CN112591776A - 一种利用多种工业固/危废的耦合使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例公开一种利用多种工业固/危废的耦合使用方法，属于工业固废资源化利用领域。所述的耦合使用方法是先选取预脱硅煤矸石灰、铝灰、赤泥、废阴极炭块、电石渣作为原料，然后加入氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种作为添加剂，制备出混料均匀的生料，之后将生料在高温下进行烧结得到熟料，最后进行熟料溶出，得到固体渣和铝酸钠。本发明利用多种工业固/危废的耦合使用方法可以将生料中的含铝、钠组分在烧结过程中转化为铝酸钠，含钙组分与杂质硅结合后易于分离，含碳组分提供了烧结所需部分热量，含铁组元降低了烧结所需的温度；烧结熟料的氧化铝标准溶出率＞92％，氧化钠标准溶出率＞94％。
Description
技术领域
本发明属于工业固废资源化利用领域，尤其涉及一种利用多种工业固/危废的耦合使用方法。
背景技术
随着我国工业的快速发展，大量矿物原料不断被消耗，同时也产生大量的废渣副产物。如在煤炭开采和洗选过程中会产生大量的含铝硅固废煤矸石，在氧化铝生产过程中会产生大量的含碱固废赤泥，在铝电解生产过程中会产生含碳危废废阴极炭块和含铝危废铝灰，在乙炔气制备过程中产生的含钙固废电石渣等，这些工业废渣排放量巨大，含有对生态和人畜有害的组分，露天堆存和不规范填埋会产生严重的环境问题。针对目前国内资源逐渐匮乏，矿石品位日趋降低的资源现状，如何从现有的工业固/危废中选择合适的工业固/危废并对其中的有价组元进行经济的资源化利用是具有重要意义的。
目前，现有技术中大多是针对单一工业固/危废进行处理，未有利用各类固/危废的方法，更未考虑从中选择合适的固/危废并利用固/危废中的各种成分组成特性耦合实现固/危废综合高效利用。
如关于煤矸石的资源化利用的报道(CN111020094A，CN109909274A，CN108328951A，CN111825474A，CN 103420406 B)，大部分研究仅将煤矸石作为研究主体，提取其中含铝硅资源，但未能考虑多种工业固/危废之间的耦合利用关系。少数研究除煤矸石外引入其他工业废物进行协同处理，但仅利用了其中少部分的有价组元，从而导致产品附加值较低或成本较高。
目前针对铝灰的处理技术(CN107555447 A，CN109127654 A，CN109052445 A，CN108275708 A)，大多是采用湿法的方式将铝灰在水溶液中浸出，其中有害物质氮化铝水解除去，浸出液经过蒸发等工艺回收盐类。此类方法的主要缺点是铝灰中的有害物质氮化铝水解过程中会释放有害气体氨气，污染环境，同时产生大量碱性废水，且浸出液蒸发成本较高，经济性较差。
赤泥的处理方法(CN103643028A，CN105949954B，CN104119052B，CN108640446A)，大多研究是将赤泥中的高含量的铁、碱或其他微量金属元素进行回收提取，但此类处理方法成本较高，赤泥消纳量低，难以实现大宗固废的有效资源化利用。
废阴极炭块的处理方法(CN111170299A，CN108941167A，CN102992298A，CN101811695A)，大多研究是将废阴极炭块中的碳、氟化钠或冰晶石进行回收提取，但此类方法通常采用湿法处理方式，回收的炭质材料中通常含有超标的氟化物，氟化物中混杂炭质材料，二者分离效率低，产品附加值较低。
