CN113493217B - 铝渣灰再利用的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝渣灰再利用的处理方法，其流程包含：将回收铝渣进行破碎与分筛，以得到铝渣灰；于搅拌槽内将铝渣灰加入适量的铝粉改质剂搅拌成混合物；提供一高度超过12米以上的动能干燥机，且由上至下呈现1400℃至600℃的递减温度对混合物进行加热，以除去铝渣灰中所含的氮化铝与碳化铝，并产生氧化铝粉；本发明回收的氧化铝粉不会再分解氨气与甲烷，可达成性质安定的效果，且其质地良好，可作成高铝耐火材料(非定型泥状或粉状及定型的耐火材料)、陶瓷、水泥等资源化的原物料，进一步提升其经济价值。

Description

铝渣灰再利用的处理方法

技术领域

本发明涉及一种资源再利用，特别涉及具有环境污染危害的铝渣灰，应用铝粉改质剂混合并加热使其定性，以作为资源化原料的一种铝渣灰再利用的处理方法。

背景技术

目前，废铝料在二次熔炼过程中，金属铝在高温作用下熔融为铝水；由于铝元素的化学活性高，铝水表面极易与空气中的氧气作用，而在铝水表面形成氧化铝薄层，该氧化铝薄层即为二次炼铝所产生的铝渣；铝渣因残留有部分的金属铝，因此一般处理铝渣的方式乃是将其金属铝予以筛选回收，剩余的物予以抛弃，此被抛弃的物即为二次铝渣灰，简称铝渣灰。

铝渣灰的组成中包括有氧化铝、细金属铝、盐类、氮化铝、碳化铝、氧化镁、氧化硅以及氧化铁，其颗粒大小通常在20筛目以下，整体呈粉末状；其中，氮化铝及碳化铝约占铝渣灰重量的20％左右，且当铝渣灰在与水接触时，氮化铝会持续分解释出具臭味的氨气，碳化铝则会分解释出可燃气体甲烷，对环境造成严重污染。

由于铝渣灰与水反应时会产生氨气、甲烷等气体，进而导致恶臭与破坏环境，因此政府的环保部门对于铝渣灰作为废弃物处理有较多的限制。由于铝渣灰中约占35-55％重量的氧化铝与二氧化硅，具有极佳的耐火特性，故而晚近业者多将铝渣灰制成耐火材料的原料，既可减少对环境的污染冲击，亦可达成铝渣灰资源化的目的，甚至创造出更高的经济价值。

然而，根据『中国矿冶工程学会』所发表「炼铝炉渣为原料制作耐火材料的研究」中揭露，铝渣灰中的氮化铝会与黏结剂的水溶液作用，使耐火材料的粗胚发生爆裂现象，或在制作过程中逸出刺鼻的氨气，或是外逸的氨气使粗胚龟裂而导致成品的表面细致度不佳；因此如何将铝渣灰进行彻底无害化的处理，以及如何提升铝渣灰资源化的原料质量，已成为业界所要努力解决的问题。

再者，氧化铝(Aluminium Oxide，Al₂O₃)是一种精密陶瓷原料，在氧化物中铝与氧有强力的键结，使得氧化铝具备氧化物中的最高硬度，可用于轴封、轴承、磨料、研磨砂轮、模具、刀具及人工宝石等。氧化铝化学稳定性高，对大部分酸性、碱性、盐类及熔融溶液有优秀的耐腐蚀性，可用于热电偶保护管、炉管、坩锅与耐火材料。同时具有高绝缘强度、高电阻率、低介电损耗，可用于绝缘座与集成电路基板，因此以氧化铝大量取代金属零件，改善容易锈蚀、耐磨性不佳、强度不够容易变形及不耐高温等缺点，不仅高科技半导体业使用氧化铝陶瓷组件，其他行业为提高效能及降低成本也逐渐采用。因此，氧化铝(Al₂O₃)为一种价值很高的材料，因此如何将铝渣灰进行彻底无害化的处理，并能资源回收再利用，获得高质量氧化铝回收原料，为本发明所要解决的技术问题。

