阅读说明：本技术 一种铝灰无害化处理的方法 (Harmless treatment method for aluminum ash ) 是由 陈湘清 唐剑 陈小松 陈黎军 彭助贵 于 2019-11-04 设计创作，主要内容包括：一种铝灰无害化处理的方法,包括以下步骤：(1)将铝灰和水混合,搅拌化浆,分级,得细颗粒料浆；或将分级后的铝灰和水混合,搅拌化浆,得细颗粒料浆；(2)加入浸取剂,浸出反应后,得非金属料浆；(3)将氧化料浆进行球磨脱氨,脱氨料浆经洗涤,过滤,洗涤,烘干,得无害化铝灰。本发明方法生产过程的安全系数高,且方法简单、成本低,适宜于工业化生产,所得无害化铝灰中的Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>的质量含量高达95%,氮化铝的质量含量≤0.02%,金属铝的质量含量≤0.01%,盐的质量含量≤0.2%,符合GB/T 24483-2009的铝土矿石标准,可作为净水剂、陶瓷、玻璃、耐火材料、建筑材料或电解铝的原料使用。(A method for harmlessly treating aluminum ash comprises the following steps: (1) mixing aluminum ash and water, stirring, pulping and grading to obtain fine particle slurry; or mixing the classified aluminum ash with water, stirring and slurrying to obtain fine particle slurry; (2) adding a leaching agent, and obtaining non-metal slurry after leaching reaction; (3) and (3) carrying out ball milling deamination on the oxidized slurry, washing, filtering, washing and drying the deaminated slurry to obtain harmless aluminum ash. The method has the advantages of high safety coefficient in the production process, simplicity, low cost and suitability for industrial production, and the obtained harmless Al in the aluminum ash 2 O 3 The mass content of the aluminum nitride is up to 95 percent, the mass content of the aluminum nitride is less than or equal to 0.02 percent, the mass content of the metal aluminum is less than or equal to 0.01 percent, the mass content of the salt is less than or equal to 0.2 percent, the aluminum nitride salt meets the standard of the bauxite ore of GB/T24483-2009, and the aluminum nitride salt can be used as a water purifying agent, ceramics, glass and refractory materialsAnd a raw material for building materials or electrolytic aluminum.)

一种铝灰无害化处理的方法

技术领域

本发明涉及一种铝灰处理的方法，具体涉及一种铝灰无害化处理的方法。

背景技术

铝灰是电解铝或铝熔铸生产工艺中产生的冶炼渣经冷却加工后的产物，含有铝及多种有价元素，主要由金属铝、氮化铝、氧化铝、其它金属氧化物和盐熔剂的混合物组成，如某铝厂6系合金铝灰成分为：Al₂O₃ 54.71%，AlN 20%，MgO 6.21%，Fe₂O₃ 2.67%，KCl 3.69%，NaCl 4.28%，SiO₂ 6.64%，CaO 1.8%。

铝灰中的金属铝和氧化铝含量较高，是一种宝贵的可再生资源，而铝灰中的金属铝和氮化铝潮解会产生并释放氢气和氨气，氨气是一种恶臭性气体且具有易燃***性，并且盐熔剂主要为氯盐和氟盐，其中可溶性氟化物含量很高。因此，根据铝灰浸出毒性和水解反应性的特征，属于危险废弃物，铝灰若处理不当，将对土地、水体、空气等生态环境造成严重污染。

目前，铝灰的处理工艺有火法、湿法等。铝灰无害化的处理关键是使其安定，不再具有反应性，火法即可使氮化铝氧化分解，而湿法工艺主要是利用水或催化剂使氮化铝分解为氨气。

CN106315643A公开了一种利用废铝灰和石灰在高温电弧炉内生产铝酸钙的方法，CN205954085U公开了一种热态铝灰金属铝回收及熔渣制备炼钢辅料的设备，CN108483927A公开了一种利用铝灰、石英砂、钙粉为主要原料烧结生产霞石微晶玻璃的方法，CN105294135A公开了一种利用铝灰直接制备铝尖晶石耐火材料的方法及其制备的材料。虽然铝灰的氟离子和重金属离子浸出毒性可加入含钙离子的试剂进行固化和稳定化，并且由于工艺的差异性，部分铝灰的浸出毒性不会超标。但是，火法工艺存在氟化物气体腐蚀，能耗高，氮化铝分解产生的氮氧化物排放问题，反应方程式为：4Al+3O₂→2Al₂O₃，2AlN+2O₂→Al₂O₃+N₂O↑，4AlN+7O₂→2Al₂O₃+4NO₂↑。

