铝灰作为干法水泥生产用燃料和校正料及助烧剂的方法技术

一种铝灰作为干法水泥生产用燃料和校正料及助烧剂的方法，包括以下步骤：将铝灰和催化燃烧促进剂于输送管道中混合、或燃烧器中混合，经喷吹管或燃烧器喷入干法水泥生产线窑尾分解炉和/或窑头回转窑中，在催化燃烧促进剂的催化活化作用下于高温环境中及悬浮状况下迅速燃尽，燃烧产生的热能直接供给碳酸钙的分解和/或熟料的烧成，燃烧产生的活性氧化铝直接作为生料的铝质校正原料，铝灰中所含的卤化物及其它原料和作功后的催化元素一起直接成为生料煅烧和/或熟料烧成的助烧剂。利用本发明专利技术，能有效综合利用铝灰，既可降低水泥生产原燃材料成本，同时还可利用水泥窑协同处置危险废弃物，保护生态环境；操作简便，易于实施，投资少，可以规模化的方式消纳各类铝灰。可以规模化的方式消纳各类铝灰。

【技术实现步骤摘要】
铝灰作为干法水泥生产用燃料和校正料及助烧剂的方法


[0001]本专利技术涉及一种工业废渣铝灰无害化、资源化、能源化综合利用方法，特别是涉及一种铝灰作为干法水泥生产用燃料和校正料及助烧剂的方法。

技术介绍

[0002]铝灰主要来源于电解铝企业铝锭铸造、铝型材企业铝加工熔铸及再生铝企业边角料重熔过程，是铝冶炼及加工过程产生的固体废渣。
[0003]2020年我国原铝（电解铝）产量为3708万吨，较2019年产能增加5.6%，每生产1t 铝约产生一次铝灰110 kg，因而铝灰的排放量也随之日益增长。据报道，我国2019年铝灰产生量近350万吨，且每年增长速率近2%。
[0004]铝灰，按产生的方式不同，分为一次铝灰和二次铝灰。
[0005]铝灰成分复杂，主要化学组成为Al、Si、Mg和Ca等，同时还含有F、Cl、重金属、氰化物等有毒、有害物质；主要物相为氮化铝、氟化盐、氯化盐、氧化铝、金属铝、镁铝尖晶石、方镁石、石英、碳化铝、电解质及盐熔剂等。铝灰中的氮化铝耐高温耐氧化，不易燃烧，遇水接触或受潮湿环境的影响容易发生水解反应，释放出氨气、氰化物等异臭有毒气体，不仅污染空气，还会带来安全隐患；同时铝灰中的电解质会释放游离氟，会给周围环境带来安全风险。2016年，被列入《国家危险废弃物名录》第HW48类。
[0006]铝灰堆积密度0.828~1.118g/cm3，表观密度2.396~2.528g/cm3，浸出液pH 为9.03~10.1。
[0007]针对目前铝灰资源化利用存在的不足，国内外科研技术人员已开展相关研究。当前，铝灰资源化利用技术可分为一次铝灰利用技术和二次铝灰利用技术：1.一次铝灰资源化利用技术目前一次铝灰利用方法有炒灰法、压榨法、球磨筛分法、离心分离法、电化学法等，主要针对提取一次铝灰中含量和价值较高的金属铝，其中应用较广的铝灰提铝方法为压榨法，但这类方法因环保不达标或设备应用受限以及金属铝回收率较低等因素影响，无法完全高效利用。
[0008]2.二次铝灰资源化利用技术（1）重选提铝：如CN201911367926.3公开了一种从二次铝灰渣中提取氧化铝的方法，将二次铝灰渣研磨、水洗、干燥后加入熔融态碳酸钠反应，再加盐酸除杂、碱洗除杂制取氢氧化铝沉淀，高温煅烧得氧化铝。这类方法工艺流程较复杂，由于铝灰含杂质成分较多，提选效率不高。
[0009]（2）作转炉和铁水脱硫剂：二次铝灰中含有大量的Al2O3，可添加一定量的石灰石用作工业锅炉新型脱硫剂，但因二次铝灰中有害物质偏多，使用量受到局限。
[0010]（3）用作炼钢精炼剂：利用铝灰制备铝酸钙精炼剂，用于脱除高质量钢中的有害元素硫，但工艺较复杂，能耗高，尚未实现规模化应用。
[0011]（4）制备硫酸铝：铝灰与硫酸反应制取硫酸铝，缺点是产生的硫酸铝的附加值较
低，且制备过程中会产生有害气体，对环境造成二次污染。
[0012]（5）制备聚合硫酸铝：先制备硫酸铝，再添加多种聚合剂进行聚合反应制备聚合硫酸铝，作为絮凝剂，但工艺过程较为繁琐。
[0013]（6）制备耐火材料：利用二次铝灰中含有大量的氧化铝作为耐火材料烧结原料，如CN202010075954 .4公开了一种通过将二次铝灰无害化处理以制造耐火材料的方法，将二次铝灰研磨后于1150℃至1550℃氧化煅烧制取氧化铝，高温使二次铝灰中的氟化盐、氯化盐挥发，将煅烧氧化物经电弧熔炼后制成铝镁质的耐火材料。但因盐类杂质的存在，使得耐火材料的抗氧化性能不高。
[0014]（7）二次铝灰还可以用于生产镁铝尖晶石、清水陶瓷砖及吸附剂、分子筛等。但由于该类技术存在着生产成本高、工艺复杂等不足，目前产业化水平不高。
[0015]另一方面，我国新型干法旋窑水泥熟料生产线因产能过剩和“双碳”节能减排政策的推行，高能耗、高成本的水泥熟料生产线将面临被淘汰的局面，而能耗高、生产成本高的原因主要来源于原料、燃料、工艺操控及设备等方面，尤其是原料、燃料能否持续稳定供应，成分波动能否控制在合理范围，对稳定生产起到至关重要的作用。许多水泥熟料生产线因缺乏高品位铝质校正原料而不得不采用高价的铝矾土。此外，近期因动力煤价格大幅上涨，导致众多工业企业出现拉闸限电或停产的状况，因而水泥企业也在配置一部分热值偏低相对廉价的烟煤、高硫煤、无烟煤以降低生成成本，此举易造成煤粉燃烧速度和火焰温度降低，对窑系统稳定运行有较大影响，同时影响熟料烧成产量和质量。
[0016]而铝灰中含有部分高热值的金属铝、氮化铝未被有效利用（金属铝的热值为30222.22kJ/kg、氮化铝的生成热约10111kcal/kg），尤其是一次铝灰中的金属铝含量可达15%~70%，目前绝大部分处置方式是用于提铝，提铝后的二次铝灰中的金属铝含量仍有8%~20%；其次，因铝灰的危废特性，一次铝灰和二次铝灰中的氧化铝均未得到充分有效利用。

