一种铝灰无害化资源化综合处理系统及其处理方法与流程

本发明属于铝冶金技术领域。具体涉及一种铝灰的无害化资源化综合处理系统及其处理方法。

背景技术：

铝灰是氧化铝电解、铸造、加工各阶段以及再生铝生产过程中产生的固废。铝灰已被列入《国家危险废弃物名录》，但是其中含有的大量的铝、氧化铝、氯化盐、电解质等资源具有很高的回收应用价值。

据统计，1吨铝在加工应用的整个过程中会产生10～50kg的铝灰。根据铝产品的不同，所产生铝灰的组成有较大的变化，电解铝水直接生产重熔铝锭产生的铝灰的主要组成为金属铝、氧化铝、氯盐、氮化铝和电解质等，铝加工产生的铝灰中除了金属铝、氧化铝、氯盐、氮化铝、电解质之外，还含有比例不定的冰晶石、各种金属氧化物、重金属等物质。

目前已经有多种方法可以有效回收铝灰中的金属铝，如炒灰回收法、倾动回转窑处理法、压榨回收法、重选法、电选法、离心法、机械筛分法等，但是回收金属铝后的二次铝灰仍然是危险废物，不能直接应用于其他用途。

目前对二次铝灰的应用主要是返回电解槽循环利用，但只是在少数电解铝企业得到应用，没有在全行业推广；也有把二次铝灰用作净水剂原料生产净水剂，生产过程用到大量的酸，在消化部分二次铝灰的同时带来了一系列新的环保问题；较多研究机构研究了以铝灰为原料生产棕刚玉、氢氧化铝、铝酸钠、铝酸钙等，但受二次铝灰危废特性的限制和转化过程需要使用较多酸碱、高温等条件的限制，尚处于实验室阶段，不具有工业化推广的条件。

公开号为cn106745618a的专利公开了一种利用铝灰制造净水剂聚氯化铝的方法，方法通过对铝灰用热水洗涤、气体回收并集中处理提出了铝灰使用过程废气的处理，但是未提出对铝灰中的游离氟无害化处理，未对其中的氯盐、电解质等组分进行资源利用；该方法用到大量盐酸，对设备系统的防腐性能有特殊要求，可能对环境造成二次污染。公开号为cn103265273a的专利公开了一种利用铝灰制造生产棕刚玉原料氧化铝的方法，方法通过对铝灰进行反复热水漂洗，洗去其中的杂质，经烘干得到氧化铝，用于生产棕刚玉。该方法未提出对漂洗过程产生的氨进行收集处理，未提出对铝灰中的游离氟进行无害处理或转化利用，也未对铝灰中的氯盐再利用，漂洗烘干后的氧化铝中仍然含有一定量的电解质，即铝灰中的大部分物质均被作为废料废弃，处理之后仍然造成资源的浪费。公开号为cn103849894b的专利公开了一种铝灰资源化处理系统及处理方法，方法对铝灰进行金属分离后，在二次铝灰中加入粘结剂制造成阳极保护环，实现了铝灰在电解铝系统的循环利用，避免了游离氟在其他领域应用成为毒害组分。该方法仅适用于铝电解领域的物料循环，限制了铝灰在其他行业和领域的应用，且由于铝灰的危废特性(氮化铝遇水水解释放氨气危害环境，游离氟遇水渗入环境造成危害)可能给储存环节带来较大的压力和环境风险。公开号为cn107555447a的专利公开了一种二次铝灰无害化综合利用的方法，方法对二次铝灰水解脱氨回收氨气，并回收了混合盐，利用钙基辅料和沉淀物焙烧制造铝酸钙制品，用于炼钢熔炼剂。

由于没有良好的工业化处理方法，很多铝企业积存了大量的铝灰等待处理，给生产运转带来了很大的压力。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：现有技术中对铝灰进行处理时存在造成环境的二次污染、带来新的环境问题，处理不完全、铝灰中的成分不能得到完全的回收转化利用等技术问题。

针对上述技术问题，本发明提供了一种铝灰的无害化资源化综合处理系统及其处理方法。本发明依据铝灰中金属铝、氧化铝、氯盐、氮化铝等组分的物理化学特性，对铝灰中的铝进行回收的同时，对氮化物和游离氟进行针对性的无害处理，并将不同的组分进行分离、收集、提纯进行回收再利用，实现了对铝灰的高效完全的回收再利用、扩大了铝灰回收的利用范围。

