CN115672931A - 一种含铝固体废物资源化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含铝固体废物资源化方法,涉及固体废物处理技术领域,包括:含铝固体废物研磨选粉、混料均化、还原氯化、回收钙铁、回收含铝料、氢氧化铝回收,利用铝灰与氯反应过程中AlN和Al金属的氯化过程大量放热的特征,在不外加热量的条件下,将铝灰与其他含铝废物混合,通过还原氯化反应,将灰渣中铝转化为氯化铝,并进一步反应为高纯氢氧化铝,提升含铝灰渣的资源化利用价值,实现绿色低碳的含铝灰渣的综合利用。
Description
技术领域
本发明涉及固体废物处理技术领域,特别是涉及一种含铝固体废物资源化方法。
背景技术
目前,我国铝土矿进口比例超过50%,铝资源急需进一步循环利用。铝灰、粉煤灰、焚烧飞灰等在高温过程中产生灰渣,灰渣具有较高含量的铝,可以很好地缓解铝资源短缺问题。但含铝灰渣的利用存在以下问题:①高温烧结等反应温度在1200-1400℃,需要大量能源支撑,在双碳目标控制下,此种方式受到较大限制;②灰渣中含有较多钙、铁,传统化学处理过程会产生大量废料,如赤泥,残渣的处理问题是主要的技术瓶颈;③杂质处理过程中产生的钾钠盐,分离成本较大,而混合杂质又无法去除,导致钾钠盐只能作为危险废物处理,且处理成本较大。
发明内容
本发明针对上述技术问题,克服现有技术的缺点,提供一种含铝固体废物资源化方法,包括以下步骤:
(1)含铝固体废物研磨选粉
含铝固体废物拆包后进入地下式缓冲斗,由缓冲斗下部计量称与大倾角皮带输送进入研磨选粉一体***,经过研磨同步选粉后,细颗粒通过计量称与提升机进入混料均化***,粗颗粒由研磨***排出,并通过计量称与螺旋输送机闭路循环进入地下式缓冲斗;
(2)混料均化
步骤(1)中细颗粒通过双轴混料机后进入混料均化***充分均化,均化后的细颗粒由均化***下部出料机出料,进入反应器;
(3)还原氯化
步骤(2)中均化后的物料由反应器下部进料口进料,在反应器下部与吹入的氯气混合,并被氯气带入反应室反应,反应后的氯化物物料由反应器上部排出,其余固体残余渣由反应器下部排出收集;
(4)回收钙铁
步骤(3)中含物料烟气进入反应器上部预冷室,从预冷室一侧上部进入,进过多次折流后由另一侧上部排出,冷却过程形成的氯化钙、氯化铁细颗粒因为重力作用沉降至预冷室下部收集斗,并由收集斗排出回收;
(5)回收含铝料
步骤(4)中排出的烟气进入急冷塔,通过急冷塔冷水吸收后,含铝物料与盐溶于水排出急冷塔,进入沉淀池,经过急冷后的烟气,通过气固分离器进入后端脱硫脱硝处理***,剩余氯气回到反应***;
(6)氢氧化铝回收
步骤(5)中溶液进入沉淀池,进行pH调整,氯化铝转化为氢氧化铝沉淀,并由沉淀池底部排出,高压压滤机分离后再进入烘干机烘干形成产品;沉淀后的溶液由沉淀池溢流槽排出,进入盐回收***,通过三效蒸发器结晶得到氯化钠氯化钾盐混合盐物料。
本发明进一步限定的技术方案是:
前所述的一种含铝固体废物资源化方法,步骤(1)中,含铝固体废物中的一种为铝灰,另一种可为粉煤灰、垃圾焚烧飞灰的一种,含铝固体废物各自进行研磨选粉。
前所述的一种含铝固体废物资源化方法,步骤(1)中,研磨采用球磨机,球磨机进料口尺寸300-500mm,设置3-4仓结构,隔仓板篦孔尺寸15-25mm,研磨转速10-15r/min,研磨体采用10cm和2cm高强度氧化锆球,大球小球集配为1仓:12:1-8:1,2仓:5:1-2:1,3仓:1:2-1:8,若有4仓:全部小球。
前所述的一种含铝固体废物资源化方法,步骤(1)中,采用动态选粉机装置在球磨机出料口选粉,导流叶片角度选择30-45度,转子速度350-650rpm,得到细料尺寸D50<0.125mm。
