CN110863112A - 一种铝精炼过程产生的铝渣的资源化利用方法 - Google Patents

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Abstract

一种铝精炼过程产生的铝渣的资源化利用方法，包括以下步骤：(1)将铝渣破碎磨细后与碱金属盐混合；(2)混合物料熔炼，生成的渣层熔体和铝层熔体分别排出，冷却获得金属铝和熔炼渣；(3)熔炼渣置于水中，搅拌后过滤分离出滤渣和滤液；(4)滤液蒸发结晶得到晶体，调节成分制成炼铝用精炼剂；(5)滤渣烘干后与含氧化镁的矿石混合，焙烧制成耐火材料。本发明的方法实现铝渣分级处理，完全资源化利用，形成有效的铝渣回收再生途径，提高了相关行业的经济效益，解决了铝渣占地、污染等多种问题。

Description

一种铝精炼过程产生的铝渣的资源化利用方法
技术领域
本发明属于铝行业固废处理技术领域，特别涉及一种铝精炼过程产生的铝渣的资源化利用方法。
背景技术
铝渣是铝电解、铝精炼和铝加工等铝冶炼加工过程中产生的危险废弃物，含铝量10～80％，约占铝生产使用过程中总损失量的1～12％，含有氮化物、碳化物及氟化物等，是铝工业中的一种重要的废弃物。随着我国铝产量的逐年增大，每年铝渣的产生量也大幅度增大，生产每吨铝产生铝渣大约30～40kg，2018年我国铝产量约4500万吨，每年产生铝渣约200万吨，因此经济有效地综合回收利用铝渣将对我国铝工业具有重要意义。
目前，铝行业产生的铝渣回收现状是：绝大部分电解铝厂的铝渣被简单的手工作坊收购后，通过简易的分选和回收手段提炼纯铝等有用材料；该方法对环境污染大，提炼后的铝渣仍然含有大量可回收铝等有用资源，资源浪费严重。
最初的铝渣回收采用平铺冷却法，直接将铝渣平铺地面，待冷却后进行固体铝块回收；虽然平铺于地面缩短了铝渣冷却时间，但却由于铝渣暴露于空气中而减少了渣中铝的回收率。通过这种自然冷却的方法，回收率较低，为渣中含铝量的20～30％。目前普通采用的铝渣回收处理，即是通过人工或机械臂搅拌热渣，从而加速铝渣冷却，由于对热渣搅拌的过程中会产生大量的烟气，环境影响较为严重；同时在搅拌过程中，一部分铝在高温环境中继续氧化，所以搅灰方式的回收率有其局限值。
多年来，国内行业创新及科研团队进行了大量技术路径设计、研发，取得了多路径较为全面的局部成果。经过市场调查，目前各处置技术在处理铝渣过程中普遍存在二次污染严重，产品附加值较低，不能够完全资源化利用。
针对再生铝铝渣的回收利用，迫切需要研究出一套切实可行同时具有运作成本低和产出物附加值高的工艺路线，填补国内没有针对铝渣高效回收利用的技术空白。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种铝精炼过程产生的铝渣的资源化利用方法，通过加入碱金属盐并高温处理提铝，再水浸提取可溶性盐，用于制备精炼剂，剩余部分调节成分制成耐火材料，实现铝渣完全资源化利用，产出高附加值产品。
本发明的方法包括以下步骤：
(1)将铝渣破碎磨细制成铝渣粉料，然后与碱金属盐混合均匀，制成混合物料；所述的碱金属盐为氯化钠和氯化钾的混合物，碱金属盐中氯化钠与氯化钾的质量比为1:(1～5)；碱金属盐与铝渣粉料的质量比为1:(1～5)；
(2)将混合物料加热至700～1000℃保温30～60min进行熔炼，生成的渣层熔体和铝层熔体分别排出，冷却至常温分别获得金属铝和熔炼渣；
(3)将熔炼渣置于水中，搅拌使水溶性成分溶于水中；然后过滤分离出滤渣和滤液；
(4)将滤液蒸发结晶得到晶体，向晶体中加入氯化镁，并加入氯化钠或氯化钾调节成分，混合均匀后制成炼铝用精炼剂；
(5)将滤渣烘干去除水分，然后与含氧化镁的矿石混合均匀，再焙烧制成耐火材料。
上述的铝渣的分子成分按质量百分比含Al 10～30％，Al2O3 20～40％，SiO2 5～8％，AlN4～8％，KCl 1～3％，NaCl 1～5％，MgAl2O4 1～4％，TiO2 0.5～2％，其余为烧失成分和其他杂质。
上述的铝渣粉料的粒径≤3mm。
上述的步骤(2)中，金属铝的回收率≥90％。
上述的晶体成分按质量百分比含KCl 40～45％，杂质1～5％，其余为NaCl；炼铝用精炼剂的中按质量比KCl:NaCl:MgCl2＝10:(7～9):(0.5-1)，杂质的质量含量≤2％。
上述的步骤(3)中，水与熔炼渣的质量比为1～5。
