利用对环境保护、资源的高效利用和经济可持续发展具有重要的意义。
目前，对于二次铝灰的利用有生成棕刚玉、耐火材料、Sialon陶瓷和制备聚合氯化铝等，其中，用铝灰制备聚合氯化铝最为广泛。现有的研究或专利利用铝灰制备聚合氯化铝主要有两种方法：（1）铝灰直接用盐酸浸出，然后用浸出液制备聚合氯化铝。如公开号CN102295305A的专利公开的一种聚合氯化铝的生产方法，该专利中是利用盐酸与铝灰直接反应，并加入重铬酸钾做催化剂，溶出氯化铝后加热熟化，再分离出液体聚合氯化铝，但是该方法所用的重铬酸钾有毒，对人体和环境造成伤害和污染。公开号CN104229903A公开由含铁废酸液与铝灰制备聚合氯化铝铁的方法，也是用酸性溶液直接与铝灰反应制备聚合氯化铝。公开号CN205294868U和CN206965737U公开的用铝灰制备聚合氯化铝的装置均是基于铝灰与酸直接反应制备聚合氯化铝。（2）铝灰用水洗涤后，然后与酸反应制备聚合氯化铝。如公开号CN102674422A和CN106892444A，这两项专利均是用自来水洗去铝灰中可溶物后，然后与酸反应制备聚合氯化铝；公开号CN106745618A公开的利用铝灰制备净水剂的方法，用沸水洗涤铝灰，过滤烘干后的铝灰再与酸反应制备聚合氯化铝，但是该方法洗涤过程不能有效的分解氮化铝，且烘干过程增加能耗和处理工艺。
然而对于目前处理二次铝灰的专利和工艺，缺乏对铝灰中盐溶剂的回收及氮化铝的处理及利用。二次铝灰中氮化铝含量在15-30%之间，在潮湿环境中会分解释放氨气，污染环境，但氮化铝是二次铝灰中具有较高利用价值的物质。氮化铝在水中的分解存在一段时间的诱导期，短时间或低温度洗涤铝灰并不能使氮化铝有效的分解，且氮化铝在热水中的分解速率高于在热酸中的分解速率。由于目前采用酸直接处理二次铝灰或将二次铝灰用水短时间洗涤后再采用酸处理，这两种方法，氮化铝的分解量都很低，对氮化铝的利用困难。二次铝灰中的盐和氮化铝均是一种可用的资源，若不加以回收利用，不仅造成资源浪费，而且会污染环境。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种二次铝灰无害化利用的方法，一方面能回收二次铝灰中盐溶剂和氮元素，降低浸出渣对环境的危害，另一方面能最大化的利用二次铝灰中铝元素，使制备出的聚合氯化铝产品中氧化铝的含量提高。
本发明解决上述技术问题采用以下技术方案：一种二次铝灰无害化利用的方法，包括以下步骤：
（1）将水与二次铝灰混合，加热搅拌浸出；
（2）水浸后进行固液分离，得到初级滤液和初级滤渣；
（3）将所述初级滤液进行加热蒸发，得到可溶性盐；
（4）将所述初级滤渣和酸混合，并加热搅拌浸出；
（5）酸浸后进行固液分离，得到次级滤液和次级滤渣；
（6）将所述次级滤渣用于制砖；
（7）将所述次级滤液进行调节pH，将pH调至2.5～3.0之间；
（8）将调节pH后的次级滤液加热熟化，然后得到聚合氯化铝。
作为优选，步骤（1）中还包括回收水浸过程中产生的氨气，并将回收的氨气用于制备氨水。
作为优选，步骤（1）中所述水与二次铝灰按液固比5:1～5:2进行混合。
作为优选，步骤（1）中所述加热温度为75～100℃，浸出时间为2～6h。
作为进一步优选，步骤（3）中加热蒸发产生的水蒸气用于步骤（1）水浸加热。
作为优选，步骤（4）中所述酸与初级滤渣按液固比5:1～5:2进行混合。
进一步地，步骤（4）中酸浸加热温度为70～80℃，酸浸出时间为1～2h。
作为优选，步骤（4）中所述酸为盐酸，盐酸浓度为17～20wt%。
作为进一步优选，步骤（7）中采用碱性盐或碱调节次级滤液的pH。
作为优选，步骤（8）中熟化温度为70～90℃，熟化时间为12～24h。
本发明与现有技术相比具有如下优点：（1）充分利用二次铝灰中氮化铝,提高了浸出液中的氧化铝含量。直接酸浸只能溶出铝灰中金属铝和可溶性的氧化铝，对氮化铝的利用率较低；短时间的用冷水或热水洗涤铝灰均不能有效的分解氮化铝。通过高温水浸后，将氮化铝转变为氢氧化铝，然后酸浸过程中能有效的溶出金属铝、可溶性的氧化铝和氢氧化铝，使溶液中的氧化铝含量增加，后续过程不用添加含铝盐提高溶液中氧化铝的含量。（2）降低了二次铝灰中氮化铝的对环境的危害。采用高温水浸能有效的分解二次铝灰中氮化铝，降低了最后的浸出渣对环境的危害。（3）回收铝灰中的盐和氮元素。铝灰中的盐溶剂常含有氯化盐，采用高温水浸可溶解铝灰中盐溶剂和氮化铝，并且高温水浸中产生的氨气容易挥发，可以收集氨气制备氨水。（4）本发明产生的废渣可以用于制备砖，不仅实现了全部资源化利用，而且也避免了废渣对环境的污染，易于工业实施，提高经济效益。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种二次铝灰无害化利用的方法，将水与二次铝灰按液固比5:1～5:2进行混合，加热搅拌浸出，加热温度为75～100℃，浸出时间为2～6h；氮化铝在热水中能分解，分解速率较快，产生氨气，回收水浸过程中产生的氨气，并将回收的氨气用于制备氨水。水浸后进行固液分离，得到初级滤液和初级滤渣。将所述初级滤液进行加热蒸发，得到可溶性盐，热蒸发产生的水蒸气用于水浸加热，提高了热能利用率。将所述初级滤渣和浓度为17～20wt%的盐酸按液固比5:1～5:2进行混合，并加热搅拌浸出，酸浸加热温度为70～80℃，酸浸出时间为1～2h。酸浸后进行固液分离，得到次级滤液和次级滤渣，将所述次级滤渣用于制砖。将所述次级滤液进行调节pH，采用碱性盐或碱调节次级滤液的pH，将pH调至2.5～3.0之间，将调节pH后的次级滤液加热熟化，熟化温度为70～90℃，熟化时间为12～24h，然后得到聚合氯化铝。