前所述的一种含铝固体废物资源化方法,步骤(2)中,进入混料机内的铝灰与其他含铝固废的比例为10:1-3:1;均化***采用大储仓内设置小均化室的方式,大储仓与小均化室的容积比为100-230:1,出料5-15t/h,均化室进料采用螺旋机械进料,出料采用刮板旋转出料。
前所述的一种含铝固体废物资源化方法,步骤(3)中,反应室采用竖式窑炉形式,衬有耐火材料,最高耐火温度1800oC;采用的氯气浓度为80%-30%,平衡气体为氮气,氧含量<5%,流量20000-60000m3/h,停留时间20-50min;采用脱氧还原剂为粉状碳或硫磺。
前所述的一种含铝固体废物资源化方法,步骤(4)中,预冷室采用夹套结构,夹套中通过冷空气降温,换热空气流量为5000-13000m3/h,烟气出口温度1000-1100℃,换热后空气进入烘干机烘干氢氧化铝产品。
前所述的一种含铝固体废物资源化方法,步骤(5)中,急冷塔采用雾化水进行喷淋,塔上出口烟气温度为200-300℃。
前所述的一种含铝固体废物资源化方法,步骤(6)中,沉淀池水流速度0.4-1.7m/h,以氢氧化钠调整pH7-8,高压压滤机进料压力1.6-2.4 MPa。
前所述的一种含铝固体废物资源化方法,步骤(1)-(6)中,固体物料出料口均安装锁风阀,防止气体泄露,***连接采用密闭装备或收尘器,***阀门采用电控阀门与***联锁功能。
本发明的有益效果是:
(1)本发明利用铝灰与氯反应过程中AlN和Al金属的氯化过程大量放热的特征,在不外加热量的条件下,将铝灰与其他含铝废物混合,通过还原氯化反应,将灰渣中铝转化为氯化铝,并进一步反应为高纯氢氧化铝,提升含铝灰渣的资源化利用价值,实现绿色低碳的含铝灰渣的综合利用;
(2)本发明过程中加入粉煤灰、垃圾焚烧飞灰等焚烧灰渣,利用灰渣中含有的碳,催化金属氧化物的还原及其氯化物的生成,进一步降低外加碳源的量,实现资源的充分利用;
(3)本发明过程中的高温氯化,将稳定的氧化铁等杂质转化为氯化铁,并利用温度-凝结作用分离铁杂质,实现了产品的提纯;
(4)本发明过程中采用多段降温方式控制温度,在不同温度段可实现产物的有效分离与收集,无能耗。同时,对***产生高温进行换热,收集余热对各工段产品进行烘干等,充分利用了***自产热量,进一步降低运行的能源消耗,实现了二氧化碳的减排;
(5)本发明过程可以进一步对氯化钠和氯化钾进行提纯,提高盐品质,降低分盐的成本,总体实现含铝灰渣的高附加值利用。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
实施例1
原料1采用我国浙江地区某再生铝厂的铝灰,氧化铝含量58.3%,金属铝含量4.2%,氧化铁含量4.1%,氮化物含量15.8%,碳含量2.0%,原料粒径尺寸D50=0.45mm。铝灰拆包后进入地下式缓冲斗,由缓冲斗下部大倾角皮带输送进入球磨机1,球磨机1进料口尺寸300mm,设置3仓结构,隔仓板篦孔尺寸25mm,研磨转速10r/min,研磨体采用10cm和2cm高强度氧化锆球,大球小球集配为1仓:8:1,2仓:2:1,3仓:1:8。出料口动态选粉机导流叶片角度选择45度,转子速度650rpm。得到细料尺寸D50=0.93mm。球磨机下料口排出的粗料,返回球磨机进料口进一步研磨。
原料2采用我国浙江地区某电厂产生的粉煤灰,氧化铝含量13.5%,氧化钙含量18.2%,氧化铁含量7.3%,碳含量3.8%。原料粒径尺寸D50=0.22mm。粉煤灰拆包后进入地下式缓冲斗,由缓冲斗下部大倾角皮带输送进入球磨机2,球磨机2进料口尺寸300mm,设置3仓结构,隔仓板篦孔尺寸15mm,研磨转速10r/min,研磨体采用10cm和2cm高强度氧化锆球,大球小球集配为1仓:8:1,2仓:2:1,3仓:1:2。出料口动态选粉机导流叶片角度选择30度,转子速度350rpm,得到细料尺寸D50=0.081mm。球磨机下料口排出的粗料,返回球磨机进料口进一步研磨。