本方法针对上述方法的不足，创造性地提出了多种工业固/危废的耦合使用方法。该耦合使用方法是选取预脱硅煤矸石灰、铝灰、赤泥、废阴极炭块、电石渣作为原料，加入氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种作为添加剂；利用各工业废料中的铝、钠、钙、碳、铁等有价元素的耦合关系，高效利用了碳、提取了铝和钠，实现了多种工业固/危废的无害化处理及资源化利用。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种利用多种工业固/危废的耦合使用方法，解决现有多种工业废料难以大量消纳并资源化利用的重大共性难题，突破传统工业固体废料处理过程中有价组分综合利用效率低的难题，具有广阔的工业应用前景。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种利用多种工业固/危废的耦合使用方法，所述的耦合使用方法是先选取预脱硅煤矸石灰、铝灰、赤泥、废阴极炭块、电石渣作为原料，然后加入氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种作为添加剂，制备出混料均匀的生料，之后将生料在高温下进行烧结得到熟料，最后进行熟料溶出，得到固体渣和铝酸钠，高效利用了碳、提取了铝和钠，实现了多种工业固/危废的无害化处理及资源化利用。
优选地，所述生料需要按照原料中各组分含量特点进行计算配比混合均匀配制而成。
优选地，所述预脱硅煤矸石灰配入量为总生料量的20-35wt.％，赤泥配入量为总生料量的5-15wt.％、铝灰配入量为总生料量的1-10wt.％、废阴极炭块配入量为总生料量的1-5wt.％，电石渣配入量为总生料量的20-40wt.％，含钠添加剂的配入量为总生料量的15-25wt.％。
优选地，所述预脱硅煤矸石灰含有50-60wt.％的Al2O3，20-30wt.％的SiO2，2-6wt.％的Na2O，1-3wt.％的Fe2O3；所述赤泥含有15-25wt.％的Al2O3，10-20wt.％的SiO2，25-35wt.％的Fe2O3，10-20wt.％的CaO，3-8wt.％的Na2O；所述铝灰含有60-75wt.％的Al2O3，1-3wt.％的Al；所述废阴极炭块含有50-70wt.％的C，10-20wt.％的NaF，5-8wt.％的Na3AlF6，1-5wt.％的CaF2；所述电石渣含有70-80wt.％的Ca(OH)2，1-5wt.％的SiO2，0.1-2wt.％的Fe2O3，0.1-1wt.％的Al2O3。
优选地，生料的烧结温度为1000-1300℃，烧结时间为30-120min。
优选地，所述生料中的含铝、钠组分在烧结过程中转化为铝酸钠，含钙组分与杂质硅结合后易于分离，含碳组分提供了烧结所需部分热量，含铁组分降低了烧结所需的温度。
优选地，在后续熟料溶出过程得到铝酸钠溶液，用于生产精细氧化铝产品。
优选地，熟料中氧化铝标准溶出率＞92％，氧化钠标准溶出率＞94％。
本发明实施例提供的上述技术方案，至少具有如下有益效果：
(1)、由于目前国内各行业固/危废种类繁多、成分复杂，故而通过本方法从种类繁多的各行业固/危废中选择煤矸石、赤泥、废阴极炭块、铝灰、电石渣这几类具有元素内在耦合联系的典型工业废物进行耦合资源化利用是现有技术所不具备的，从而实现工业废物减量化，多行业绿色健康发展。
(2)、所选择的煤矸石中含有超过70％的铝硅资源，可作为低品位铝土矿的部分替代用于烧结法生产氧化铝；所选择的铝灰中含有大量的氧化铝等含铝物质，在配料时可提高生料的铝硅比，有利于降低能耗，节约生产成本；所选择的赤泥中除了氧化铝、氧化钙等作为烧结法原料外，还含有大量的氧化铁，在配料时可提高生料的铁铝比，有利于降低烧结温度。此外赤泥中的碱性物质可作为烧结过程碱的补充。
(3)、所选择的废阴极炭块中含有大量的碳，可以作为烧结的燃料和硫的还原剂，替代部分燃煤的使用，所选择的废阴极炭块中的含钠物质在烧结过程中会转化为碱，补充部分碱的消耗。所选择的电石渣作为烧结过程氧化钙的补充，可降低生产成本。
综上所述，本发明利用了所选择的多种工业固/危废中的铝、钠、钙、碳、铁元素耦合利用关系，含铝、钠组分在烧结过程中转化为铝酸钠，含钙组分与杂质硅结合后易于分离，含碳组分提供了烧结所需部分热量和硫的还原剂，含铁组分降低了烧结所需的温度。
