阅读说明：本技术 一种回转窑资源化处理铝工业固废的方法及生产系统 (Method for recycling aluminum industry solid waste by using rotary kiln and production system ) 是由 王显永 燕华 李强 赵杰 颜建平 郭耀辉 孙红军 于 2020-04-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种回转窑资源化处理铝工业固废的方法及生产系统,采用烧结法工艺综合回收铝工业固废中的氧化铝和氧化钠。拜耳法赤泥与铝灰、石灰石、纯碱、无烟煤配料后通过烧成得到熟料,熟料溶出得到的粗铝酸钠溶液进入三铝氧化铝生产系统沉降工段,完成氧化铝后续生产和碱液循环,从而达到固废再利用、降低氧化铝生产成本的目的。本发明对产生的废气进行回收利用,副产20％氨水,达到节能减排的效果,是环境友好的生产系统,可实现资源综合利用,回收氢氧化钠、氧化铝资源,同时减少赤泥堆存带来的生态影响及环境风险隐患,增加企业经济效益和市场竞争力,达到经济效益与社会效益双赢的效果。(The invention discloses a method and a production system for recycling aluminum industry solid waste by using a rotary kiln. The Bayer process red mud, aluminum ash, limestone, soda ash and anthracite are mixed and then are sintered to obtain clinker, and the coarse sodium aluminate solution obtained by dissolving out the clinker enters a settling section of a alumina production system to complete the subsequent production of alumina and alkali liquor circulation, so that the aims of recycling solid waste and reducing the production cost of alumina are fulfilled. The method recycles the generated waste gas, produces 20% ammonia water as a byproduct, achieves the effects of energy conservation and emission reduction, is an environment-friendly production system, can realize comprehensive utilization of resources, recycles sodium hydroxide and aluminum oxide resources, reduces ecological influence and environmental risk hidden danger caused by red mud stockpiling, increases the economic benefit and market competitiveness of enterprises, and achieves the win-win effect of economic benefit and social benefit.)

一种回转窑资源化处理铝工业固废的方法及生产系统

技术领域

本发明涉及一种回转窑资源化处理铝工业固废的方法及生产系统，属于铝工业固废资源化利用领域。

背景技术

我国是铝工业生产和消费大国，但铝矿资源相对短缺，铝矿资源(含铝土矿和氧化铝)对外依存度高达50％左右，而且随着铝冶炼产能的快速增长和国内铝土矿资源不断贫化，铝矿资源的紧缺程度还在持续加剧；另一方面，随着我国铝工业的高速发展，氧化铝生产过程中产生的固体废物-赤泥，累积堆存量越来越多，由此带来的生态影响及环境风险隐患也越来越严峻。氧化铝生产中排放的赤泥每年超过6000万吨，预计到2020年赤泥的累积堆存量将超过8亿吨，赤泥大量堆存既占用土地，浪费资源，又易造成环境污染和安全隐患。

氧化铝生产过程中产生的赤泥、铝灰等铝工业固废的处置问题越来越制约企业的发展，赤泥堆场占地面积大、选址困难、处置费用高、安全风险突出；另一方面，拜耳法赤泥中氧化铝含量约25～27％，氧化钠含量约6.5～8％，赤泥外排存在资源的大量浪费。

铝灰是铝电解过程中产生的一种浮渣，在电解过程中漂浮于电解槽电解液的上表面，由电解过程中未参与反应的氧化铝、冰晶石等原料及混合物组成，也包括与添加剂进行化学反应产生的少量其他杂质及阴阳极脱落的材料，因其与其他重金属熔炼产生的炉渣不同，呈松散的灰渣状，因此被称为铝灰。此外，在搅拌、出铝过程中，都不可避免的产生少量飞溅，使高温金属铝与外界气体迅速发生反应生成氧化铝、氮化铝、碳化铝等化合物，进而与地面粉尘裹挟形成灰渣。