CN105481044A公开了一种利用铝灰为原料制备高效污水处理片剂的方法，CN105731508A公开了一种利用铝灰制备高活性氧化铝粉体的方法，CN106378012A公开了一种聚硅酸铝铁和一种利用铝灰制备聚硅酸铝铁的方法。但是，上述湿法处理生产净水剂的工艺均未提及铝灰遇酸释放易燃易爆的氢气和氨气问题，并且氨气与酸中和产生的氯化铵残留会导致净水剂中的氨氮不合格，反应方程式为：2Al+6HCl→2AlCl₃+3H₂↑，AlN+3H₂O→Al(OH)₃+NH₃↑，NH₃+HCl→NH₄Cl。

CN105271327A公开了一种铝灰无害化处理并回收利用的方法，公开了使用水浸脱氨的方法，但是，由于铝灰颗粒表面氮化铝水解形成的产物为氢氧化铝，将铝灰颗粒紧密的包裹，阻止水的持续渗透，导致自然条件下铝灰水解过程十分漫长，氢氧化铝为两性化合物，因此，水浸脱氨存在反应速度慢的问题，需要采用辅助药剂将其表面的氢氧化铝溶解，以此来加速氮化铝的分解。

CN105347361A公开了一种铝灰综合利用处理方法，使用了一种可加速脱氨的催化剂，但是，再生产品中会存在催化剂残留，需要增加洗涤的工序。

CN107597802A公开了一种调压-水热旋流工艺强化铝灰脱氮的方法，是采用80～150℃热水，利用水力旋流器来加速脱氨过程。虽然可以在初始阶段加速氮化铝水解反应，但是，由于水解产生的包裹物会阻止水的渗透，后期反应速度下降，氮化铝仍然不能彻底分解。

CN108893615A公开了一种从铝灰中回收金属铝的方法，是利用球磨机加水湿磨进行深度提铝，但是，并没有注意到湿磨会产生易燃易爆的氨气和氢气（氢气***极限为4.0～75.6%，氨气为15.7～27.4%），以及气体收集和气体处理等衍生的问题。

CN106629774A公开了一种无害化处理铝灰的方法，是先利用球磨机干磨提铝，然后细铝灰加入到一个密闭容器，用水浸泡脱氨。但是，同样存在脱氨时间长和不彻底的问题。

综上，亟待找到一种可以安全快速和彻底脱氨处理的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种简单、安全、快速、彻底脱氨，无害化铝灰中Al₂O₃的质量含量高，成本低，适宜于工业化生产的铝灰无害化处理的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种铝灰无害化处理的方法，包括以下步骤：

（1）将铝灰和水混合，搅拌化浆，分级，得细颗粒料浆；或将分级后的铝灰和水混合，搅拌化浆，得细颗粒料浆；

（2）在步骤（1）所得细颗粒料浆中，加入浸取剂，浸出反应后，得非金属料浆；

（3）将步骤（2）所得非金属料浆进行球磨脱氨，脱氨料浆经洗涤，过滤，洗涤，烘干，得无害化铝灰。

优选地，步骤（1）中，所述铝灰的主要成分为：单质铝1～30%，氧化铝30～90%，氮化铝1～30%，氯盐0～10%，氟盐1～10%，总百分含量≤100%。所述铝灰主要来源于铝加工厂的熔铸车间。