铝灰与粉煤灰分别通过带缓冲槽的螺旋计量称送入混料机内,其比例为10:1,混料后物料被送入大储仓,其中大储仓与小均化室的容积比为230:1,充分均化后,出料采用刮板旋转出料,以出料量15t/h进入反应室进行反应。反应的氯气浓度为80%,氧含量保持4%,流量60000m3/h,停留时间20min。反应不需要补充粉状碳。反应后,反应器下部排出渣的产生量为3.3t/h,其中氧化硅含量为54%,氧化钙3.2%,氧化铁1.1%,氯化物含量0.04%,氮化物含量0.01%,可作为建材掺合料使用。反应后的烟气进入预冷室换热,空气流量为13000m3/h,烟气出口温度为1100℃。预冷室下冷却形成的氯化钙、氯化铁细颗粒进入收集斗收集回收,产物产量1.1t/h,氯化铁含量55%、氯化钙含量44%。预冷室出口烟气进入急冷塔采用雾化水进行喷淋,塔上出口烟气温度为300℃,通过急冷塔冷水吸收后,含铝物料与盐溶于水排出急冷塔,进入沉淀池,沉淀池水流速度0.4m/h,以氢氧化钠调整pH8,物料采用高压压滤机进行脱水,进料压力1.6 MPa,湿滤饼进行烘干,得到氢氧化铝产物的产量11.2t/h(以氧化铝计,纯度98.3%),Al回收率(以氧化铝计)为94.5%。滤液蒸发得到钾钠混合氯盐产量1.4t/h,氯化钠含量为95%。
实施例2
原料1采用我国山东地区某再生铝厂的铝灰,氧化铝含量48.2%,金属铝含量3.1%,氧化铁含量8.6%,氮化物含量20.4%,碳含量1.0%,原料粒径尺寸D50=1.8mm。铝灰拆包后进入地下式缓冲斗,由缓冲斗下部大倾角皮带输送进入球磨机1,球磨机1进料口尺寸500mm,设置4仓结构,隔仓板篦孔尺寸15mm,研磨转速15r/min,研磨体采用10cm和2cm高强度氧化锆球,大球小球集配为1仓:10:1,2仓:5:1,3仓:1:2,若有4仓:全部小球。出料口动态选粉机导流叶片角度选择45度,转子速度450rpm。得到细料尺寸D50=0.076mm。球磨机下料口排出的粗料,返回球磨机进料口进一步研磨。
原料2采用我国山东地区某电厂产生的粉煤灰,氧化铝含量10.1%,氧化钙含量22.1%,氧化铁含量4.3%,碳含量5.2%。原料粒径尺寸D50=0.29mm。粉煤灰拆包后进入地下式缓冲斗,由缓冲斗下部大倾角皮带输送进入球磨机2,球磨机2进料口尺寸300mm,设置3仓结构,隔仓板篦孔尺寸15mm,研磨转速15r/min,研磨体采用10cm和2cm高强度氧化锆球,大球小球集配为1仓: 9:1,2仓:3:1,3仓:1:6。出料口动态选粉机导流叶片角度选择30度,转子速度650rpm,得到细料尺寸D50=0.062mm。球磨机下料口排出的粗料,返回球磨机进料口进一步研磨。
铝灰与粉煤灰分别通过带缓冲槽的螺旋计量称送入混料机内,其比例为8:1,混料后物料被送入大储仓,其中大储仓与小均化室的容积比为100:1,充分均化后,出料采用刮板旋转出料,以出料量5t/h进入反应室进行反应。反应的氯气浓度为30%,氧含量保持2%,流量20000m3/h,停留时间50min。反应不需要补充粉状碳。反应后,反应器下部排出渣的产生量为1.4t/h,其中氧化硅含量为67%,氧化钙7.7%,氧化铁1.0%,氯化物含量0.02%,氮化物含量0.03%,可作为建材掺合料使用。反应后的烟气进入预冷室换热,空气流量为5000m3/h,烟气出口温度为1000℃。预冷室下冷却形成的氯化钙、氯化铁细颗粒进入收集斗收集回收,产物产量0.6t/h,氯化铁含量64%、氯化钙含量35%。预冷室出口烟气进入急冷塔采用雾化水进行喷淋,塔上出口烟气温度为200℃,通过急冷塔冷水吸收后,含铝物料与盐溶于水排出急冷塔,进入沉淀池,沉淀池水流速度1.0m/h,以氢氧化钠调整pH8,物料采用高压压滤机进行脱水,进料压力1.6 MPa,湿滤饼进行烘干,得到氢氧化铝产物的产量3.3t/h(以氧化铝计,纯度99.3%),Al回收率(以氧化铝计)为93%。滤液蒸发得到钾钠混合氯盐产量0.44t/h,氯化钠含量为96%。
