一种铝灰脱氯的方法与流程

本发明涉及一种铝灰脱氯的方法，属于固体废物无害化处置领域。

背景技术：

铝电解、铸造及废铝回收再生过程中易产生大量的铝灰。每吨铝基产品伴随着10～30kg铝灰的产出。当前我国铝灰年产超过100万吨，然而到目前为止没有找到消纳铝灰的有效资源化利用途径。若将铝灰随意填埋易造成土壤盐碱化和重金属污染。铝灰一般由10％～80％金属铝、40％～70％氧化铝、10％～30％氮化铝、3％～15％氯盐及其它杂质成分组成。

目前，铝灰的资源化利用途径主要有两条，一是回收铝灰中的铝，二是利用铝灰制备胶凝材料，例如制备地质聚合物材料和烧制水泥。然而铝灰中大量氮化铝、氯盐及其它杂质成分限制了铝灰现有资源化途径的有效开展。将铝灰当作生料烧制水泥，需要对铝灰进行预脱氯处置。然而铝灰中氮化铝遇水会缓慢分解释放氨气，这限制了铝灰湿法脱氯的开展。同时，铝灰中的重金属会在水洗过程中转移至水洗液中，从而增加水洗液处置成本。

因此，要想实现铝灰的有效资源化利用，需研发铝灰高效脱氯的处置技术。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种高效铝灰脱氯的方法。

技术方案：本发明所述一种铝灰脱氯的方法，包括以下步骤：

(1)将铝灰机械研磨，得到活化铝灰；

(2)将活化铝灰置于高温蒸汽发生器处置，得到脱氮铝灰；

(3)将硅酸钠溶于水，得到硅酸钠水溶液；

(4)将硅酸钠水溶液和脱氮铝灰混合，搅拌，静置陈化，得到铝灰稳定浆；

(5)将铝灰稳定浆与水混合，连续搅拌，离心分离，得到脱氯铝灰浆和水洗废液；

(6)将脱氯铝灰浆烘干，机械研磨，得到脱氯铝灰。

进一步的，步骤(1)中，所述机械研磨时间为0.5～4.5h。

进一步的，步骤(2)中，所述高温蒸汽发生器中空气温度为100～300℃，空气相对湿度为90％～100％，处置时间为0.5～4.5h。

进一步的，步骤(3)中，所述硅酸钠水溶液质量浓度为0.05～0.5mol/L。

进一步的，步骤(4)中，所述硅酸钠水溶液和脱氮铝灰液固比0.4～0.8:1(mL/mg)，搅拌时间为2～10h，静置陈化时间为6～24h。

进一步的，步骤(5)中，所述水与铝灰稳定浆体积比1～3:1，连续搅拌时间为1～5h。

进一步的，步骤(6)中，所述机械研磨时间为0.5～4.5h。

反应机理：将铝灰进行机械研磨可通过剪切摩擦的作用进一步减小铝灰粒径，增加铝灰比表面积，同时通过机械活化进一步增加铝灰中可溶性盐的溶解性。将铝灰置于高温蒸汽发生器中，处置过程中高温水蒸气与铝灰中的氮化铝接触后反应生成氢氧化铝和氨，部分氨随着水汽排出，部分氨溶到水中在铝灰表面形成铵盐。将硅酸钠水溶液和脱氮铝灰混合后，搅拌过程中部分硅酸钠与重金属离子反应生成硅酸重金属盐沉淀，部分硅酸钠与氧化铝或氢氧化铝反应生成硅铝酸盐，硅铝酸盐可将硅酸重金属盐沉淀并进一步包裹起来，从而显著降低脱氮铝灰重金属的浸出性和可迁移性。将水与铝灰稳定浆混合，搅拌过程中铝灰稳定浆中的氯和铵盐被溶解到水体中，而重金属被稳定在硅酸盐中，从而实现在显著降低重金属浸出浓度前提下铝灰的高效脱氯。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明所述铝灰脱氯的方法工艺简单，通过高温水蒸气脱氮、硅酸盐稳定化重金属、水洗脱氯三个连续环节实现铝灰高效脱氯，同时显著降低水洗液中重金属浸出浓度。可实现的氯脱除率96％～99％，锌、铜、铬浸出浓度降低97％～99％，镍、铅、镉浸出浓度降低99％～100％。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明。