发明内容

缘是，本发明的主要目的，是在提供一种可使铝渣灰达到定性化，且使定性化的铝渣灰，可进一步提供作为资源化原物料的方法。

为达上述目的，本发明所采用的步骤包含：(a)将熔炼所产出的铝渣废弃物，经由破碎与分筛的前置处理，以得到粒径大于预定网目数(mesh)的金属铝，以及小于预定网目数的铝渣灰；(b)将前步骤的铝渣灰加入适量的铝粉改质剂后，搅拌成为均匀的混合物；(c)提供一动能干燥机，是呈直立状且高度至少超过12米，并对内部进行加热温度，使该动能干燥机内部，由上至下呈现1400℃至600℃的递减温度，将步骤(b)的混合物进行加热，以除去铝渣灰中所含的氮化铝与碳化铝，达到定性处理的效果；以及(d)定性处理产出的氧化铝粉予以回收，废气则经由导引后排放至大气。

其中，优选的，本发明中该铝粉改质剂包括磷酸与硫酸中的任一种。

其中，优选的，本发明中该步骤(d)的废气经由导引过程更包括一后置处理，其是将废气中夹杂的氧化铝细粉予以分离回收，再将干净的废气排放至大气中。

其中，优选的，本发明中该前置处理是以一研磨设备将铝渣予以破碎，再应用一筛选设备置于该研磨设备的后端，将铝渣进行分筛以取得铝渣灰；一搅拌槽，是

置于该筛选设备的后端，以盛装该铝渣灰以及该铝粉改质剂后予以搅拌成为均匀的混合物；一送料管，置于该搅拌槽的后端，用以将该混合物送入动能干燥机中；复数支加热装置，系分置于该动能干燥机的外周缘，对该混合物进行加热，以除去铝渣灰中所含的氮化铝与碳化铝，达到定性处理的效果，同时产生氧化铝粉落入置于该动能干燥机下端的收集袋内予以回收；该后置处理的设备包括一旋风分离器、一布袋除尘器、一引风机、以及一排放管，并应用一风管使其与该动能干燥机相互连接，以使该动能干燥机内的废气，经由该后置处理设备排出，且其所夹杂的氧化铝细粉得经该旋风分离器与布袋除尘器分别予以回收，并使干净的废气经由该引风机导入该排放管而排至大气中。

其中，优选的，本发明中该动能干燥机的加热装置为瓦斯燃烧器，且该瓦斯燃烧器是用以燃烧瓦斯对该混合物进行加热。

其中，优选的，本发明中，复数支喷嘴是设置于该动能干燥机的炉壁周缘，且其各别与炉壁呈切线方向并朝上配置，其入口端更与该送料管相连结，则该混合物将被该动能干燥机内缘的负压吸入，并以旋风状气流回旋至顶端，再以涡旋状态朝下运动，以使该混合物充份而均匀地与热能作用，进而形成高硬度、高密度、高纯度的氧化铝粉产物。

相较于现有技术，本发明的有益效果是：

通过本发明的方法，可使铝渣灰混合磷酸或硫酸的铝粉改质剂中的氮化铝及碳化铝，产生化学反应而释出氨气与甲烷，再应用动能干燥机进行加热，使氨气与甲烷完全被燃烧，以有效解决环保的问题；同时前段未起化学反应的氮化铝及碳化铝，则在动能干燥机内将进一步与氧气作用而产生氧化铝，则此段的氧化铝产物将与原先铝渣灰中所含的氧化铝一起在动能干燥机内加热，进而产生高硬度、高密度、高纯度的细白氧化铝粉予以回收；本发明回收的氧化铝粉不会再分解氨气与甲烷，可达成性质稳定的效果，且其质地良好，可作成高铝耐火材料(非定型泥状或粉状及定型的耐火材料)、陶瓷、水泥等资源化的原物料，进一步提升其经济价值并造福业界。