技术实现思路

[0017]本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种投资小、处置成本低、利用率高、工艺简单高效的资源化利用铝灰作为干法水泥生产用燃料和校正料及助烧剂的方法。
[0018]本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：一种铝灰作为干法水泥生产用燃料和校正料及助烧剂的方法，将铝灰和催化燃烧促进剂于输送管道中混合、或燃烧器中混合，经喷吹管或燃烧器喷入干法水泥生产线窑尾分解炉中，在催化燃烧促进剂的催化活化作用下于850～1200℃高温环境中3～8秒内悬浮状况下迅速燃尽，燃烧产生的热能直接供给碳酸钙的分解，燃烧产生的活性氧化铝直接作为生料的铝质校正原料，铝灰中所含的卤化物氟氯及其它原料和作功后的催化元素一起直接成为生料煅烧的助烧剂，以降低回转窑内熟料的烧成热耗；和/或将铝灰和催化燃烧促进剂于输送管道中混合、经喷吹管或燃烧器喷入干法水泥生产线窑头回转窑中，在催化燃烧促进剂的催化活化作用下于1650～2200℃高温环境中1～3秒内迅速燃尽，燃烧产生的热能直接供熟料的烧成，燃烧产生的活性氧化铝直接作为生料的铝质校正原料，铝灰中所含的卤化物氟氯及其它原料和作功后的催化元素一起直接成为熟料烧成的助烧剂，以降低回转窑内熟料的烧成热耗。
[0019]进一步，所述铝灰优选一次铝灰或/和无盐工艺处理的二次铝灰，亦可采用熔盐工
艺处理的二次铝灰。
[0020]进一步，所述铝灰的添加量为干法旋窑水泥熟料生产线中生料粉质量的0.3%~3%，优选0.5%～2.5%；经熔盐工艺处理的二次铝灰的添加量为生料质量的0.1%~1.5%，以控制熟料中的氯离子含量不超过0.06%为宜。
[0021]所述无盐工艺处理是指以等离子体熔融等方法（高温无盐、低温无盐的铝灰处理方法）处理一次铝灰的工艺，整个过程不使用盐类熔剂，环境危害较小，因此二次铝灰中含盐量低，添加比例相对较高。
[0022]所述熔盐工艺处理是指在一次铝灰处理过程中添加一定比例的盐熔剂（高温加盐的铝灰处理方法），利用盐熔剂与铝灰发生反应来回收铝的工艺方法，其产生的二次铝灰含盐量高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝灰作为干法水泥生产用燃料和校正料及助烧剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：将铝灰和催化燃烧促进剂于输送管道中混合、或燃烧器中混合，经喷吹管或燃烧器喷入干法水泥生产线窑尾分解炉中，在催化燃烧促进剂的催化活化作用下于850～1200℃高温环境下3～8秒内悬浮状况下迅速燃尽，燃烧产生的热能直接供给碳酸钙的分解，燃烧产生的活性氧化铝直接作为生料的铝质校正原料，铝灰中所含的卤化物氟氯及其它原料和作功后的催化元素一起直接成为生料煅烧的助烧剂，以降低回转窑内熟料的烧成热耗；和/或将铝灰和催化燃烧促进剂于输送管道中混合、经喷吹管或燃烧器喷入干法水泥生产线窑头回转窑中，在催化燃烧促进剂的催化活化作用下于1650～2200℃高温环境下1～3秒内迅速燃尽，燃烧产生的热能直接供熟料的烧成，燃烧产生的活性氧化铝直接作为生料的铝质校正原料，铝灰中所含的卤化物氟氯及其它原料和作功后的催化元素一起直接成为熟料烧成的助烧剂，以降低回转窑内熟料的烧成热耗。2.根据权利要求1所述的铝灰作为干法水泥生产用燃料和校正料及助烧剂的方法，其特征在于，所述铝灰为一次铝灰，或经无盐工艺处理的二次铝灰，或采用熔盐工艺处理的二次铝灰。3.根据权利要求2所述的铝灰作为干法水泥生产用燃料和校正料及助烧剂的方法，其特征在于，所述一次铝灰或经无盐工艺处理的二次铝灰的添加量为干法旋窑水泥熟料生产线中生料粉质量的0.3%~3%，优选0.5%～2.5%，经熔盐工艺处理的二次铝灰的添加量为生料质量的0.1%~1.5%。4.根据权利要求1
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3之一...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹小林，黄波，
申请(专利权)人：长沙紫宸科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：