铝灰主要包括65.87％Al2O3、5.56％SiO2、0.64％Fe2O3、2.46％CaO、3.72％MgO、6.74％Na2O、1.86％TiO2、8.34％Cl、2.24％S、0.06％F、1.16％BaO、1.22％PbO、0.03％ZnO、0.02％CdO、0.04％Cr2O3、0.02％NiO、0.02％CuO。

实施例1铝灰机械研磨时间对铝灰脱氯效率影响

将铝灰分别进行机械研磨0.5h、1.5h、2.5h、3.5h、4.5h，得到五组活化铝灰。将活化铝灰置于高温蒸汽发生器中处置0.5h，得到五组脱氮铝灰，其中高温蒸汽发生器中的空气温度为100℃，空气相对湿度为90％。将硅酸钠溶于水中，配制成浓度为0.05mol/L的硅酸钠水溶液。按照液固比为0.4:1(mL:mg)分别称取硅酸钠水溶液和脱氮铝灰，混合，搅拌2h，静置陈化6h，得到五组铝灰稳定浆。按照水与铝灰稳定浆体积比为1:1分别称取水与铝灰稳定浆，混合，连续搅拌1h，然后将混合浆离心分离，得到脱氯铝灰浆和水洗废液各五组。将脱氯铝灰浆烘干，机械研磨0.5h，得到五组脱氯铝灰。

对比试验：将铝灰分别进行机械研磨4.5h得到活化铝灰。按照水与活化铝灰积比1:1分别称取水与活化铝灰，混合，连续搅拌1h，然后将混合浆离心分离，得到脱氯铝灰浆和水洗废液。将脱氯铝灰浆烘干，机械研磨0.5h，得到脱氯铝灰。

锌、铜、铬、镍、铅、镉浓度：水洗废液中锌、铜、镍、铅、镉五种污染物浓度按照《水质32种元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法》(HJ776-2015)测定，Cr(VI)污染物浓度按照《水质六价铬的测定流动注射-二苯碳酰二肼光度法》(HJ908-2017)测定。

锌、铜、铬、镍、铅、镉浸出降低百分比：锌、铜、铬、镍、铅、镉浸出降低百分比按照公式(1)进行计算，其中RM为锌、铜、铬、镍、铅、镉浸出降低百分比(M为锌、铜、铬、镍、铅、镉)，cM0为对比试验回收的水洗废液中锌、铜、铬、镍、铅、镉浓度(mg/L)，cMt为本发明处置试验回收的水洗废液中锌、铜、铬、镍、铅、镉浓度(mg/L)。

氯含量的测定：铝灰中氯含量按照《建筑用砂》(GB/T14684-2011)进行测定。

氯脱除率计算：铝灰氯脱除率按照公式(2)计算，RCl为铝灰脱除效率，其中cCl0和cClt分别为本发明处置试验处置前后铝灰中氯含量(％)。

本实施例试验结果见表1和表2。

表1不同铝灰机械研磨时间处置氯含量、重金属浸出浓度表

表2不同铝灰机械研磨时间对铝灰脱氯效率及重金属浸出率影响表

由表1可知，机械研磨时间对铝灰氯含量和水洗液中重金属含量均有显著影响。需要说明的是，表1中出现的0.00值仅表明废液中对应的元素浓度低于检测浓度下限，设备检测不出，而非代表真正的浓度零值。具体而言，由表2可知，将铝灰进行机械研磨可通过剪切摩擦的作用进一步减小铝灰粒径，增加铝灰比表面积，同时通过机械活化进一步增加铝灰中可溶性盐的溶解性。随着铝灰机械研磨时间的变化，可实现氯脱除率97％～98％，水洗液中锌、铜、铬浸出浓度降低97％～99％，镍、铅和镉浸出浓度降低99％～100％。

实施例2硅酸钠水溶液浓度对铝灰脱氯效率影响

将铝灰进行机械研磨2.5h，得到活化铝灰。将活化铝灰置于高温蒸汽发生器中处置2.5h，得到脱氮铝灰，其中高温蒸汽发生器中的空气温度为200℃，空气相对湿度为95％。将硅酸钠溶于水中，配制成浓度为0.05mol/L、0.1625mol/L、0.275mol/L、0.3875mol/L、0.5mol/L的硅酸钠水溶液。按照液固比0.6:1(mL:mg)分别称取硅酸钠水溶液和脱氮铝灰，混合，搅拌6h，静置陈化15h，得到五组铝灰稳定浆。按照水与铝灰稳定浆体积比为2:1分别称取水与铝灰稳定浆，混合，连续搅拌3h，然后将混合浆离心分离，得到脱氯铝灰浆和水洗废各五组液。将脱氯铝灰浆烘干，机械研磨2.5h，得到五组脱氯铝灰。