根据《国家危险废物名录》(部令第39号)，电解铝过程中产生的盐渣、浮渣属于危险废物，危废类别为“HW48有色金属冶炼废物”，危险特性为毒性。拜耳法赤泥以及铝灰的处理和开发利用成为氧化铝工业重点研究课题，国家《有色金属工业发展规划(2016-2020年)》明确：拜耳法赤泥综合利用是国家重点支持项目，在氧化铝厂区或赤泥库附近建设赤泥资源综合利用工程作为资源开发重点工程。如何根据我国铝工业发展现状实现综合资源回收铝工业固废成为当前需要解决的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的第一目的在于提供一种回转窑资源化处理铝工业固废的方法，第二目的在于提供一种回转窑资源化处理铝工业固废的生产系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种回转窑资源化处理铝工业固废的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(2)、拜耳法赤泥过滤，拜耳法赤泥经过过滤得到滤饼和滤液，滤液与步骤(7)的洗涤液配制成调整液用于熟料溶出；

(2)、铝灰预处理，将铝灰、碱粉、部分石灰乳和水混合配制成初配料浆，再将配制好的初配料浆加入事先加有石灰乳的溶解反应槽中，加水，配成铝灰浆，并搅拌反应至无气体产生得到高铝料浆；

(3)、生料浆磨制，将无烟煤、碎石灰石、碱粉、高铝料浆、步骤(1)的滤饼后经过磨制，得到生料浆；

(4)、生料浆调配及熟料烧制，合格生料浆直接进入回转窑烧制，不合格生料浆再经过生料浆调配系统调配后进入回转窑烧制，得到含铝酸钠、铁酸钠和硅酸二钙的熟料；

(5)、熟料溶出，熟料经过冷却、破碎后进入球磨机，加入所述调整液溶出得到溶出液，溶出液经过螺旋分级机后细料进入溢流槽，粗料回到球磨机继续研磨溶出；

(7)、烧结法赤泥快速分离洗涤，溶出液经过翻盘过滤机过滤得到含Na₂O·Al₂O₃的粗液，粗液进入后续三铝氧化铝生产系统，滤饼为氧化铁水合物、熟料中的硅酸钙以及其它铁、钙、钛等成分形成不溶性残渣，洗涤液用于配制溶出调整液。

上述方案中：步骤(1)中，拜耳法赤泥经过过滤，使得含水率降低至51％以下，所述滤饼中可混入碱性铝母液蒸发产生的固体结晶碱得到混合物。固体结晶碱代替部分纯碱配料。

上述方案中：步骤(2)中，铝灰与纯碱的质量比为2-8:1，石灰乳的总量为铝灰质量的20-30％，初配料浆的固液比为0.8-1.2:1；所述高铝料浆的含水率为58-65％。

上述方案中：步骤(2)中产生的尾气经过水吸收制得氨水，未被吸收的氢气进入回转窑作为燃料气。节能降耗。

上述方案中：回转窑的尾气经过旋风除尘、静电除尘后进入脱硫系统脱硫、脱硝系统脱出NOX后排放，旋风除尘器的收尘灰从窑尾返回回转窑内；电除尘收下的窑灰一部分从窑头喷入窑内，其余部分从窑尾返回窑内。尾气经过处理后排放，不污染环境。

本发明的第二目的是这样实现的：一种回转窑资源化处理铝工业固废的生产系统，其特征在于：包括生料浆磨制单元、拜耳法赤泥过滤单元、生料浆调配单元、铝灰预处理单元、熟料烧制单元、熟料溶出单元以及烧结法赤泥快速分离洗涤单元，生料浆磨制单元包括生料磨机和生料浆槽，无烟煤仓、碱粉仓以及石灰石仓内物料通过输送机输送到生料磨机；

拜耳法赤泥过滤单元包括拜耳赤泥过滤机和赤泥滤饼槽，拜耳赤泥经过赤泥过滤机过滤，滤液去调整液槽，滤饼进入赤泥滤饼槽，所述赤泥滤饼槽与生料磨机相连；

所述铝灰预处理单元包括管道混合器和溶解反应槽，铝灰缓冲库的铝灰以及石灰乳槽的石灰乳以及碱粉仓的碱粉经过计量后进入管道混合器混合，所述管道混合器上还设置有水加入管道，所述管道混合器的出料口与溶解反应槽相连，所述溶解反应槽与生料磨机相连；所述生料磨机的出料口连接生料浆槽，所述生料浆槽与生料浆调配系统相连；

