CN117566777A - 一种二次铝灰中氮、铝资源化利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种二次铝灰中氮、铝资源化利用的方法，包括：（1）混合二次铝灰和水进行水解反应，得到水解浆料，并将反应过程中产生的含氨蒸汽经冷却后得到冷凝液；（2）将水解浆料进行分离洗涤，得到水解滤液和水解渣；（3）混合硫酸溶液和水解渣进行脱铝反应，经分离洗涤后得到含铝溶液和高铝渣料；（4）混合冷凝液、水解滤液和含铝溶液进行铝离子沉淀，得到混合浆料；（5）将混合浆料进行分离洗涤，得到硫酸铵溶液和氢氧化铝沉淀；（6）将硫酸铵溶液进行冷却结晶，得到硫酸铵产品。本发明提供的方法实现了二次铝灰中氮和铝的高效回收，并制备出性能优异的硫酸铵和氢氧化铝产品，实现了二次铝灰的无害化处置，经济和环境效益突出。
Description
技术领域
本发明属于固废处理技术领域，涉及一种二次铝灰的回收利用方法，尤其涉及一种二次铝灰中氮、铝资源化利用的方法。
背景技术
二次铝灰是回收金属铝过程中所产生的危险废弃物，年平均排放量为400多万吨。二次铝灰中含有大量的氮化铝，在潮湿环境中会释放出大量的氨气而造成严重的环境污染，同时氮化铝中的铝资源是高活性的铝资源，易溶出和回收。因此，如何从二次铝灰中回收氮和铝资源具有重要意义。
CN114906867A公开了一种利用铝灰制备氧化铝的方法，该方法是将铝灰进行水解-酸解，然后将得到的水解液和酸解液进行蒸发得到水解母液和酸解母液，之后将这两种母液混合，经分离洗涤得到氢氧化铝沉淀，最后经干燥焙烧得到氢氧化铝粉料。上述方法虽然制备了氢氧化铝，但蒸发过程中会挥发出氨气，从而造成氨外溢，无法做到清洁生产。
CN114892010A公开了一种强化脱氮除盐的二次铝灰处理方法，该方法以碱、酸联合分选方法强化铝灰脱氮除盐过程，并采用微波促进铝灰水解反应，达到脱氮除盐的目的，将铝灰无害化处理的同时得到高纯氧化铝材料，碱、酸联合分选-微波水解过程产生的氨气利用硫酸吸收得到硫酸铵产品。上述方法虽然实现了铝、氮资源的回收，制备出了氧化铝和硫酸铵产品，但需要额外添加pH调整剂以促使铝沉淀，导致生产成本升高。
CN107311211A公开了一种电解铝铝灰资源化利用的方法，首先对铝灰进行水解，然后利用硫酸溶解水解渣得到硫酸铝溶液，再利用碳酸氢铵与硫酸铝反应得到碳酸铝铵沉淀，经焙烧得到氧化铝；水解产生的滤液和沉淀铝产生的滤液混合，蒸发结晶得到硫酸铵。然而，上述方法需要额外添加碳酸氢铵，成本较高，并不利于产业化运行。
由此可见，如何提供一种二次铝灰中氮、铝资源化利用的方法，避免氨气外溢，实现清洁生产，同时降低能耗，节约生产成本，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二次铝灰中氮、铝资源化利用的方法，所述方法实现了二次铝灰中氮和铝的高效回收，并制备出性能优异的硫酸铵和氢氧化铝产品，实现了二次铝灰的无害化处置，经济和环境效益突出。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种二次铝灰中氮、铝资源化利用的方法，所述方法包括以下步骤：
（1）混合二次铝灰和水进行水解反应，得到水解浆料，并将反应过程中产生的含氨蒸汽经冷却后得到冷凝液；
（2）将步骤（1）所得水解浆料进行分离洗涤，得到水解滤液和水解渣；
（3）混合硫酸溶液和步骤（2）所得水解渣进行脱铝反应，经分离洗涤后得到含铝溶液和高铝渣料；
（4）混合步骤（1）所得冷凝液、步骤（2）所得水解滤液和步骤（3）所得含铝溶液进行铝离子沉淀，得到混合浆料；
（5）将步骤（4）所得混合浆料进行分离洗涤，得到硫酸铵溶液和氢氧化铝沉淀；
（6）将步骤（5）所得硫酸铵溶液进行冷却结晶，得到硫酸铵产品。
本发明提供的方法先将二次铝灰与水反应进行高效脱氨，使氮化铝转化成氢氧化铝和氨气，氨气经冷凝后与滤液混合备用；再将水解产生的水解渣与硫酸反应，使水解产生的氢氧化铝全部溶解得到硫酸铝溶液；接着利用冷凝液、水解滤液和含铝溶液的碱、酸特性进行中和反应，实现了含铝溶液中铝的高效沉淀，从而得到氢氧化铝沉淀；最后将沉淀反应产生的滤液冷却结晶得到硫酸铵产品。