优选地，步骤（1）中，所述铝灰与水的固液比为1:0.8～50（更优选1:0.9～10）。

优选地，步骤（1）中，所述搅拌化浆的温度为10～100℃（更优选30～85℃），时间为10～360min（更优选20～120min）。

优选地，步骤（1）中，所述分级的具体操作为：在10～100℃（更优选20～60℃）下，分级1～120min（更优选20～90min），得粒度≤325目，单质铝含量≤1%的细颗粒料浆或细颗粒。现有的一次铝灰的处理工艺一般采用球磨提铝的方法，由于铝灰中金属铝具有良好的延展性，在球磨过程中杂质被粉碎，铝颗粒压延成铝片，然后通过筛分分离出金属铝片，筛网的孔径一般为100目左右，筛下100目以下的二次铝灰仍含有5～8%左右的金属铝粉，筛网的孔径范围为100～200目、200～325目、325目以下时，则二次铝灰中分别含有8～5%、5～3%、3～1%的金属铝粉。由于颗粒越小，铝粉的反应活性越大，这些铝粉如果不进行处理，在湿磨过程中极易遇水反应生成氢气，而氢气属于2.1类易燃气体，在空气中点火能量很低，为0.01MJ，一般的撞击、摩擦都会引起氢气和空气混合物***。而本发明方法通过将铝灰混合化浆后分级或分级后化浆，能快速、高效的分级大部分的含铝物质，从而减少在球磨过程中的氢气释放，为安全生产提供可能。

优选地，将分级所得＞325目的粗颗粒料浆经压滤，得含铝粉膏。所述含铝粉膏的含铝量为10～60%，可作为烟花用铝粉，加气砖铝粉膏等。

优选地，步骤（1）中，所述分级为沉降分级、旋流分级或筛分分级等中的一种或几种。所述筛分分级优选高频振动筛，其振动的频率为2000～6000r/min。

优选地，步骤（2）中，所述浸取剂为三价铁盐和/或二价铜盐与氨水的混合物。本发明方法在湿磨过程中加入浸取剂，可进一步将单质铝氧化浸出，使其不进行水解，以减少湿磨过程中氢气的释放。

优选地，步骤（2）中，所述三价铁盐和/或二价铜盐的用量为细颗粒料浆干基质量的0.8～3.0%。

优选地，步骤（2）中，所述氨水的用量为细颗粒料浆干基质量的0.3～5.0%。氨水可络合氧化残余的铜离子、铝灰中的铜、铬、锌等金属氧化物。

优选地，步骤（2）中，所述三价铁盐为氯化铁、硫酸铁、磷酸铁或硝酸铁，及其水合物等中的一种或几种。所述三价铁盐的反应方程式为：3Fe³⁺+Al ==3Fe²⁺+ Al³⁺。

优选地，步骤（2）中，所述二价铜盐为硫酸铜、氯化铜、硝酸铜或磷酸铜，及其水合物等中的一种或几种。所述二价铜盐的反应方程式为： 3Cu²⁺+Al==3Cu⁺+Al³⁺。

优选地，步骤（2）中，所述氨水的质量浓度为3～30%。

优选地，步骤（2）中，所述浸出反应的温度为10～100℃（更优选30～60℃），时间为0.1～2.0h（更优选0.2～1.5h）。

优选地，步骤（3）中，所述球磨脱氨为一段或两段球磨脱氨。

优选地，所述一段球磨脱氨的具体操作为：在温度＜60℃（更优选30～50℃），转速20～40r/min下，球磨1～2h。

优选地，两段球磨脱氨时，进一步将一段球磨后的浆料进行分级，≤325目的细颗粒浆料在60～90℃，转速20～40r/min下，进行第二段球磨脱氨1～20h（更优选4～12h），至放出气体中氨气和氢气的总浓度＜10ppm。

利用研磨产生的能量及粉碎过程，可及时使铝灰表面水解产物脱落，让所有含氮物质尽快接触水，加速氮化铝的水解，而水解后的物料不会带入新的杂质。

优选地，所述分级的温度为10～90℃（更优选30～50℃），时间为1～120min（更优选20～60min）。

优选地，所述分级为沉降分级、旋流分级或筛分分级等中的一种或几种。

优选地，步骤（3）中，所述球磨脱氨所用的设备为密闭系统。

优选地，步骤（3）中，在球磨脱氢过程中产生的尾气，通过引风或通入惰性气体的方式，控制尾气处理系统中氢气的体积浓度≤3%，氨气的体积浓度≤12%。所述操作能保证生产过程的安全。所述惰性气体为氩气或氮气。

