一种铝灰的资源化分离回收利用方法技术

一种铝灰的资源化分离回收利用方法，按以下步骤进行：(1)准备水洗后的铝灰；准备氢氧化钠溶液；(2)氢氧化钠溶液置于反应器内，搅拌逐次加入水洗后的铝灰，生成的氢气和氨气排出；(3)氢气和氨气停止排出时，加水稀释搅拌，过滤获得一次滤液；(4)在搅拌条件下，向一次滤液中加入氢氟酸，至pH值为3～5，获得固液混合物；(5)过滤获得二次滤液和二次滤渣；二次滤渣烘干获得冰晶石；二次滤液浓缩制Na

A recycling method of aluminum ash

【技术实现步骤摘要】
一种铝灰的资源化分离回收利用方法
本专利技术涉及铝冶炼产生的危废固体物料回收处理
，特别涉及一种铝灰的资源化分离回收利用方法。
技术介绍
铝是地球上资源最多的，其产量仅次于钢铁的第二大金属。铝以其质量轻、抗氧化腐蚀性好，可以与许多金属元素形成具有诸多不同用途的铝合金，且具有可回收性。铝是以冰晶石熔剂熔盐电解氧化铝的方法生产的；目前我国电解槽的设计生产能力已经达到4000万吨/年以上，实际铝产量在3700万吨/年左右，在加上每年大量的废铝回收，二次熔炼出来的铝的产量，实际铝的产量要超过4000万吨/年。铝应用在各个方面，基本上以各种铝合金材的形式被应用。这种铝材一部分在电解铝厂，由原铝熔体加入各种不同的合金元素的中间合金后，经除气、除渣后铸造成铝合金材。另一部分由电解铝厂经除渣后，铸成普通铝锭，然后再运到铝材生产厂家经熔化后加入合金元素的中间合金，然后再进行除气除杂后制成铝合金材；因此，实际铝和铝合金的熔铸量可能要超过5000万吨/年。在各种各样的铝及铝合金的熔铸过程中都会产生铝灰，依不同的铝合金熔铸产品，其产生的铝灰渣量是不同的，如铸造铝合金(铝硅)，其所产生的铝灰量约在70kg/t左右；航空铝材约在35kg/t左右；原铝铸造(普通铝锭)约在5kg/t左右；而其他铝合金约在20kg/t左右；就平均而言铝灰约在20kg/t左右，按照铝及铝合金材5000万吨/年计算，其铝灰量每年约在100万吨/左右。铝灰化学成分复杂，主要成分为氧化铝、氮化铝和细粒的金属铝组成，其他成分根据合金成分的不同，使用净化剂原料和覆盖剂原料的不同，有很大的差别，有资料给出的有代表性的铝灰的组份如下：表1几种典型铝灰的化学组成(质量百分数％)从表中数据分析可以看出，铝灰中的主要组份除氧化铝以外，还有氧化硅、氧化铁以及镁、钙的氧化物和氟化物，但这些分析数据并非完全准确，因为表中的数据并未给出铝灰中金属铝和氮化铝的分析数据，实际上铝灰中除氧化铝外，其最大的组份含量应该是金属铝和氮化铝，其中铝的含量约在10～20％之间，依一次铝灰处理方法的不同而有所差别，铝灰中氮化铝的组份应在15％左右，相同资料所给出的铝灰的典型元素分析数据推算得出来：表2铝灰的典型元素分析(质量百分数％)AlClFNaMgSiKCaFeOCN其它40.467.702.698.630.781.401.290.640.2526.010.084.785.30铝灰是铝及铝合金熔炼和精炼时的副产物，由于铝灰中含有可溶解的氯化物和碱金属钾和钠的氟化物，以及其中的氮化物遇水水解产生NH3和反应产生的遇水可溶解的NaAlO2；会对环境造成影响，被认为是有毒有害的固体废弃物。目前人们关于铝灰的处理和对其资源化利用方法的研究很多，多见于公开的和授权的专利中，本文很难将这些方法一一列举加以评述，但归纳起来基本上可分为以下几类：一类方法是用铝灰制备氢氧化铝或氧化铝，见诸于CN108239704A，CN105271327A，CN104261445A，CN106830023A，CN108439444A，CN108529658A，CN1224723C，CN106830030A，CN109928413A，CN1903725A等专利中；这些专利虽然略有差别，但其原理和方法基本上是一样的，就是将铝灰水洗后除去铝灰中的可溶物(主要是氯化物)后，与碳酸钠，或氢氧化钠，或石灰(CaO)混合后，在大于700～900℃的温度下进行烧结，将铝灰中的氧化铝转变为可溶于水的铝酸盐后，用水将生成的铝酸钠浸出，然后再用铝酸钠的碳分和种分过程制取氢氧化铝和氧化铝。除了用上述方法用铝灰制备氧化铝或氢氧化铝外，CN1817795A则将用上述方法制取的铝酸钠与硫酸反应，生产氢氧化铝沉淀和硫酸钠溶液，然后将其进行固液分离制取氢氧化铝；CN101144020A则将铝灰与硫酸反应制取硫酸铝，与用铝灰和碱反应制得的铝酸钠进行中和反应制得氢氧化铝；而专利CN107758682A则将用铝灰制取的铝酸钠与磷酸钠反应制取沸石。由上可以看出，用铝灰制取氧化铝的专利方法甚多；但到目前为止，尚未有任何一种方法应用在工业上，其存在的问题如下：(1)铝灰成分复杂，尽管各种不同合金产生不同的铝灰，但其一个共同的特点就是每种铝灰中，不仅含有杂质铁(Fe2O3)，而且还含有很高含量的硅杂质，镁、钙的氧化物和氟化物杂质。对硅杂质来说，它以二氧化硅的形式存在于铝灰中，这种硅杂质必然会存在于上述各种专利方法的产品中，而未加清除和处理；(2)产品单一，且未能对回收出氢氧化铝以外的其他产物加以资源化利用。专利CN101823741B公布了另一种铝灰的处理方法，该方法首先将水浸后的铝灰在750～900℃的温度下进行高温焙烧，之后，用含有硝酸钠的稀氢氟酸或者通入臭氧进行浸泡之后进行过滤，滤液经浓缩蒸发后得到固体产物，用现行工业上的冰晶石生产方法生产氟化铝，而蒸发液与氢氧化钠反应，按现行生产水玻璃的技术生产水玻璃，而滤渣为含氟化镁的高氟氧化铝；此法所存在的问题是，工艺复杂，其铝灰中的高杂质含量的钙的氧化物和铁的氧化物不能有效去除，因而使制取的产品含氟氧化铝纯度不高，很难在实际中被应用。除上述方法外，CN100532268C授权了利用盐酸进行酸溶提取氧化铝的方法，以及CN108585003A用硫酸浸出提取氧化铝的方法。而这些方法没有阐述铝灰中其他组份含量很高的氧化硅、氟化钙、氧化钙、氟化镁以及杂质铁的净化处理问题。实际上用酸法处理回收铝灰获得纯度较高的氧化铝，可能是一个更为复杂的方法，而且过程中会产生大量含酸的废渣。除了用酸处理铝灰制取净水剂之外，酸法处理铝灰制取氧化铝并未能在工业上获得应用。
技术实现思路
针对铝灰的回收处理和资源利用的研究现状和存在的问题，本专利技术提供一种铝灰的资源化分离回收利用方法，将水洗后的铝灰与碱液混合反应，过滤的滤液加氢氟酸沉淀出冰晶石，过滤的滤渣加酸除铁，除铁后的物料再加氢氟酸，生成不同氟化物用于电解槽焙烧。本专利技术的方法按以下步骤进行：1、准备水洗后的铝灰；准备质量浓度15～35％的氢氧化钠溶液；氢氧化钠溶液的量按NaOH与水洗后的铝灰中的Al、AlN和SiO2完全反应，并过量10～50％；完全反应所依据的反应式为：Al+NaOH+H2O＝NaAlO2+1.5H2(1)、AlN+NaOH+H2O＝NH3+NaAlO2(2)和SiO2+2NaOH＝Na2SiO3+H2O(3)；2、将氢氧化钠溶液置于反应器内，在搅拌的条件下，将水洗后的铝灰分批逐次加入到反应器中，水洗后的铝灰中的Al和AlN与NaOH进行反应时生成氢气和氨气，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝灰的资源化分离回收利用方法，其特征在于按以下步骤进行：/n(1)准备水洗后的铝灰；准备质量浓度15～35％的氢氧化钠溶液；氢氧化钠溶液的量按NaOH与水洗后的铝灰中的Al、AlN和SiO