本发明的处理方法在处理过程中不添加额外的酸碱，将有价组分进行高效的分离提纯，没有三废的产生，能够实现无渣化、零排放。所得到的最终产物氧化铝消除了危废特性，可作为原材料应用于包括电解铝行业的众多行业中。

本发明是通过以下技术方案实现的

一种铝灰无害化资源化综合处理系统，该系统包括金属提取系统(100)、脱氨固氟系统(200)、压滤系统(300)、浮选系统(400)、脱水系统(500)和焙烧系统(600)；各个系统通过物料输送管道或物料传送带相连通。

所述的铝灰无害化资源化综合处理系统，所述的金属提取系统(100)包括热炒系统(1)、冷却系统(2)、球磨系统(3)和筛分系统(4)，各个系统之间通过物料输送管道或者物料传送装置相连通；

优选的，该系统还包括收尘系统(5)和氨气吸收系统(201)；所述的收尘系统(5)通过气体输送管道与热炒系统(1)相连通，所述的氨气吸收系统(201)通过气体输送管道与脱氨固氟系统(200)相连通。

一种铝灰无害化资源化综合处理方法，该方法包括以下步骤：

(1)金属提取

采用常规的炒灰分离系统，将收集到的铝灰经过热炒、冷却、球磨、筛分，得到大块铝、铝粒和二次铝灰；该步骤金属提取中对金属铝的回收率≥90％；

(2)脱氨

将步骤(1)得到的二次铝灰于热水中进行搅拌浸出反应，反应完成后，收集产生的氨气(采用吸收塔进行吸收)，回收产生氨气后剩余的浆料；

(3)固氟

在步骤(2)所述剩余的浆料中加入固氟剂进行搅拌固氟反应，固氟反应完成后，进行固液分离，得到滤液和滤渣；

(4)浮选

将步骤(3)的滤渣加入浮选机中，并加入捕捉剂和起泡剂对滤渣进行浮选，浮选得到的上层物质为氧化铝和氢氧化铝，浮选得到的下层物质为电解质；

(5)焙烧

将步骤(3)浮选得到的上层物质氧化铝和氢氧化铝进行离心脱水，脱水后置于回转窑中进行焙烧，得到无水氧化铝；所述的电解质晾干或烘干后返回电解槽使用。

进一步的，步骤(1)所述二次铝灰的平均粒度为200～300目；所述二次铝灰的主要组成成分主要为氧化铝30～60％、氯盐5～30％、氮化铝10～30％、电解质0～10％、金属铝5～15％、重金属及重金属氧化物0～5％。

进一步的，步骤(2)所述二次铝灰于热水中进行搅拌浸泡时热水的温度为60～100℃、浸泡时间为3～8小时；所述二次铝灰与热水的质量比为1：1～10。该步骤中氨气的脱出率≥90％。

进一步的，步骤(3)所述固氟剂与剩余浆料中氟离子的质量比为1.1～1.3：1；所述的固氟反应为在20～100℃条件下反应不少于20min。

进一步的，所述的固氟剂为氯化钙、生石灰、熟石灰和氯化镁中的任一种或任几种；所述得到的滤渣中游离氟的含量≤100mg/l。

进一步的，所述滤渣的主要成分为氧化铝、氢氧化铝、微量氟化钙和其他不溶性杂质；所述滤液的主要成分为钠离子、钾离子、钙离子和氯离子，其中的滤液可返回水解脱氨工序中继续使用，当滤液达到饱和状态后可以通过蒸发结晶、破碎配料后作为铝熔铸熔剂。

进一步的，步骤(4)所述的捕捉剂为油酸钠或者为由油酸钠、螯合剂a和正辛醇组合而成的捕捉剂，捕捉剂与滤渣的质量比为(1～3)：1000；所述的起泡剂为松醇油，起泡剂与滤渣的质量比为(0.2～1.5)：1000。

进一步的，步骤(4)所述浮选时混合物料的ph值为6.5～9.5。其中的浮选搅拌方式可以是机械搅拌式、气体搅拌式、机械气体搅拌式的一种或几种。

进一步的，步骤(5)所述焙烧时的温度为400-600℃、时间为30-60min。所得氧化铝的纯度＞90％。

与现有技术相比，本发明具有以下积极有益效果

本发明提供的系统简单、安全、易于控制，无污染；该方法对铝灰进行了无害化处理和全组分资源化利用，在彻底消除铝灰危废特性同时，回收的氨气可以转化为氨水铵盐作其他用途(氨气的脱除率达到90％以上。)，回收的金属铝是铝工业的基础原料，回收的氯盐和电解质是电解铝和铝加工行业的常用物料，回收的氧化铝(纯度达到90以上。)可以作为原材料在铝冶炼、耐火材料、研磨材料、催化剂等众多行业应用；即通过简单易于控制的回收过程回收得到了氨/铵盐、电解质、工业盐和氧化铝等，对铝灰进行了最大程度的回收再利用，具有很好的应用前景。