附图说明

图1为本发明的步骤流程示意图；

图2为本发明的设备流程示意图。

符号说明：

10：研磨设备

20：筛选设备

30：搅拌槽

40：送料管

50：动能干燥机

51：加热装置/瓦斯燃烧器

52：喷嘴

60：旋风分离器

70：布袋除尘器

80：引风机

91：排放管

92：风管

B：收集袋

R1：铝渣

R21：金属铝

R22：铝渣灰

R23：铝粉改质剂

R3：混合物

R4：瓦斯

R51：氧化铝粉

R52：废气

R53：氧化铝细粉

具体实施方式

首先，本发明铝渣灰再利用的处理方法的流程主要包含前置处理、改质定性处理、与后置处理三大部分；由于再生铝厂的炼铝过程中，所产生的铝渣含有15～40％的金属铝成份，其可回收再熔炼；回收的作法即属于前置处理，是采用研磨设备将铝渣予以破碎，再应用筛选设备将粒径大于80网目的金属铝予以回收再熔炼，而粒径小于100网目以上的铝渣灰，则进入后续的改质定性处理。

承上，改质定性处理的方法是首先将铝渣灰放置于搅拌槽中，加入适量的铝粉改质剂，在搅拌槽内搅拌成为均匀的混合物，该铝粉改质剂包括磷酸或硫酸中的任一种，则该混合物中的氮化铝及碳化铝将与磷酸或硫酸发生如下的化学反应；

1.AlN+H₃PO4→Al₄PO₄+NH₃

(1)(氮化铝)+(磷酸)→(磷酸铝)+(氨气)

2.2AlC+8H₃PO4→8Al₄PO₄+6CH₃+3H₂

(2)(碳化铝)+(磷酸)→(磷酸铝)+(甲烷)+(氢气)

3.2AlN+3H2SO4→Al2(SO4)3+2NH3

(3)(氮化铝)+(硫酸)→(硫酸铝)+(氨气)

4.Al4C3+6H2SO4→2Al2(SO4)3+3CH3+3/2H2

(4)(碳化铝)+(硫酸)→(硫酸铝)+(甲烷)+(氢气)

其次，使用送料管将经过化学反应后的混合物送入动能干燥机内，其中，该动能干燥机是以复数支加热装置进行加热，本发明中该动能干燥机的高度宜超过12米，且该加热装置是以瓦斯燃烧器燃烧瓦斯方式使混合物被充份加热，则其中经化学反应后所产出的氨气、甲烷、氢气将完全燃烧而随废气被带走；该动能干燥机是由上而下呈现1400℃至600℃的递减温度，混合物被热空气带至顶端再自上端落下，则未经该铝粉改质剂包括磷酸或硫酸起化学反应的氮化铝及碳化铝，则将在动能干燥机内进一步与氧气发生如下的化学反应；

5.4AlN+7O₂→2Al₂O₃+4NO₂

(5)(氮化铝)+(氧气)→(氧化铝)+(二氧化氮)

6.Al₄C₃+6O₂→2Al₂O₃+3CO₂

(6)(碳化铝)+(氧气)→(氧化铝)+(二氧化碳)

此处与氧气作用而产生的氧化铝，将与原先铝渣灰中所含的氧化铝一起在动能干燥机内经持续加热，进而产生高硬度、高密度、高纯度的细白氧化铝粉产物；而此过程中氧化铝粉将自该动能干燥机下方落入收集袋内予以回收。