实施例3
原料1采用我国江苏地区某再生铝厂的铝灰,氧化铝含量63.1%,金属铝含量5.0%,氧化铁含量5.3%,氮化物含量12.6%,碳含量0.6%,原料粒径尺寸D50=3.3mm。铝灰拆包后进入地下式缓冲斗,由缓冲斗下部大倾角皮带输送进入球磨机1,球磨机1进料口尺寸500mm,设置4仓结构,隔仓板篦孔尺寸15mm,研磨转速10r/min,研磨体采用10cm和2cm高强度氧化锆球,大球小球集配为1仓:12:1,2仓:3:1,3仓:1:8,若有4仓:全部小球。出料口动态选粉机导流叶片角度选择40度,转子速度650rpm。得到细料尺寸D50=0.118mm。球磨机下料口排出的粗料,返回球磨机进料口进一步研磨。
原料2采用我国江苏地区某垃圾焚烧厂产生的飞灰,氧化铝含量7.4%,氧化钙含量34.8%,氧化铁含量11.2%,碳含量1.9 %。原料粒径尺寸D50=0.14mm。粉煤灰拆包后进入地下式缓冲斗,由缓冲斗下部大倾角皮带输送进入球磨机2,球磨机2进料口尺寸300mm,设置3仓结构,隔仓板篦孔尺寸25mm,研磨转速15r/min,研磨体采用10cm和2cm高强度氧化锆球,大球小球集配为1仓:8:1,2仓:5:1,3仓:1:8。出料口动态选粉机导流叶片角度选择45度,转子速度650rpm,得到细料尺寸D50=0.036mm。球磨机下料口排出的粗料,返回球磨机进料口进一步研磨。
铝灰与粉煤灰分别通过带缓冲槽的螺旋计量称送入混料机内,其比例为3:1,混料后物料被送入大储仓,其中大储仓与小均化室的容积比为150:1,充分均化后,出料采用刮板旋转出料,以出料量10t/h进入反应室进行反应。反应的氯气浓度为50%,氧含量保持2%,流量40000m3/h,停留时间40min。反应补充粉状碳以催化金属氯化物生成。反应后,反应器下部排出渣的产生量为1.6t/h,其中氧化硅含量为59%,氧化钙6.5%,氧化铁0.6%,氯化物含量0.01%,氮化物含量0.02%,可作为建材掺合料使用。反应后的烟气进入预冷室换热,空气流量为12000m3/h,烟气出口温度为1000℃。预冷室下冷却形成的氯化钙、氯化铁细颗粒进入收集斗收集回收,产物产量1.5t/h,氯化铁含量32%、氯化钙含量67%。预冷室出口烟气进入急冷塔采用雾化水进行喷淋,塔上出口烟气温度为200℃,通过急冷塔冷水吸收后,含铝物料与盐溶于水排出急冷塔,进入沉淀池,沉淀池水流速度1.7m/h,以氢氧化钠调整pH7,物料采用高压压滤机进行脱水,进料压力2.4 MPa,湿滤饼进行烘干,得到氢氧化铝产物的产量6.7t/h(以氧化铝计,纯度98.1%),Al回收率(以氧化铝计)为98%。滤液蒸发得到钾钠混合氯盐产量1.38t/h,氯化钠含量为93%。
除上述实施例外,本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种含铝固体废物资源化方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)含铝固体废物研磨选粉
含铝固体废物拆包后进入地下式缓冲斗,由缓冲斗下部计量称与大倾角皮带输送进入研磨选粉一体***,经过研磨同步选粉后,细颗粒通过计量称与提升机进入混料均化***,粗颗粒由研磨***排出,并通过计量称与螺旋输送机闭路循环进入地下式缓冲斗;
(2)混料均化