优选地，所述尾气用水或质量分数1～10%的稀硫酸吸收。

优选地，步骤（3）中，所述球磨脱氨所用的设备为球磨机、雷蒙磨、棒磨机、立式磨粉机、胶体磨、搅拌磨或振动磨等中的一种或几种。

优选地，步骤（3）中，所述过滤所得滤液经排盐，得盐渣。

优选地，步骤（3）中，所述脱氨料浆与洗涤用水的体积比为1:0.5～3.0（更优选1:1～2）。

优选地，步骤（3）中，将所得无害化铝灰在1000～1200℃下，焙烧脱水1～3h，得再生氧化铝。所述再生氧化铝的含水率极低，可直接作为电解铝的原料使用。

本发明方法的技术效果如下：

（1）本发明方法通过铝灰湿磨前的化浆预处理，并继续进行分级，将铝灰中的金属铝含量降低到1～3%以下，而不能分离出的金属铝，进一步采用浸取剂进行氧化浸出，综合减少了湿磨过程中氢气的释放，保证了湿磨过程的安全，且方法简单、成本低，适宜于工业化生产；

（2）本发明方法通过引风或通入惰性气体的方式，控制球磨脱氢的密闭系统中氢气和氨气的浓度，进一步提高了生产过程的安全系数；

（3）本发明方法所得无害化铝灰中的Al₂O₃的质量含量高达95%，氮化铝的质量含量≤0.02%，金属铝的质量含量≤0.01%，盐的质量含量≤0.2%，符合GB/T 24483-2009标准，可作为净水剂、陶瓷、玻璃、耐火材料、建筑材料或电解铝的原料使用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

本发明实施例所使用的铝灰1～3均来源于某铝加工厂熔铸车间，铝灰1为生产A356合金铸件产生，其主要成分为：单质铝10%，氧化铝46%，氮化铝18%，氯化钠2%，氯化钾1.6%，氟化钠0.9%，铝灰2为生产6063合金棒产生，其主要成分为：单质铝12%，氧化铝58%，氮化铝15%，氯化镁3.2%，氯化钾2.8%，氟化铝0.8%，铝灰3为电解生产纯铝铝锭产生，其主要成分为：单质铝13%，氧化铝65%，氮化铝15%，氟化钠2.2%，氟化铝3.6%；本发明实施例所使用的化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。

实施例1

（1）将310kg铝灰1和300kg水混合，在85℃下，搅拌化浆100min，再在50℃下，沉降分级80min，得≤325目，单质铝含量≤1%的细颗粒料浆（干基230kg）；

（2）在步骤（1）所得≤325目，单质铝含量≤1%的细颗粒料浆（干基230kg）中，加入2kg氯化铁与7kg质量浓度10%氨水的混合物，在35℃下，浸出反应0.2h后，得非金属料浆；

（3）将步骤（2）所得非金属料浆在MQY1245密闭球磨机中，在温度50℃、转速30r/min下，进行一段球磨脱氨2h，至放出气体中氨气和氢气的总浓度＜10ppm，脱氨料浆经洗涤（脱氨料浆与洗涤用水的体积比为1:1），过滤，洗涤（脱氨料浆与洗涤用水的体积比为1:1），烘干，得260kg无害化高铝灰（含水率为15%）。

将步骤（1）沉降分级所得＞325目的粗颗粒料浆经压滤，得100kg含铝粉膏（铝的质量含量为65%）。

将步骤（3）球磨脱氨过程中产生的尾气，通过引风的方式，控制尾气处理系统中氢气的体积浓度为2%，氨气的体积浓度为6%。所述尾气用水吸收。

将步骤（3）过滤所得滤液经排盐，得盐渣。

经检测，本发明方法所得无害化高铝灰中，Al₂O₃的质量含量为80%，氮化铝的质量含量为0.02%，金属铝的质量含量为0.01%，盐的质量含量为0.2%，符合GB/T 24483-2009铝土矿石标准，可作为净水剂、陶瓷、玻璃、耐火材料、建筑材料的原料使用。