上述的滤渣中固体成分按质量百分比含Al2O3 70～80％，SiO2 10～14％，TiO2 2～5％，其余为杂质。
上述的含氧化镁的矿石选用镁砂。
上述的步骤(5)中，含氧化镁的矿石的用量按：混合后的物料中Al2O3与MgO的质量比为7～10；焙烧的温度1500～1600℃，时间90～120min。
由于采用上述技术方案，使得本发明具有如下优点和效果：实现铝渣分级处理，完全资源化利用，分别得到金属铝、铝用精炼剂和耐火材料等高附加值产品；本发明技术形成有效的铝渣回收再生途径，有效的解决了资源浪费的问题，整顿经济环境，大大的节约了社会成本，提高了相关行业的经济效益，有效的解决了铝渣占地、污染等多种问题，有效的利用了资源。
附图说明
图1为本发明的铝精炼过程产生的铝渣的资源化利用方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例来对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述；显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中的烘干是指在120℃条件下烘干去除水分。
本发明实施例中的镁砂为市购产品，按质量百分比含MgO≥95％。
本发明实施例中制备的金属铝纯度≥96％。
本发明实施例中采用的氯化镁为市购工业级产品。
本发明实施例中铝渣的分子成分按质量百分比含Al 10～30％，Al2O3 20～40％，SiO2 5～8％，AlN 4～8％，KCl 1～3％，NaCl 1～5％，MgAl2O4 1～4％，TiO2 0.5～2％，其余为烧失成分和其他杂质。
实施例1
流程如图1所示；
将铝渣破碎磨细制成铝渣粉料，然后与碱金属盐混合均匀，制成混合物料；铝渣粉料的粒径≤3mm；所述的碱金属盐为氯化钠和氯化钾的混合物，碱金属盐中氯化钠与氯化钾的质量比为1:5；碱金属盐与铝渣粉料的质量比为1:1；
将混合物料加热至700℃保温60min进行熔炼，生成的渣层熔体和铝层熔体分别排出，冷却至常温分别获得金属铝和熔炼渣；金属铝的回收率91％；
将熔炼渣置于水中，水与熔炼渣的质量比为1，搅拌使水溶性成分溶于水中；然后过滤分离出滤渣和滤液；滤渣中固体成分按质量百分比含Al2O3 70％，SiO2 14％，TiO25％，其余为杂质；
将滤液蒸发结晶得到晶体，向晶体中加入氯化镁，并加入氯化钠或氯化钾调节成分，混合均匀后制成炼铝用精炼剂；晶体成分按质量百分比含KCl 45％，杂质5％，其余为NaCl；炼铝用精炼剂的中按质量比KCl:NaCl:MgCl2＝10:7:0.5，杂质的质量含量≤2％；
将滤渣烘干去除水分，然后与镁砂混合均匀，镁砂的用量按：混合后的物料中Al2O3与MgO的质量比为7；然后焙烧制成耐火材料，焙烧的温度1580℃，时间100min。
实施例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)碱金属盐中氯化钠与氯化钾的质量比为1:3；碱金属盐与铝渣粉料的质量比为1:3；
(2)将混合物料加热至1000℃保温30min进行熔炼；金属铝的回收率92％；
(3)水与熔炼渣的质量比为3；滤渣中固体成分按质量百分比含Al2O3 80％，SiO210％，TiO2 5％，其余为杂质；
(4)晶体成分按质量百分比含KCl 40％，杂质1％，其余为NaCl；炼铝用精炼剂的中按质量比KCl:NaCl:MgCl2＝10:8:0.8，杂质的质量含量≤2％；
(5)镁砂的用量按：混合后的物料中Al2O3与MgO的质量比为8；焙烧的温度1500℃，时间120min。
实施例3
方法同实施例1，不同点在于：
(1)碱金属盐中氯化钠与氯化钾的质量比为1:1；碱金属盐与铝渣粉料的质量比为1:5；
(2)将混合物料加热至800℃保温50min进行熔炼；金属铝的回收率90％；
(3)水与熔炼渣的质量比为5；滤渣中固体成分按质量百分比含Al2O3 76％，SiO213％，TiO2 2％，其余为杂质；
(4)晶体成分按质量百分比含KCl 43％，杂质2％，其余为NaCl；炼铝用精炼剂的中按质量比KCl:NaCl:MgCl2＝10:9:1，杂质的质量含量≤2％；
(5)镁砂的用量按：混合后的物料中Al2O3与MgO的质量比为10；焙烧的温度1600℃，时间90min。