最终烧结熟料的氧化铝标准溶出率＞92％，氧化钠标准溶出率＞94％，可见，本申请的利用多种工业固/危废的耦合使用方法能够高效利用碳、提取了铝和钠，从而实现多种工业固/危废的无害化处理及资源化利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明利用多种工业固/危废的耦合使用方法的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种利用多种工业固/危废的耦合使用方法，所述的耦合使用方法是先选取预脱硅煤矸石灰、铝灰、赤泥、废阴极炭块、电石渣作为原料，然后加入氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种作为添加剂，制备出混料均匀的生料，之后将生料在高温下进行烧结得到熟料，最后进行熟料溶出，得到固体渣和铝酸钠，高效利用了碳、提取了铝和钠，实现了多种工业固/危废的无害化处理及资源化利用。
特别地，所述生料需要按照原料中各组分含量特点进行计算配比混合均匀配制而成。
特别地，所述预脱硅煤矸石灰配入量为总生料量的20-35wt.％，赤泥配入量为总生料量的5-15wt.％、铝灰配入量为总生料量的1-10wt.％、废阴极炭块配入量为总生料量的1-5wt.％，电石渣配入量为总生料量的20-40wt.％，含钠添加剂的配入量为总生料量的15-25wt.％。
特别地，所述预脱硅煤矸石灰含有50-60wt.％的Al2O3，20-30wt.％的SiO2，2-6wt.％的Na2O，1-3wt.％的Fe2O3；所述赤泥含有15-25wt.％的Al2O3，10-20wt.％的SiO2，25-35wt.％的Fe2O3，10-20wt.％的CaO，3-8wt.％的Na2O；所述铝灰含有60-75wt.％的Al2O3，1-3wt.％的Al；所述废阴极炭块含有50-70wt.％的C，10-20wt.％的NaF，5-8wt.％的Na3AlF6，1-5wt.％的CaF2；所述电石渣含有70-80wt.％的Ca(OH)2，1-5wt.％的SiO2，0.1-2wt.％的Fe2O3，0.1-1wt.％的Al2O3。
特别地，生料的烧结温度为1000-1300℃，烧结时间为30-120min。
特别地，所述生料中的含铝、钠组分在烧结过程中转化为铝酸钠，含钙组分与杂质硅结合后易于分离，含碳组分提供了烧结所需部分热量，含铁组分降低了烧结所需的温度。
特别地，在后续熟料溶出过程得到铝酸钠溶液，用于生产精细氧化铝产品。
特别地，熟料中氧化铝标准溶出率＞92％，氧化钠标准溶出率＞94％。
具体利用多种工业固/危废的耦合使用方法结合以下实施例和附图进行说明：
实施例1
采用如图1所示的方法，将预脱硅煤矸石灰、铝灰、赤泥、废阴极炭块、电石渣、含钠添加剂按34：6：10：4：23：23的质量比例均匀混合；将混合均匀的生料在1000℃下进行高温煅烧30min，煅烧后的熟料溶出后可得到铝酸钠溶液与固体渣，经分析熟料的氧化铝标准溶出率为92.2％，熟料的氧化钠标准溶出率为94.5％。
实施例2
采用如图1所示的方法，将预脱硅煤矸石灰、铝灰、赤泥、废阴极炭块、电石渣、含钠添加剂按29：5：9：3：33：21的质量比例均匀混合；将混合均匀的生料在1100℃下进行高温煅烧60min，煅烧后的熟料溶出后可得到铝酸钠溶液与固体渣，经分析熟料的氧化铝标准溶出率为92.5％，熟料的氧化钠标准溶出率为94.2％。
实施例3
采用如图1所示的方法，将预脱硅煤矸石灰、铝灰、赤泥、废阴极炭块、电石渣、含钠添加剂按24：6：8：4：39：19的质量比例均匀混合；将混合均匀的生料在1200℃下进行高温煅烧90min，煅烧后的熟料溶出后可得到铝酸钠溶液与固体渣，经分析熟料的氧化铝标准溶出率为93.1％，熟料的氧化钠标准溶出率为94.8％。
实施例4
采用如图1所示的方法，将预脱硅煤矸石灰、铝灰、赤泥、废阴极炭块、电石渣、含钠添加剂按23：2：15：5：30：25的质量比例均匀混合；将混合均匀的生料在1200℃下进行高温煅烧120min，煅烧后的熟料溶出后可得到铝酸钠溶液与固体渣，经分析熟料的氧化铝标准溶出率为94.2％，熟料的氧化钠标准溶出率为95.2％。
实施例5