所述熟料烧制单元包括回转窑，生料浆调配系统的合格浆料进入回转窑烧制成熟料，所述回转窑出来的熟料经过冷却、破碎后进入熟料溶出单元的球磨机；

所述熟料溶出单元包括球磨机，调整液槽通过管道与球磨机相连，所述球磨机的出料口与螺旋分级机相连，所述螺旋分级机的反砂回到球磨机，所述螺旋分级机出来的物料去烧结法赤泥快速分离洗涤单元；

所述赤泥快速分离洗涤单元包括翻盘过滤机，细物料经翻盘过滤机过滤后得到Na₂O·Al₂O₃粗液，滤饼经洗涤后进入第二赤泥滤饼槽，洗涤液进入调整液槽。

上述方案中：所述拜耳法赤泥过滤单元还包括赤泥料浆槽和赤泥滤液槽，外运赤泥先进入赤泥料浆槽暂存，所述拜耳赤泥过滤机采用立盘过滤机，滤液进入赤泥滤液槽然后再泵入调整液槽。

上述方案中：回转窑的尾气经过立烟道后进入旋风除尘器，所述旋风除尘器的收尘灰直接从窑尾返回回转窑内；所述旋风除尘器的烟气出口与四电场静电除尘器进气口相连，四电场静电除尘器收下的窑灰一部分从窑头喷入回转窑内，其余部分从窑尾返回回转窑内；除尘后的烟气依次进入脱硫系统、脱硝系统脱除NOX后通过烟囱排放。

上述方案中：还包括煤粉制备单元，所述煤粉制备单元包括原煤仓、煤粉仓，原煤仓的物料经过磨煤机磨成煤粉后进入防爆袋式收尘器，防爆袋式收尘器出来的煤粉进入煤粉仓，所述煤粉仓的煤粉用作回转窑的燃料。

上述方案中：所述熟料烧成单元还包括篦式冷却机、熟料输送机和熟料仓，所述篦式冷却机为自带破碎机的第四代篦式冷却机，从回转窑出来的熟料在篦式冷却机中进行冷却和破碎，然后通过熟料输送机输送到熟料仓，所述熟料仓的熟料输送到球磨机溶出。

上述方案中：所述铝灰预处理单元还包括的尾气淋洗塔、尾气冷却器和尾气水吸收塔，所述尾气淋洗塔与溶解反应槽的尾气排放管线相连，所述尾气淋洗塔的淋洗液回到溶解反应槽，所述尾气淋洗塔的气体出口与尾气冷却器相连，所述尾气冷却器与尾气水吸收塔相连，所述尾气水吸收塔的气体出口与回转窑燃气进气管相连。在溶解反应槽(密闭槽)搅拌反应时，有氨气、氢气产生，氨气经过吸收成为氨水回收利用，氢气去回转窑作为燃料气。洗涤液中氨饱和后不再吸收挥发出来的氨气，氨气不再被洗涤液所吸收而以纯氨气的形态进入氨吸收塔。洗涤时，洗涤水是循环使用的，当其中的固体颗粒(反应槽挥发气体中夹带的铝灰)逐渐富集约50g/l时，其部分回流到溶解反应槽，然后补充部分的新水以保持淋洗的总水量基本不变。在吸收塔内被水吸收形成氨水,氨水回收利用，该系统副产20％氨水达到节能减排的效果。

有益效果：本发明采用烧结法工艺综合回收铝工业固废中的氧化铝和氧化钠。拜耳法赤泥与铝灰、石灰石、纯碱、无烟煤配料后通过烧成得到熟料，熟料溶出得到的粗铝酸钠溶液进入三铝氧化铝生产系统沉降工段，完成氧化铝后续生产和碱液循环，从而达到固废再利用、降低氧化铝生产成本的目的。本发明对产生的废气进行回收利用，达到节能减排的效果，是环境友好的生产系统，可实现资源综合利用，回收氢氧化钠、氧化铝资源，同时减少赤泥堆存带来的生态影响及环境风险隐患，增加企业经济效益和市场竞争力，达到经济效益与社会效益双赢的效果。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：