Claims (9)

1.一种铝精炼过程产生的铝渣的资源化利用方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将铝渣破碎磨细制成铝渣粉料，然后与碱金属盐混合均匀，制成混合物料；所述的碱金属盐为氯化钠和氯化钾的混合物，碱金属盐中氯化钠与氯化钾的质量比为1:(1～5)；碱金属盐与铝渣粉料的质量比为1:(1～5)；
(2)将混合物料加热至700～1000℃保温30～60min进行熔炼，生成的渣层熔体和铝层熔体分别排出，冷却至常温分别获得金属铝和熔炼渣；
(3)将熔炼渣置于水中，搅拌使水溶性成分溶于水中；然后过滤分离出滤渣和滤液；
(4)将滤液蒸发结晶得到晶体，向晶体中加入氯化镁，并加入氯化钠或氯化钾调节成分，混合均匀后制成炼铝用精炼剂；
(5)将滤渣烘干去除水分，然后与含氧化镁的矿石混合均匀，再焙烧制成耐火材料。
2.根据权利要求1所述的一种铝精炼过程产生的铝渣的资源化利用方法，其特征在于所述的铝渣的分子成分按质量百分比含Al 10～30％，Al2O3 20～40％，SiO2 5～8％，AlN 4～8％，KCl 1～3％，NaCl 1～5％，MgAl2O4 1～4％，TiO2 0.5～2％，其余为烧失成分和其他杂质。
3.根据权利要求1所述的一种铝精炼过程产生的铝渣的资源化利用方法，其特征在于所述的铝渣粉料的粒径≤3mm。
4.根据权利要求1所述的一种铝精炼过程产生的铝渣的资源化利用方法，其特征在于步骤(2)中，金属铝的回收率≥90％。
5.根据权利要求1所述的一种铝精炼过程产生的铝渣的资源化利用方法，其特征在于所述的晶体成分按质量百分比含KCl 40～45％，杂质1～5％，其余为NaCl；所述的炼铝用精炼剂的中按质量比KCl:NaCl:MgCl2＝10:(7～9):(0.5-1)，杂质的质量含量≤2％。
6.根据权利要求1所述的一种铝精炼过程产生的铝渣的资源化利用方法，其特征在于步骤(3)中，水与熔炼渣的质量比为1～5。
7.根据权利要求1所述的一种铝精炼过程产生的铝渣的资源化利用方法，其特征在于所述的渣中固体成分按质量百分比含Al2O3 70～80％，SiO2 10～14％，TiO2 2～5％，其余为杂质。
8.根据权利要求1所述的一种铝精炼过程产生的铝渣的资源化利用方法，其特征在于所述的含氧化镁的矿石选用镁砂。
9.根据权利要求1所述的一种铝精炼过程产生的铝渣的资源化利用方法，其特征在于步骤(5)中，含氧化镁的矿石的用量按：混合后的物料中Al2O3与MgO的质量比为7～10；焙烧的温度1500～1600℃，时间90～120min。
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