本方法最大程度地避免了酸碱的添加使用，整个过程没有废水、废气、废渣外排，利于系统的长周期、低成本运行，系统适应性较强。

即本发明能够将回收的铝灰中各个成分进行充分的回收利用、进行完整的无害化处理，回收得到的物质纯度较高，在处理过程中没有任何有害物质的产生、不会造成环境的二次污染，大大扩展了回收铝灰的应用范围。易操作、成本低、充分利用率高，具有很好的应用前景。

附图说明

图1表示铝灰无害化资源化综合处理系统示意图；

图中符号表示的意义为：100表示金属提取系统，200表示脱氨固氟系统，201表示氨气吸收系统，300表示压滤系统，400表示浮选系统，500表示脱水系统，600表示焙烧系统；1表示热炒系统，2表示冷却系统，3表示球磨系统，4表示筛分系统，5表示收尘系统。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明进行更加详细的说明，但是并不用于限制本发明的保护范围。

实施例1

一种铝灰无害化资源化综合处理系统，如图1所示，该系统包括热炒系统1、冷却系统2、球磨系统3、筛分系统4、脱氨固氟系统200、压滤系统300、浮选系统400、脱水系统500以及焙烧系统600，各个系统之间通过物料输送系统或传送带进行输送；

该系统还包括收尘系统5，收尘系统5与热炒系统1相连通；该系统还包括氨气吸收系统201，所述的氨气吸收系统201通过气体输送管道与脱氨固氟系统200相连通。

采用该系统：收集达到的铝灰首先在热炒系统中进行热炒(热炒过程中产生的烟气由气体输送管道进入到收尘系统中进行除尘处理，除尘后的热烟气进行余热回收利用)，热炒后的铝灰进入冷却系统进行冷却处理，处理之后进入球磨系统进行球磨，球磨完成后进入筛分系统进行筛分处理，经过筛分收集颗粒目数为300～500目的二次铝灰、以及大铝块和铝粒；

将得到的二次铝灰与脱氨固氟系统中首先进行脱氨处理，脱氨过程中产生的氨气通过气体输送管道输送至氨气吸收系统中，剩余的物料进行固氟处理；固氟完成后在压滤系统中进行固液分离，固液分离后得到的滤渣输送至浮选系统中进行浮选处理，浮选得到上层物质氧化铝和氢氧化铝、及下层物质电解质，浮选得到的氧化铝及氢氧化铝至于脱水系统(离心机)中进行脱水处理，脱水完成后的氧化铝及氢氧化铝至于焙烧系统中进行焙烧处理，焙烧完成后得到纯度大于90％的氧化铝。

实施例2

一种铝灰无害化资源化综合处理方法之一，该方法包括以下步骤：

(1)金属提取

采用常规的炒灰分离系统，将收集到的铝灰经过热炒、冷却、球磨、筛分，得到大块铝、铝粒和二次铝灰(金属铝的回收率≥90％)；

二次铝灰的平均粒度为200～300目；所述二次铝灰的主要组成成分主要为氧化铝35％、氯盐17％、氮化铝30％、电解质3％、金属铝15％、重金属及重金属氧化物0％。

(2)脱氨

将步骤(1)得到的二次铝灰于热水中50℃条件下进行搅拌浸出8小时，反应完成后，收集产生的氨气，回收产生氨气后剩余的浆料；

所述二次铝灰与热水的质量比为1：2；所述氨气的脱出率≥90％；

(3)固氟

在步骤(2)所述剩余的浆料中加入固氟剂氯化钙进行搅拌固氟反应，固氟反应完成后，进行固液分离，得到滤液和滤渣；

所述固氟剂与剩余浆料中氟离子的质量比为1.1～1.3：1；所述的固氟反应为在20～100℃条件下反应20min。

所得滤渣中游离氟的含量≤100mg/l；滤液的主要成分为钠离子、钾离子、钙离子和氯离子；所述滤渣的主要成分为氧化铝、氢氧化铝、微量氟化钙和其他不溶性杂质。其中的滤液可返回水解脱氨工序中继续使用，当滤液达到饱和状态后可以通过蒸发结晶、破碎配料后作为铝熔铸熔剂；