上述方法所涉及的反应均在常压下即可进行，反应温和、能耗低，基于二次铝灰中氮化铝含量控制硫酸溶液的添加量，并利用冷凝液、水解滤液和含铝溶液的自身特性，无需额外添加调整剂即可实现二次铝灰中铝、氮的高效回收，最终制备出高品质的氢氧化铝和硫酸铵产品，实现了二次铝灰的无害化处置，经济和环境效益突出，工业化应用前景广阔。
优选地，步骤（1）所述水解反应的温度为90-100℃，例如可以是90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（1）所述水解反应的时间为2-5h，例如可以是2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h或5h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（1）所述水解反应的固含量为20-30wt%，例如可以是20wt%、21wt%、22wt%、23wt%、24wt%、25wt%、26wt%、27wt%、28wt%、29wt%或30wt%，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（1）所述水解反应过程中添加氢氧化钠，且所述氢氧化钠的添加量为二次铝灰质量的1-5‰，例如可以是1‰、1.5‰、2‰、2.5‰、3‰、3.5‰、4‰、4.5‰或5‰，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（2）所述分离洗涤的方式包括真空抽滤。
优选地，步骤（3）所述硫酸溶液的浓度为8-18wt%，例如可以是8wt%、9wt%、10wt%、11wt%、12wt%、13wt%、14wt%、15wt%、16wt%、17wt%或18wt%，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（3）所述脱铝反应的固含量为15-25wt%，例如可以是15wt%、16wt%、17wt%、18wt%、19wt%、20wt%、21wt%、22wt%、23wt%、24wt%或25wt%，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（3）所述脱铝反应的温度为50-70℃，例如可以是50℃、52℃、54℃、56℃、58℃、60℃、62℃、64℃、66℃、68℃或70℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（3）所述脱铝反应的时间为1-4h，例如可以是1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h或4h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（3）所述分离洗涤的方式包括真空抽滤。
优选地，步骤（3）所述高铝渣料作为铝矾土替代料，用于制备耐火材料及陶瓷制品。
优选地，步骤（4）所述混合过程伴随着搅拌，且搅拌的时间为1-4h，例如可以是1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h或4h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（5）所述分离洗涤的方式包括真空抽滤。
优选地，步骤（6）所述冷却结晶的温度为30-50℃，例如可以是30℃、32℃、34℃、36℃、38℃、40℃、42℃、44℃、46℃、48℃或50℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：
（1）按照固含量为20-30wt%混合二次铝灰和水，在90-100℃下进行水解反应2-5h，并在反应过程中添加氢氧化钠，且所述氢氧化钠的添加量为二次铝灰质量的1-5‰，得到水解浆料，将反应过程中产生的含氨蒸汽经冷却后得到冷凝液；