实施例1

本发明的回转窑资源化处理铝工业固废的生产系统由生料浆磨制单元、拜耳法赤泥过滤单元、生料浆调配单元、铝灰预处理单元、熟料烧制单元、熟料溶出单元、烧结法赤泥快速分离洗涤单元和煤粉制备单元组成。

生料浆磨制单元包括生料磨机1和生料浆槽2，无烟煤仓3、碱粉仓4以及石灰石仓5内物料通过输送机6输送到生料磨机1。

拜耳法赤泥过滤单元包括拜耳赤泥过滤机7、赤泥滤饼槽8、赤泥料浆槽9和赤泥滤液槽10，外运赤泥先进入赤泥料浆槽9暂存，拜耳赤泥经过赤泥过滤机7过滤，滤液进入赤泥滤液槽10然后再泵入调整液槽44用于配制溶出用调整液，滤饼进入赤泥滤饼槽8，赤泥滤饼槽8内设置搅拌，在赤泥滤饼槽上设置有固体结晶碱加入口。赤泥滤饼槽8与生料磨机1相连。拜耳赤泥过滤机7采用立盘过滤机。

铝灰预处理单元包括管道混合器11和溶解反应槽12。铝灰缓冲库13的铝灰以及石灰乳槽14的石灰乳以及碱粉仓3的碱粉经过计量后进入管道混合器11混合，管道混合器11上还设置有水加入管道，管道混合器11的出料口与溶解反应槽12相连，溶解反应槽12的出口与高铝料浆槽42相连，高铝料浆槽42与生料磨机1相连.生料磨机1的出料口连接生料浆槽2，生料浆槽2与生料浆调配系统相连。

溶解反应槽12为密封槽，尾气淋洗塔43与溶解反应槽12的尾气排放管线相连，尾气淋洗塔14的淋洗液回到溶解反应槽12用于配制高铝料浆，尾气淋洗塔14的气体出口与尾气冷却器15相连，尾气冷却器15与尾气水吸收塔16相连，尾气水吸收塔16的气体出口与回转窑17燃气进气管相连。

生料浆调配系统包括分料箱17和多个生料浆调配槽18。生料浆槽2的物料经过分料箱17分配到各个生料浆调配槽18。经过检测为合格料浆就进入合格料浆槽19，不合格的生料浆则在生料浆调配槽18内按一定的碱比、钙比等指标进行调配，调配合格后送入合格料浆槽19。

熟料烧制单元包括回转窑20，回转窑20为既可以燃煤又可以燃气的回转窑。此种回转窑为现有技术，即回转窑内增加氢气燃烧器，合格料浆槽19的合格浆料进入回转窑20烧制成熟料，回转窑20出来的熟料经过冷却、破碎后进入熟料溶出单元。

优选熟料烧成单元还包括篦式冷却机21、熟料输送机22和熟料仓23，篦式冷却机21为自带破碎机的第四代篦式冷却机，从回转窑出来的熟料在篦式冷却机21中进行冷却和破碎，然后通过熟料输送机22输送到熟料仓23，熟料仓23的物料去熟料溶出单元。篦式冷却机21整体为半封闭负压操作设计，机内依次设前段、中段、后段三个不同抽风温区，分别产生高温、中温、低温废气，此为现有技术。高温废气作为二次风送入回转窑内燃烧，燃烧废气属于回转窑烟气的一部分，一并进行除尘、脱硝、脱硫净化处理。部分中温废气送入煤粉制备工序，为磨煤机30提供热风用于煤粉干燥。其它废气经旋风除尘后作为热源用于烘干赤泥，烘干废气袋式除尘后达标排放。

回转窑20的尾气经过立烟道后进入旋风除尘器24，旋风除尘器24的收尘灰直接从窑尾返回回转窑20内。旋风除尘器24的烟气出口与四电场静电除尘器25进气口相连，优选，先对旋风除尘器24出来的尾气经过余热回收，即先进入余热锅炉26与水换热产蒸汽，然后尾气进入四电场静电除尘器25，四电场静电除尘器25收下的窑灰一部分从窑头喷入回转窑20内，起到改善烧成效果、减轻窑内结圈的作用，其余部分从窑尾返回回转窑内。除尘后的烟气依次进入脱硫系统27、脱硝系统28脱除NO_X后通过烟囱排放。