实施例2

（1）将350kg铝灰2用高频振动筛，在20℃、振动频率4000r/min下，筛分分级20min，得≤325目，单质铝含量≤0.8%的细颗粒（干基290kg），＞325目的粗颗粒质量为60kg，铝含量为70%；

将≤325目，单质铝含量≤0.8%的细颗粒（干基290kg）和700kg水混合，在60℃下，搅拌化浆40min，得≤325目，单质铝含量≤0.8%的细颗粒料浆（干基290kg）；

（2）在步骤（1）所得≤325目，单质铝含量≤0.8%的细颗粒料浆（干基290kg）中，加入3kg硫酸铜与3kg质量浓度15%氨水的混合物，在40℃下，浸出反应0.5h后，得非金属料浆；

（3）将步骤（2）所得非金属料浆在MQY2736密闭球磨机中，进行两段球磨脱氨，第一段球磨脱氨是在温度40℃、转速25r/min下，球磨1h，再将球磨后的浆料在40℃下，进行沉降分级20min，≤325目的细颗粒浆料在90℃、转速30r/min下，进行第二段球磨脱氨6h，至放出气体中氨气和氢气的总浓度＜8ppm，脱氨料浆经洗涤（脱氨料浆与洗涤用水的体积比为1:2），过滤，洗涤（脱氨料浆与洗涤用水的体积比为1:2），烘干，得320kg无害化高铝灰（含水率为11%）。

将步骤（3）沉降分级所得＞325目的粗颗粒料浆经压滤，得10kg含铝粉膏（铝的质量含量为75%）。

将步骤（3）球磨脱氨过程中产生的尾气，通过通入氮气的方式，控制尾气处理系统中氢气的体积浓度为1%，氨气的体积浓度为3%。所述尾气用质量分数5%的稀硫酸吸收。

将步骤（3）过滤所得滤液经排盐，得盐渣。

经检测，本发明方法所得无害化高铝灰中，Al₂O₃的质量含量为86%，氮化铝的质量含量为0.01%，金属铝的质量含量为0.01%，盐的质量含量为0.2%，符合GB/T 24483-2009铝土矿石标准，可作为净水剂、陶瓷、玻璃、耐火材料、建筑材料的原料使用。

实施例3

（1）将130kg铝灰3和200kg水混合，在35℃下，搅拌化浆20min，再在45℃下，旋流分级90min，得≤325目，单质铝含量≤0.5%的细颗粒料浆（干基110kg）；

（2）在步骤（1）所得≤325目，单质铝含量≤0.5%的细颗粒料浆（干基110kg）中，加入3kg硝酸铁与1kg质量浓度20%氨水的混合物，在55℃下，浸出反应1h后，得非金属料浆；

（3）将步骤（2）所得非金属料浆在MQY1245密闭球磨机中，进行两段球磨脱氨，第一段球磨脱氨是在温度45℃、转速22r/min下，球磨1.5h，再将球磨后的浆料在30℃下，进行旋流分级40min，≤325目的细颗粒浆料在80℃、转速35r/min下，进行第二段球磨脱氨4h，至放出气体中氨气和氢气的总浓度＜6ppm，脱氨料浆经洗涤（脱氨料浆与洗涤用水的体积比为1:1.5），过滤，洗涤（脱氨料浆与洗涤用水的体积比为1:1.5），烘干，再在1100℃下，焙烧脱水2h，得108kg无害化高铝灰（含水率为0.02%）。

将步骤（1）、（3）旋流分级所得＞325目的粗颗粒料浆经压滤，得18kg含铝粉膏（铝的质量含量为75%）。

将步骤（3）球磨脱氨过程中产生的尾气，通过引风的方式，控制尾气处理系统中氢气的体积浓度为1.2%，氨气的体积浓度为5%。所述尾气用10%稀硫酸吸收。

将步骤（3）过滤所得滤液经排盐，得盐渣。

经检测，本发明方法所得无害化高铝灰（再生氧化铝）中，Al₂O₃的质量含量为95%，氮化铝的质量含量为0.02%，金属铝的质量含量为0%，盐的质量含量为0.1%，符合GB/T24483-2009铝土矿石标准，可作为电解铝的原料使用。