实施例1：
将水与二次铝灰按液固比5:2加入到反应釜中，在75℃条件加热搅拌浸出4h；水浸后进行固液分离，得到初级滤液和初级滤渣，初级滤液采用蒸发回收盐，水蒸气用于水浸过程加热和补充水，在水浸过程中产生的氨气会逸出，将氨气进行回收，并用水吸收制取氨水。初级滤渣输送至酸浸反应釜中，用浓度为18wt%的盐酸与初级滤渣按液固比5:2在反应釜中加热搅拌浸出，浸出温度为75℃，浸出时间为1h，浸出结束后过滤，得到次级滤液和次级滤渣，次级滤渣风干后可用于制砖等；次级滤液用氧化钙调节pH，保持溶液pH在2.5～2.8之间，然后加热熟化，熟化温度75℃，熟化时间20h。最后制备出的液体聚合氯化铝，氧化铝含量为8wt%，盐基度为58%。
实施例2：
浸出原料采用的二次铝灰是一次铝灰经破碎-筛分后所得的产物。将水与二次铝灰按液固比5:2加入到反应釜中，在70℃条件加热搅拌浸出2h；水浸后进行固液分离，得到初级滤液和初级滤渣，初级滤液采用蒸发回收盐，水蒸气用于水浸过程加热和补充水，在水浸过程中产生的氨气会逸出，将氨气进行回收，并用水吸收制取氨水。初级滤渣输送至酸浸反应釜中，用浓度为17wt%的盐酸与初级滤渣按液固比5:1在反应釜中加热搅拌浸出，浸出温度为70℃，浸出时间为2h，浸出结束后过滤，得到次级滤液和次级滤渣，次级滤渣风干后可用于制砖等；次级滤液用氧化钙调节pH，保持溶液pH在2.5～2.8之间，然后加热熟化，熟化温度70℃，熟化时间12h。最后制备出的液体聚合氯化铝，氧化铝含量为6.88wt%，盐基度为56.02%。
实施例3：
浸出原料采用的二次铝灰是一次铝灰经破碎-筛分后所得的产物。将水与二次铝灰按液固比5:1加入到反应釜中，在100℃条件加热搅拌浸出6h；水浸后进行固液分离，得到初级滤液和初级滤渣，初级滤液采用蒸发回收盐，水蒸气用于水浸过程加热和补充水，在水浸过程中产生的氨气会逸出，将氨气进行回收，并用水吸收制取氨水。初级滤渣输送至酸浸反应釜中，用浓度为20wt%的盐酸与初级滤渣按液固比5:2在反应釜中加热搅拌浸出，浸出温度为80℃，浸出时间为1h，浸出结束后过滤，得到次级滤液和次级滤渣，次级滤渣风干后可用于制砖等；次级滤液用氢氧化钙调节pH，保持溶液pH在2.5～2.8之间，然后加热熟化，熟化温度80℃，熟化时间24h。最后制备出的液体聚合氯化铝，氧化铝含量为7.26wt%，盐基度为56.82%。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明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发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明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发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种二次铝灰无害化利用的方法，包括以下步骤：
（1）将水与二次铝灰混合，加热搅拌浸出；
（2）水浸后进行固液分离，得到初级滤液和初级滤渣；
（3）将所述初级滤液进行加热蒸发，得到可溶性盐；
（4）将所述初级滤渣和酸混合，并加热搅拌浸出；
（5）酸浸后进行固液分离，得到次级滤液和次级滤渣；
（6）将所述次级滤渣用于制砖；
（7）将所述次级滤液进行调节pH，将pH调至2.5～3.0之间；
（8）将调节pH后的次级滤液加热熟化，然后得到聚合氯化铝。
2.根据权利要求1所述的方法，步骤（1）中还包括回收水浸过程中产生的氨气，并将回收的氨气用于制备氨水。
3.根据权利要求1所述的方法，步骤（1）中所述水与二次铝灰按液固比5:1～5:2进行混合。
4.根据权利要求1所述的方法，步骤（1）中所述加热温度为75～100℃，浸出时间为2～6h。
5.根据权利要求1所述的方法，步骤（3）中加热蒸发产生的水蒸气用于步骤（1）水浸加热。
6.根据权利要求1所述的方法，步骤（4）中所述酸与初级滤渣按液固比5:1～5:2进行混合。
7.根据权利要求6所述的方法，步骤（4）中酸浸加热温度为70～80℃，酸浸出时间为1～2h。
8.根据权利要求1所述的方法，步骤（4）中所述酸为盐酸，盐酸浓度为17～20wt%。
9.根据权利要求1所述的方法，步骤（7）中采用碱性盐或碱调节次级滤液的pH。
10.根据权利要求1所述的方法，步骤（8）中熟化温度为70～90℃，熟化时间为12～24h。
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