（2）将步骤（1）所得水解浆料进行真空抽滤，得到水解滤液和水解渣；
（3）按照固含量为15-25wt%混合浓度为8-18wt%的硫酸溶液和步骤（2）所得水解渣，在50-70℃下进行脱铝反应1-4h，经真空抽滤后得到含铝溶液和高铝渣料；所述高铝渣料作为铝矾土替代料，用于制备耐火材料及陶瓷制品；
（4）混合步骤（1）所得冷凝液、步骤（2）所得水解滤液和步骤（3）所得含铝溶液，搅拌1-4h进行铝离子沉淀，得到混合浆料；
（5）将步骤（4）所得混合浆料进行真空抽滤，得到硫酸铵溶液和氢氧化铝沉淀；
（6）将步骤（5）所得硫酸铵溶液在30-50℃下进行冷却结晶，得到硫酸铵产品。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的方法所涉及的反应均在常压下即可进行，反应温和、能耗低，基于二次铝灰中氮化铝含量控制硫酸溶液的添加量，并利用冷凝液、水解滤液和含铝溶液的自身特性，无需额外添加调整剂即可实现二次铝灰中铝、氮的高效回收，最终制备出高品质的氢氧化铝和硫酸铵产品，实现了二次铝灰的无害化处置，经济和环境效益突出，工业化应用前景广阔。
附图说明
图1是本发明提供的方法流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种二次铝灰中氮、铝资源化利用的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
（1）按照固含量为20wt%混合二次铝灰和水，在90℃下进行水解反应2h，并在反应过程中添加氢氧化钠，且所述氢氧化钠的添加量为二次铝灰质量的1‰，得到水解浆料，将反应过程中产生的含氨蒸汽经冷却后得到冷凝液；
（2）将步骤（1）所得水解浆料进行真空抽滤，得到水解滤液和水解渣；
（3）按照固含量为15wt%混合浓度为8wt%的硫酸溶液和步骤（2）所得水解渣，在50℃下进行脱铝反应1h，经真空抽滤后得到含铝溶液和高铝渣料；所述高铝渣料作为铝矾土替代料，用于制备耐火材料及陶瓷制品；
（4）混合步骤（1）所得冷凝液、步骤（2）所得水解滤液和步骤（3）所得含铝溶液，搅拌1h进行铝离子沉淀，得到混合浆料；
（5）将步骤（4）所得混合浆料进行真空抽滤，得到硫酸铵溶液和氢氧化铝沉淀；
（6）将步骤（5）所得硫酸铵溶液在30℃下进行冷却结晶，得到硫酸铵产品。
实施例2
本实施例提供一种二次铝灰中氮、铝资源化利用的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
（1）按照固含量为20wt%混合二次铝灰和水，在95℃下进行水解反应3h，并在反应过程中添加氢氧化钠，且所述氢氧化钠的添加量为二次铝灰质量的2‰，得到水解浆料，将反应过程中产生的含氨蒸汽经冷却后得到冷凝液；
（2）将步骤（1）所得水解浆料进行真空抽滤，得到水解滤液和水解渣；
（3）按照固含量为17wt%混合浓度为12wt%的硫酸溶液和步骤（2）所得水解渣，在55℃下进行脱铝反应2h，经真空抽滤后得到含铝溶液和高铝渣料；所述高铝渣料作为铝矾土替代料，用于制备耐火材料及陶瓷制品；
（4）混合步骤（1）所得冷凝液、步骤（2）所得水解滤液和步骤（3）所得含铝溶液，搅拌2h进行铝离子沉淀，得到混合浆料；
（5）将步骤（4）所得混合浆料进行真空抽滤，得到硫酸铵溶液和氢氧化铝沉淀；
（6）将步骤（5）所得硫酸铵溶液在35℃下进行冷却结晶，得到硫酸铵产品。
实施例3
本实施例提供一种二次铝灰中氮、铝资源化利用的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
（1）按照固含量为25wt%混合二次铝灰和水，在95℃下进行水解反应3h，并在反应过程中添加氢氧化钠，且所述氢氧化钠的添加量为二次铝灰质量的3‰，得到水解浆料，将反应过程中产生的含氨蒸汽经冷却后得到冷凝液；
（2）将步骤（1）所得水解浆料进行真空抽滤，得到水解滤液和水解渣；
（3）按照固含量为20wt%混合浓度为15wt%的硫酸溶液和步骤（2）所得水解渣，在60℃下进行脱铝反应2h，经真空抽滤后得到含铝溶液和高铝渣料；所述高铝渣料作为铝矾土替代料，用于制备耐火材料及陶瓷制品；