接着，动能干燥机内含有粉尘状颗粒物的废气，则自炉壁排出以进行后置处理；其中，该后置处理的目的是在进一步搜集废气中所夹带的氧化铝细粉，而后置处理的设备包括一旋风分离器、一布袋除尘器、一引风机、以及一排放管，并应用一风管使其与该动能干燥机相互连接，则废气中所夹杂的氧化铝细粉将经由该旋风分离器与布袋除尘器的作动分别予以回收，并使干净的废气经由该引风机导入该排风管而排至大气中；按，旋风分离器是用于气固体分离的一种设备，其原理是应用流体旋转，使具有较大惯性离心力的固体颗粒甩向外壁面而分离，适合用于捕集直径大于10μm以上的粉尘。又者，布袋除尘器是利用织物制作的袋状过滤组件来捕集含尘气体中固体颗粒物的设备，其适合捕集颗粒更小且一般集尘器难以回收的粉尘；再者，本发明中在旋风分离器与布袋除尘器的下方都装有收集袋，用以分别回收粒径大于10μm以及粒径更小的氧化铝细粉；最后，完成充分分离氧化铝颗粒的洁净废气则经引风机导入排放管而被排至大气中。

参照前述的程序，本发明铝渣灰再利用的处理方法其步骤流程如图1所示，包含：

(a)将熔炼所产出的铝渣废弃物，经由破碎与分筛的前置处理，以得到粒径大于预定网目数的金属铝，以及粒径小于预定网目数的铝渣灰；

(b)将前步骤的铝渣灰加入适量的铝粉改质剂后，搅拌成为均匀的混合物；

(c)提供一动能干燥机，呈直立状且高度至少超过12米，并对内部进行加热温度，使该动能干燥机内部，由上至下呈现1400℃至600℃的递减温度将步骤(b)的混合物进行加热，以除去铝渣灰中所含的氮化铝与碳化铝，达到定性处理的效果；以及

(d)将定性处理产出的氧化铝粉予以回收，废气则经由后置处理进一步分离氧化铝细粉后排放至大气。

图2所示，为本发明铝渣灰再利用的处理方法所用的设备，其中，该前置处理系以一研磨设备10将铝渣R1予以破碎，再应用一筛选设备20置于该研磨设备10的后端将铝渣R1进行分筛，则粒径大于80网目的金属铝R21予以回收再熔炼，而粒径小于100网目以上的铝渣灰R22，则进入后续的改质定性处理；一搅拌槽30，置于该筛选设备20的后端以盛装该铝渣灰R22以及该铝粉改质剂R23后予以搅拌成为均匀的混合物R3；一送料管40，置于该搅拌槽30的后端，用以将该混合物R3送入该动能干燥机50内；复数支加热装置51，分置于该动能干燥机50的外周缘以对混合物R3进行加热。

本发明中该动能干燥机50的高度宜超过12米，而该加热装置51是以瓦斯燃烧器51燃烧瓦斯R4的方式分布在该动能干燥机50上半段的炉壁周缘；该动能干燥机50的中段炉壁周缘则分设8支喷嘴52，而该喷嘴52系各别以与炉壁呈切线方向且其出口端呈朝上配置，该送料管40连结该喷嘴52的入口端，则该混合物R3将被炉壁内缘的负压吸入，以旋风状气流回旋至顶端，由于瓦斯燃烧器51的配置方式使动能干燥机50由上至下呈现1400℃至600℃的递减分布，则顶端与底端的不同气流密度将造成涡旋效应而使混合物R3朝下运动，则该混合物R3将充份而均匀地与热能作用，进而形成高硬度、高密度、高纯度的氧化铝粉R51产物落入置于该动能干燥机50下端的收集袋B内予以回收。

接着，该后置处理的设备包括一旋风分离器60、一布袋除尘器70、一引风机80、以及一排放管91，并应用一风管92使其与该动能干燥机50、旋风分离器60、布袋除尘器70、引风机80相互连接，以使该动能干燥机50内的废气R52，经由该后置处理设备排出，且其所夹杂的氧化铝细粉R53得经该旋风分离器60与布袋除尘器70分别予以回收落入收集袋B内，并使干净的废气R52经由该引风机80导入该排放管91而排至大气中。