煤粉制备单元包括原煤仓29、煤粉仓32，原煤仓29的物料经过磨煤机30磨成煤粉后进入防爆袋式收尘器31，防爆袋式收尘器31出来的煤粉进入煤粉仓32，煤粉仓32的煤粉经过煤粉称33计量后用罗茨风机34送入回转窑20用作燃料。回转窑用煤经胶带输送机卸入原煤仓32中，由仓下给料机送入磨煤机30，经篦式冷却机21送来的热风烘干、磨细后，煤粉通过袋式除尘器31收集送入煤粉仓32，供熟料烧成系统使用。

熟料溶出单元包括球磨机35，调整液槽44通过管道与球磨机35相连，熟料仓23的物料进入球磨机35球磨，球磨机35的出料口与螺旋分级机36相连，螺旋分级机36的反砂回到球磨机35继续球磨溶出，螺旋分级机36出来的细物料进入溢流槽37，然后去烧结法赤泥快速分离洗涤单元。

赤泥快速分离洗涤单元包括翻盘过滤机38，细物料经翻盘过滤机38过滤后得到Na₂O·Al₂O₃粗液，进入粗液槽39，滤饼经洗涤后进入第二赤泥滤饼槽40，洗涤液经洗涤液槽41后进入调整液槽44。

生产的步骤包括：(1)、拜耳法赤泥过滤，拜耳法赤泥经过拜耳赤泥过滤机7过滤得到滤饼和滤液，滤液与步骤(7)的洗涤液配制成调整液用于熟料溶出。滤饼与碱性铝母液蒸发产生的固体结晶碱混合得到混合物。拜耳法赤泥经过过滤，使得含水率降低至51％以下。

(2)、铝灰预处理，将铝灰、碱粉、部分石灰乳和水混合在管道混合器11内配制成初配料浆，再将配制好的初配料浆加入事先加有石灰乳的溶解反应槽12中，加水，配成铝灰浆，并搅拌反应至无气体产生得到高铝料浆。反应过程中产生氨气和氢气，先经过喷淋或纯的氨气经过水吸收制得氨水，未被吸收的氢气进入回转窑20作为燃料气。铝灰与纯碱的质量比为2-8:1，石灰乳的总量为铝灰质量的20-30％，初配料浆的固液比为0.8-1.2:1；高铝料浆的含水率为58-65％。在铝灰预处理过程中过量的石灰乳与铝灰中的F^-形成了稳定的CaF₂沉淀，可有效脱除入炉料中的F^-，从源头抑制窑尾烟气中氟化物的生成。铝灰中的氯元素主要以NaCl的形态存在，由于NaCl有极好的溶解性能，因而Cl^-全部进入生料浆中参与烧结。

(3)、生料浆磨制，将无烟煤(无烟煤作为还原用煤，主要作用产生还原性气体CO，还原物料中产生硫氧化物，形成稳定的硫化物固体(FeS、CaS)，减少SO₂对大气的污染)、碎石灰石、碱粉、高铝料浆、步骤(1)的拜耳赤泥滤饼混合物混合后经过生料磨机1磨制，得到生料浆。

(4)、生料浆调配及熟料烧制，合格生料浆经过生料浆调配系统后直接进入回转窑20烧制，不合格生料浆再经过生料浆调配系统按照钙比、碱比等比例调配后进入回转窑20烧制，得到含铝酸钠、铁酸钠和硅酸二钙的熟料。

(5)、熟料溶出，熟料经过冷却、破碎后进入球磨机35，加入调整液溶出得到溶出液，溶出液经过螺旋分级机36后细料进入溢流槽37，粗料继续回到球磨机35溶出。

(7)、烧结法赤泥快速分离洗涤，溶出液经过翻盘过滤机38过滤得到含Na₂O·Al₂O₃的粗液，粗液进入后续三铝氧化铝生产系统，滤饼为氧化铁水合物、熟料中的硅酸钙以及其它铁、钙、钛等成分形成不溶性残渣，洗涤液用于配制溶出调整液。

本发明不局限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。