（4）混合步骤（1）所得冷凝液、步骤（2）所得水解滤液和步骤（3）所得含铝溶液，搅拌3h进行铝离子沉淀，得到混合浆料；
（5）将步骤（4）所得混合浆料进行真空抽滤，得到硫酸铵溶液和氢氧化铝沉淀；
（6）将步骤（5）所得硫酸铵溶液在35℃下进行冷却结晶，得到硫酸铵产品。
实施例4
本实施例提供一种二次铝灰中氮、铝资源化利用的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
（1）按照固含量为25wt%混合二次铝灰和水，在95℃下进行水解反应5h，并在反应过程中添加氢氧化钠，且所述氢氧化钠的添加量为二次铝灰质量的4‰，得到水解浆料，将反应过程中产生的含氨蒸汽经冷却后得到冷凝液；
（2）将步骤（1）所得水解浆料进行真空抽滤，得到水解滤液和水解渣；
（3）按照固含量为22wt%混合浓度为15wt%的硫酸溶液和步骤（2）所得水解渣，在65℃下进行脱铝反应3h，经真空抽滤后得到含铝溶液和高铝渣料；所述高铝渣料作为铝矾土替代料，用于制备耐火材料及陶瓷制品；
（4）混合步骤（1）所得冷凝液、步骤（2）所得水解滤液和步骤（3）所得含铝溶液，搅拌3h进行铝离子沉淀，得到混合浆料；
（5）将步骤（4）所得混合浆料进行真空抽滤，得到硫酸铵溶液和氢氧化铝沉淀；
（6）将步骤（5）所得硫酸铵溶液在40℃下进行冷却结晶，得到硫酸铵产品。
实施例5
本实施例提供一种二次铝灰中氮、铝资源化利用的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
（1）按照固含量为30wt%混合二次铝灰和水，在100℃下进行水解反应5h，并在反应过程中添加氢氧化钠，且所述氢氧化钠的添加量为二次铝灰质量的5‰，得到水解浆料，将反应过程中产生的含氨蒸汽经冷却后得到冷凝液；
（2）将步骤（1）所得水解浆料进行真空抽滤，得到水解滤液和水解渣；
（3）按照固含量为25wt%混合浓度为18wt%的硫酸溶液和步骤（2）所得水解渣，在70℃下进行脱铝反应4h，经真空抽滤后得到含铝溶液和高铝渣料；所述高铝渣料作为铝矾土替代料，用于制备耐火材料及陶瓷制品；
（4）混合步骤（1）所得冷凝液、步骤（2）所得水解滤液和步骤（3）所得含铝溶液，搅拌4h进行铝离子沉淀，得到混合浆料；
（5）将步骤（4）所得混合浆料进行真空抽滤，得到硫酸铵溶液和氢氧化铝沉淀；
（6）将步骤（5）所得硫酸铵溶液在50℃下进行冷却结晶，得到硫酸铵产品。
对比例1
本对比例提供一种二次铝灰中氮、铝资源化利用的方法，所述方法包括以下步骤：
（1）按照固含量为25wt%混合二次铝灰和水，在95℃下进行水解反应3h，并在反应过程中添加氢氧化钠，且所述氢氧化钠的添加量为二次铝灰质量的3‰，得到水解浆料；
（2）将步骤（1）所得水解浆料进行真空抽滤，得到水解滤液和水解渣；
（3）按照固含量为20wt%混合浓度为15wt%的硫酸溶液和步骤（2）所得水解渣，在60℃下进行脱铝反应2h，经真空抽滤后得到含铝溶液和高铝渣料；
（4）混合步骤（2）所得水解滤液和步骤（3）所得含铝溶液，搅拌3h进行铝离子沉淀，得到混合浆料；
（5）将步骤（4）所得混合浆料进行真空抽滤，得到硫酸铵溶液和氢氧化铝沉淀；
（6）将步骤（5）所得硫酸铵溶液在35℃下进行冷却结晶，得到硫酸铵产品。
经检测，实施例1-5与对比例1提供的方法中氮化铝脱除率、氢氧化铝纯度及硫酸铵纯度见下表1。
表1
由表1可知：实施例1-5的氮化铝脱除率均能保持在90%以上，且所得氢氧化铝和硫酸铵纯度均能稳定在较高水平；对比例1并未进行含氨蒸汽冷凝，而是将氨气直接排出，虽然不会影响氮化铝的水解，但大部分的氮以氨气形式排出反应釜，水解液中氨含量很低，且碱性较弱，导致与硫酸溶液反应后溶液呈酸性，无法使铝全部沉淀，且溶液中硫酸铵浓度大幅降低，进一步冷却结晶后硫酸铵夹杂较多其他盐，进而导致所得硫酸铵纯度降低。