采用如图1所示的方法，将预脱硅煤矸石灰、铝灰、赤泥、废阴极炭块、电石渣、含钠添加剂按21：10：15：1：38：15的质量比例均匀混合；将混合均匀的生料在1300℃下进行高温煅烧110min，煅烧后的熟料溶出后可得到铝酸钠溶液与固体渣，经分析熟料的氧化铝标准溶出率为93.5％，熟料的氧化钠标准溶出率为95.0％。
实施例6
采用如图1所示的方法，将预脱硅煤矸石灰、铝灰、赤泥、废阴极炭块、电石渣、含钠添加剂按21：10：6：5：40：18的质量比例均匀混合；将混合均匀的生料在1300℃下进行高温煅烧40min，煅烧后的熟料溶出后可得到铝酸钠溶液与固体渣，经分析熟料的氧化铝标准溶出率为92.3％，熟料的氧化钠标准溶出率为94.4％。
综上可见，本发明利用了所选择的多种工业固/危废中的铝、钠、钙、碳、铁元素耦合利用关系，含铝、钠组分在烧结过程中转化为铝酸钠，含钙组分与杂质硅结合后易于分离，含碳组分提供了烧结所需部分热量和硫的还原剂，含铁组分降低了烧结所需的温度。
最终烧结熟料的氧化铝标准溶出率＞92％，氧化钠标准溶出率＞94％，可见，本申请的利用多种工业固/危废的耦合使用方法能够高效利用碳、提取了铝和钠，从而实现多种工业固/危废的无害化处理及资源化利用。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种利用多种工业固/危废的耦合使用方法，其特征在于，所述的耦合使用方法是先选取预脱硅煤矸石灰、铝灰、赤泥、废阴极炭块、电石渣作为原料，然后加入氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种作为添加剂，制备出混料均匀的生料，之后将生料在高温下进行烧结得到熟料，最后进行熟料溶出，得到固体渣和铝酸钠，高效利用了碳、提取了铝和钠，实现了多种工业固/危废的无害化处理及资源化利用。
2.根据权利要求1所述的利用多种工业固/危废的耦合使用方法，其特征在于，所述生料需要按照原料中各组分含量特点进行计算配比混合均匀配制而成。
3.根据权利要求2所述的利用多种工业固/危废的耦合使用方法，其特征在于，所述预脱硅煤矸石灰配入量为总生料量的20-35wt.％，赤泥配入量为总生料量的5-15wt.％、铝灰配入量为总生料量的1-10wt.％、废阴极炭块配入量为总生料量的1-5wt.％，电石渣配入量为总生料量的20-40wt.％，含钠添加剂的配入量为总生料量的15-25wt.％。
4.根据权利要求1所述的利用多种工业固/危废的耦合使用方法，其特征在于，所述预脱硅煤矸石灰含有50-60wt.％的Al2O3，20-30wt.％的SiO2，2-6wt.％的Na2O，1-3wt.％的Fe2O3；所述赤泥含有15-25wt.％的Al2O3，10-20wt.％的SiO2，25-35wt.％的Fe2O3，10-20wt.％的CaO，3-8wt.％的Na2O；所述铝灰含有60-75wt.％的Al2O3，1-3wt.％的Al；所述废阴极炭块含有50-70wt.％的C，10-20wt.％的NaF，5-8wt.％的Na3AlF6，1-5wt.％的CaF2；所述电石渣含有70-80wt.％的Ca(OH)2，1-5wt.％的SiO2，0.1-2wt.％的Fe2O3，0.1-1wt.％的Al2O3。
5.根据权利要求1所述的利用多种工业固/危废的耦合使用方法，其特征在于，生料的烧结温度为1000-1300℃，烧结时间为30-120min。
6.根据权利要求1所述的利用多种工业固/危废的耦合使用方法，其特征在于，所述生料中的含铝、钠组分在烧结过程中转化为铝酸钠，含钙组分与杂质硅结合后易于分离，含碳组分提供了烧结所需部分热量，含铁组分降低了烧结所需的温度。
7.根据权利要求1所述的利用多种工业固/危废的耦合使用方法，其特征在于，在后续熟料溶出过程得到铝酸钠溶液，用于生产精细氧化铝产品。
8.根据权利要求1所述的利用多种工业固/危废的耦合使用方法，其特征在于，熟料中氧化铝标准溶出率＞92％，氧化钠标准溶出率＞94％。
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