【技术特征摘要】
1.一种铝灰的资源化分离回收利用方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)准备水洗后的铝灰；准备质量浓度15～35％的氢氧化钠溶液；氢氧化钠溶液的量按NaOH与水洗后的铝灰中的Al、AlN和SiO2完全反应，并过量10～50％；完全反应所依据的反应式为：
Al+NaOH+H2O＝NaAlO2+1.5H2(1)、
AlN+NaOH+H2O＝NH3+NaAlO2(2)
和
SiO2+2NaOH＝Na2SiO3+H2O(3)；
(2)将氢氧化钠溶液置于反应器内，在搅拌的条件下，将水洗后的铝灰分批逐次加入到反应器中，水洗后的铝灰中的Al和AlN与NaOH进行反应时生成氢气和氨气，氢气和氨气从反应器的排气管排出并被收集；
(3)当水洗后的铝灰全部加入反应器后，反应器内氢气和氨气停止排出时，反应结束；向反应后的固液混合物料加水稀释并搅拌5～20分钟，水的加入量为固液混合物料总体积的1～5倍，然后过滤获得一次滤渣和一次滤液；
(4)在搅拌条件下，向一次滤液中加入质量浓度40～60％的氢氟酸，至一次滤液的pH值为3～5，使一次滤液中的NaAlO2和NaOH与HF反应生成冰晶石沉淀，使一次滤液中的Na2SiO3与HF反应生成Na2SiF6，获得含有冰晶石沉淀和含Na2SiF6溶液的固液混合物；
(5)将固液混合物过滤，获得二次滤液和二次滤渣；二次滤渣烘干去除水分后获得冰晶石产品；二次滤液蒸发浓缩制成主要成分为Na2SiF6的产品。


2.根据权利要求1所述的一种铝灰的资源化分离回收利用方法，其特征在于所述的一次滤渣的主要化学成分为α-Al2O3、β-Al2O3、CaO和MgO，还含有少量Fe2O3，直接排放。

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【专利技术属性】
技术研发人员：冯乃祥，杨超，
申请(专利权)人：沈阳北冶冶金科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21