由此可见，本发明提供的方法所涉及的反应均在常压下即可进行，反应温和、能耗低，基于二次铝灰中氮化铝含量控制硫酸溶液的添加量，并利用冷凝液、水解滤液和含铝溶液的自身特性，无需额外添加调整剂即可实现二次铝灰中铝、氮的高效回收，最终制备出高品质的氢氧化铝和硫酸铵产品，实现了二次铝灰的无害化处置，经济和环境效益突出，工业化应用前景广阔。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种二次铝灰中氮、铝资源化利用的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）混合二次铝灰和水进行水解反应，得到水解浆料，并将反应过程中产生的含氨蒸汽经冷却后得到冷凝液；
（2）将步骤（1）所得水解浆料进行分离洗涤，得到水解滤液和水解渣；
（3）混合硫酸溶液和步骤（2）所得水解渣进行脱铝反应，经分离洗涤后得到含铝溶液和高铝渣料；
（4）混合步骤（1）所得冷凝液、步骤（2）所得水解滤液和步骤（3）所得含铝溶液进行铝离子沉淀，得到混合浆料；
（5）将步骤（4）所得混合浆料进行分离洗涤，得到硫酸铵溶液和氢氧化铝沉淀；
（6）将步骤（5）所得硫酸铵溶液进行冷却结晶，得到硫酸铵产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述水解反应的温度为90-100℃；
步骤（1）所述水解反应的时间为2-5h。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述水解反应的固含量为20-30wt%；
步骤（1）所述水解反应过程中添加氢氧化钠，且所述氢氧化钠的添加量为二次铝灰质量的1-5‰。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述分离洗涤的方式包括真空抽滤。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）所述硫酸溶液的浓度为8-18wt%；
步骤（3）所述脱铝反应的固含量为15-25wt%。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）所述脱铝反应的温度为50-70℃；
步骤（3）所述脱铝反应的时间为1-4h。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）所述分离洗涤的方式包括真空抽滤；
步骤（3）所述高铝渣料作为铝矾土替代料，用于制备耐火材料及陶瓷制品。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）所述混合过程伴随着搅拌，且搅拌的时间为1-4h；
步骤（5）所述分离洗涤的方式包括真空抽滤。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（6）所述冷却结晶的温度为30-50℃。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）按照固含量为20-30wt%混合二次铝灰和水，在90-100℃下进行水解反应2-5h，并在反应过程中添加氢氧化钠，且所述氢氧化钠的添加量为二次铝灰质量的1-5‰，得到水解浆料，将反应过程中产生的含氨蒸汽经冷却后得到冷凝液；
（2）将步骤（1）所得水解浆料进行真空抽滤，得到水解滤液和水解渣；
（3）按照固含量为15-25wt%混合浓度为8-18wt%的硫酸溶液和步骤（2）所得水解渣，在50-70℃下进行脱铝反应1-4h，经真空抽滤后得到含铝溶液和高铝渣料；所述高铝渣料作为铝矾土替代料，用于制备耐火材料及陶瓷制品；
（4）混合步骤（1）所得冷凝液、步骤（2）所得水解滤液和步骤（3）所得含铝溶液，搅拌1-4h进行铝离子沉淀，得到混合浆料；
（5）将步骤（4）所得混合浆料进行真空抽滤，得到硫酸铵溶液和氢氧化铝沉淀；
（6）将步骤（5）所得硫酸铵溶液在30-50℃下进行冷却结晶，得到硫酸铵产品。
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