CN115672931A - 一种含铝固体废物资源化方法 - Google Patents

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梁庆
朱化军
高漫春
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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

一种含铝固体废物资源化方法
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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