本发明是将铝渣灰R22混合磷酸或硫酸的铝粉改质剂R23，使其中大约占铝渣灰R22重量20％左右的氮化铝及碳化铝，产生化学反应而释出对环境有冲击的氨气与甲烷，再应用动能干燥机50其12米高度与1400℃至600℃的递减温度进行加热，使氨气与甲烷完全被燃烧；同时前段未起化学反应的氮化铝及碳化铝，则在动能干燥机50内将进一步与氧气作用而产生氧化铝，则此段的氧化铝将与原先大约占铝渣灰35-55％重量的氧化铝一起在动能干燥机50内加热，进而产生高硬度、高密度、高纯度的细白氧化铝粉R51与氧化铝细粉R53，可作成高铝耐火材料(非定型泥状或粉状及定型的耐火材料)、陶瓷、水泥等原料；本发明不但可在处理过程中可除去铝渣灰R22中的氮化铝及碳化铝，有效解决环保的问题，同时可进一步将高质量的氧化铝粉R51与氧化铝细粉R53作为资源化的原物料，更能提升经济价值造福业界。

上述所揭露的图式、说明，仅为本发明的较佳实施例，本领域技术人员可依本案精神范畴所作的修饰或等效变化，仍应包括在本案申请专利范围内。

Claims (4)

1.一种铝渣灰再利用的处理方法，其特征在于，步骤包含：

(a)将熔炼所产出的铝渣废弃物，经由破碎与分筛的前置处理，以得到粒径大于预定网目数的金属铝，以及小于预定网目数的铝渣灰；

(b)将前步骤的铝渣灰加入适量的铝粉改质剂，并搅拌成为均匀的混合物；该铝粉改质剂包括磷酸与硫酸中的任一种；

(c)提供一动能干燥机，是呈直立状且高度至少超过12米，并应用分置于该动能干燥机炉壁周缘的复数支加热装置，对内部进行加热，使该动能干燥机内部由上至下呈现1400℃至600℃的递减温度分布，并以一送料管将该混合物送入复数支喷嘴的入口，该喷嘴分设于该动能干燥机的中段周缘，是各别与炉壁呈切线方向且其出口端呈朝上配置，则该混合物将被炉壁内缘的负压吸入，并以旋风状气流回旋至顶端，则顶端与底端的不同气流密度将造成涡旋效应而使混合物朝下运动且充分而均匀地与热能作用，促使铝渣灰中所含氮化铝与碳化铝因化学反应所释放的氨气与甲烷完全被燃烧，进而达到定性处理的效果，并使形成高纯度的氧化铝粉落入该动能干燥机的下端；以及

(d)定性处理产出的氧化铝粉予以回收，废气则经由导引后排放至大气。

2.如权利要求1所述的铝渣灰再利用的处理方法，其特征在于，该步骤(d)中的废气经由导引过程中更包括一后置处理步骤(e)，其是将废气中所夹杂的氧化铝细粉予以分离回收，再将干净的废气排放至大气中。

3.如权利要求2所述的铝渣灰再利用的处理方法，其特征在于，

该步骤(a)的前置处理包括: 以一研磨设备将铝渣予以破碎，再应用一筛选设备置于该研磨设备的后端将铝渣进行分筛以取得铝渣灰；

该步骤(b)中是应用一搅拌槽置于该筛选设备的后端以盛装该铝渣灰以及该铝粉改质剂后予以搅拌成为均匀的混合物；

该步骤(c)中是将一送料管置于该搅拌槽的后端，用以将该混合物送入该动能干燥机内；并以复数支加热装置，分置于该动能干燥机的外周缘，用以对该混合物进行加热，使该铝渣灰中的氧化铝达到定性化，并使产生的氧化铝粉落入置于该动能干燥机下端的收集袋内予以回收；

该步骤(e)中的后置处理是应用一风管使其与该动能干燥机相互连接，以使该动能干燥机内的废气，经由该风管排出，且其所夹杂的氧化铝细粉经旋风分离器与布袋除尘器分别予以回收，并使干净的废气经由引风机导入排风管而排至大气中。

4.如权利要求3所述的铝渣灰再利用的处理方法，其特征在于，该动能干燥机的加热装置为瓦斯燃烧器，且该瓦斯燃烧器是用以燃烧瓦斯对该混合物进行加热。