对比试验：将铝灰分别进行机械研磨2.5h得到活化铝灰。按照水与活化铝灰积比2:1分别称取水与活化铝灰，混合，连续搅拌3h，然后将混合浆离心分离，得到脱氯铝灰浆和水洗废液。将脱氯铝灰浆烘干，机械研磨2.5h，得到脱氯铝灰。

锌、铜、铬、镍、铅、镉浓度检测、锌、铜、铬、镍、铅、镉浸出降低百分比计算、氯含量的测定、氯脱除率计算均同实施例1，具体结果见表3和表4。

表3不同硅酸钠水溶液浓度处置氯含量、重金属浸出浓度表

表4不同硅酸钠水溶液浓度对铝灰脱氯效及重金属浸出率影响表

由表3可知，硅酸钠水溶液浓度对铝灰氯含量和水洗液中重金属含量均有显著影响。需要说明的是，表3中出现的0.00值仅表明废液中对应的元素浓度低于检测浓度下限，设备检测不出，而非代表真正的浓度零值。具体而言，由表4可知，将硅酸钠水溶液和脱氮铝灰混合后，搅拌过程中部分硅酸钠与重金属离子反应生成硅酸重金属盐沉淀，部分硅酸钠与氧化铝或氢氧化铝反应生成硅铝酸盐，硅铝酸盐可将硅酸重金属盐沉淀进一步包裹起来，从而显著降低重金属的浸出性和可迁移性。随着硅酸钠水溶液浓度的变化，可实现氯脱除率98％～99％，水洗液中锌、铜、铬浸出浓度降低98％～99％，镍、铅、镉浸出浓度降低99％～100％。

实施例3水与铝灰稳定浆体积比对铝灰脱氯效率影响

将铝灰进行机械研磨4.5h，得到活化铝灰。将活化铝灰置于高温蒸汽发生器中处置4.5h，得到脱氮铝灰，其中高温蒸汽发生器中的空气温度为300℃，空气相对湿度为100％。将硅酸钠溶于水中，配制成浓度为0.5mol/L的硅酸钠水溶液。按照液固比0.8:1(mL:mg)分别称取硅酸钠水溶液和脱氮铝灰，混合，搅拌10h，静置陈化24h，得到铝灰稳定浆。按照水与铝灰稳定浆体积比1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1分别称取水与铝灰稳定浆，混合，连续搅拌5h，然后将混合浆离心分离，得到脱氯铝灰浆和水洗废液各五组。将脱氯铝灰浆烘干，机械研磨4.5h，得到五组脱氯铝灰。

对比试验：将铝灰分别进行机械研磨4.5h得到活化铝灰。按照水与活化铝灰积比2:1分别称取水与活化铝灰，混合，连续搅拌5h，然后将混合浆离心分离，得到脱氯铝灰浆和水洗废液。将脱氯铝灰浆烘干，机械研磨4.5h，得到脱氯铝灰。

锌、铜、铬、镍、铅、镉浓度检测、锌、铜、铬、镍、铅、镉浸出降低百分比计算、氯含量的测定、氯脱除率计算均同实施例1，具体见表5和表6。

表5不同水与铝灰稳定浆体积比处置氯含量、重金属浸出浓度表

表6不同水与铝灰稳定浆体积比对铝灰脱氯效率及重金属浸出率影响表

由表5可知，水与铝灰稳定浆体积比对铝灰氯含量和水洗液中重金属含量均有显著影响。需要说明的是，表3中出现的0.00值仅表明废液中对应的元素浓度低于检测浓度下限，设备检测不出，而非代表真正的浓度零值。具体而言，由表6可知，将水与铝灰稳定浆混合，搅拌过程中铝灰稳定浆中的氯和铵盐溶解到水体中，从而实现铝灰脱氯。随着硅酸钠水溶液浓度的变化，可实现氯脱除率98％～99％，水洗液中锌、铜、铬浸出浓度降低98％～99％，镍、铅、镉浸出浓度降低99％～100％。