(4)浮选

将步骤(3)的滤渣加入浮选机中，并加入捕捉剂油酸和起泡剂松醇油对滤渣进行浮选(ph值为6.5～7)，浮选得到的上层物质为氧化铝和氢氧化铝，浮选得到的下层物质为电解质；

(5)焙烧

将步骤(4)所述浮选得到的上层物质置于回转窑中在400℃条件下焙烧60min，焙烧完成得到无水氧化铝。氧化铝纯度＞90％。

实施例3

一种铝灰无害化资源化综合处理方法之二，该方法包括以下步骤：

(1)金属提取

采用常规的炒灰分离系统，将收集到的铝灰经过热炒、冷却、球磨、筛分，得到大块铝、铝粒和二次铝灰(金属铝的回收率≥90％)；

二次铝灰的平均粒度为200～300目；所述二次铝灰的主要组成成分主要为氧化铝60％、氯盐15％、氮化铝14％、电解质5％、金属铝5％、重金属及重金属氧化物1％。

(2)脱氨

将步骤(1)得到的二次铝灰于热水中80℃条件下进行搅拌浸出4小时，反应完成后，收集产生的氨气，回收产生氨气后剩余的浆料；

所述二次铝灰与热水的质量比为1：5；所述氨气的脱出率≥90％；

(3)固氟

在步骤(2)所述剩余的浆料中加入固氟剂氯化钙进行搅拌固氟反应，固氟反应完成后，进行固液分离，得到滤液和滤渣；

所述固氟剂与剩余浆料中氟离子的质量比为1.1～1.3：1；所述的固氟反应为在20～100℃条件下反应40min。

所得滤渣中游离氟的含量≤100mg/l；滤液的主要成分为钠离子、钾离子、钙离子和氯离子；所述滤渣的主要成分为氧化铝、氢氧化铝、微量氟化钙和其他不溶性杂质。其中的滤液可返回水解脱氨工序中继续使用，当滤液达到饱和状态后可以通过蒸发结晶、破碎配料后作为铝熔铸熔剂；

(4)浮选

将步骤(3)的滤渣加入浮选机中，并加入捕捉剂油酸和起泡剂松醇油对滤渣进行浮选(ph值为9.5)，浮选得到的上层物质为氧化铝和氢氧化铝，浮选得到的下层物质为电解质；

(5)焙烧

将步骤(4)所述浮选得到的上层物质置于回转窑中在500℃条件下焙烧45min，焙烧完成得到无水氧化铝。氧化铝纯度＞90％。

实施例4

一种铝灰无害化资源化综合处理方法之三，该方法包括以下步骤：

(1)金属提取

采用常规的炒灰分离系统，将收集到的铝灰经过热炒、冷却、球磨、筛分，得到大块铝、铝粒和二次铝灰(金属铝的回收率≥90％)；

二次铝灰的平均粒度为200～300目；所述二次铝灰的主要组成成分主要为氧化铝40％、氯盐20％、氮化铝23％、电解质9％、金属铝8％、重金属及重金属氧化物0％。

(2)脱氨

将步骤(1)得到的二次铝灰于热水中90℃条件下进行搅拌浸出3.5小时，反应完成后，收集产生的氨气，回收产生氨气后剩余的浆料；

所述二次铝灰与热水的质量比为1：10；所述氨气的脱出率≥90％；

(3)固氟

在步骤(2)所述剩余的浆料中加入固氟剂氯化钙进行搅拌固氟反应，固氟反应完成后，进行固液分离，得到滤液和滤渣；

所述固氟剂与剩余浆料中氟离子的质量比为1.1～1.3：1；所述的固氟反应为在20～100℃条件下反应30min。

所得滤渣中游离氟的含量≤100mg/l；滤液的主要成分为钠离子、钾离子、钙离子和氯离子；所述滤渣的主要成分为氧化铝、氢氧化铝、微量氟化钙和其他不溶性杂质。其中的滤液可返回水解脱氨工序中继续使用，当滤液达到饱和状态后可以通过蒸发结晶、破碎配料后作为铝熔铸熔剂；

(4)浮选

将步骤(3)的滤渣加入浮选机中，并加入捕捉剂油酸和起泡剂松醇油对滤渣进行浮选(ph值为8)，浮选得到的上层物质为氧化铝和氢氧化铝，浮选得到的下层物质为氟化钙和电解质；

(5)焙烧

将步骤(4)所述浮选得到的上层物质置于回转窑中在600℃条件下焙烧30min，焙烧完成得到无水氧化铝。氧化铝纯度＞90％。