步骤(1)中细颗粒通过双轴混料机后进入混料均化***充分均化,均化后的细颗粒由均化***下部出料机出料,进入反应器;
(3)还原氯化
步骤(2)中均化后的物料由反应器下部进料口进料,在反应器下部与吹入的氯气混合,并被氯气带入反应室反应,反应后的氯化物物料由反应器上部排出,其余固体残余渣由反应器下部排出收集;
(4)回收钙铁
步骤(3)中含物料烟气进入反应器上部预冷室,从预冷室一侧上部进入,进过多次折流后由另一侧上部排出,冷却过程形成的氯化钙、氯化铁细颗粒因为重力作用沉降至预冷室下部收集斗,并由收集斗排出回收;
(5)回收含铝料
步骤(4)中排出的烟气进入急冷塔,通过急冷塔冷水吸收后,含铝物料与盐溶于水排出急冷塔,进入沉淀池,经过急冷后的烟气,通过气固分离器进入后端脱硫脱硝处理***,剩余氯气回到反应***;
(6)氢氧化铝回收
步骤(5)中溶液进入沉淀池,进行pH调整,氯化铝转化为氢氧化铝沉淀,并由沉淀池底部排出,高压压滤机分离后再进入烘干机烘干形成产品;沉淀后的溶液由沉淀池溢流槽排出,进入盐回收***,通过三效蒸发器结晶得到氯化钠氯化钾盐混合盐物料。
2.根据权利要求1所述的一种含铝固体废物资源化方法,其特征在于:所述步骤(1)中,含铝固体废物中的一种为铝灰,另一种可为粉煤灰、垃圾焚烧飞灰的一种,含铝固体废物各自进行研磨选粉。
3.根据权利要求1所述的一种含铝固体废物资源化方法,其特征在于:所述步骤(1)中,研磨采用球磨机,球磨机进料口尺寸300-500mm,设置3-4仓结构,隔仓板篦孔尺寸15-25mm,研磨转速10-15r/min,研磨体采用10cm和2cm高强度氧化锆球,大球小球集配为1仓:12:1-8:1,2仓:5:1-2:1,3仓:1:2-1:8,若有4仓:全部小球。
4.根据权利要求1所述的一种含铝固体废物资源化方法,其特征在于:所述步骤(1)中,采用动态选粉机装置在球磨机出料口选粉,导流叶片角度选择30-45度,转子速度350-650rpm,得到细料尺寸D50<0.125mm。
5.根据权利要求1所述的一种含铝固体废物资源化方法,其特征在于:所述步骤(2)中,进入混料机内的铝灰与其他含铝固废的比例为10:1-3:1;均化***采用大储仓内设置小均化室的方式,大储仓与小均化室的容积比为100-230:1,出料5-15t/h,均化室进料采用螺旋机械进料,出料采用刮板旋转出料。
6.根据权利要求1所述的一种含铝固体废物资源化方法,其特征在于:所述步骤(3)中,反应室采用竖式窑炉形式,衬有耐火材料,最高耐火温度1800oC;采用的氯气浓度为80%-30%,平衡气体为氮气,氧含量<5%,流量20000-60000m3/h,停留时间20-50min;采用脱氧还原剂为粉状碳或硫磺。
7.根据权利要求1所述的一种含铝固体废物资源化方法,其特征在于:所述步骤(4)中,预冷室采用夹套结构,夹套中通过冷空气降温,换热空气流量为5000-13000m3/h,烟气出口温度1000-1100℃,换热后空气进入烘干机烘干氢氧化铝产品。
8.根据权利要求1所述的一种含铝固体废物资源化方法,其特征在于:所述步骤(5)中,急冷塔采用雾化水进行喷淋,塔上出口烟气温度为200-300℃。
9.根据权利要求1所述的一种含铝固体废物资源化方法,其特征在于:所述步骤(6)中,沉淀池水流速度0.4-1.7m/h,以氢氧化钠调整pH7-8,高压压滤机进料压力1.6-2.4 MPa。
10.根据权利要求1所述的一种含铝固体废物资源化方法,其特征在于:所述步骤(1)-(6)中,固体物料出料口均安装锁风阀,防止气体泄露,***连接采用密闭装备或收尘器,***阀门采用电控阀门与***联锁功能。
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