一种二次铝灰安全控制系统及资源化工艺技术方案

本发明专利技术提供了一种二次铝灰安全控制系统，可用于对二次铝灰进行安全高效的脱氨固氟处理，控制系统包括检测模块、给料模块、下料模块、真空模块，其中真空模块用于提供反应场所，并可以通过其控制软件中的参数设置单元、定时单元、空气量计算单元和真空处理单元，对反应设备中的空气量进行调节，从而使密闭容器内的空气量始终高于氢气、甲烷、氨气的低爆炸极限量，使得二次铝灰资源化处理过程更安全。还提供了一种二次铝灰资源化工艺，可以将二次铝灰烧制为陶粒及发泡陶瓷，将危废转变为具有更高价值的产品。价值的产品。价值的产品。

【技术实现步骤摘要】
一种二次铝灰安全控制系统及资源化工艺


[0001]本专利技术属于危险废物处理领域，涉及二次铝灰处理方法，具体涉及一种二次铝灰安全控制系统及资源化工艺。
技术背景
[0002]我国是全世界最大的金属铝生产国和消费国，每年生产能力为6000万吨，实际生产能力每年也达4000余万吨。铝灰产生于金属铝发生熔融的生产工序，含铝量10％~80％不等，其中的铝约占铝生产过程中总损失量的1％~12％。
[0003]铝灰渣中存在着大量的有毒元素，如果将铝灰填埋，对当地土壤及水资源会造成严重污染，造成周边牲畜、居民和植物重金属中毒；铝灰渣中还含有大量的可溶性盐，填埋会导致周边土壤盐碱化，农作物大量死亡。传统处置方式基本是填埋或露天堆放，这样的处置措施不仅占用了大量土地，而且其中所含的可溶性氟化物会通过风吹、日晒、雨淋的作用转移或挥发进入大气，或随雨水混入江河、渗入地下污染土壤和地下水，对动植物生长及人体产生很大损害，破坏生态环境，影响生态平衡。
[0004]2020年11月5日，生态环境部审议并原则通过制修订的《国家危险废物名录》，已明确铝灰渣为危险固体废弃物，铝灰渣尤其是二次铝灰（铝灰提铝后的剩余部分）的问题已经到了非处理不可的地步，其紧迫性可谓迫在眉睫。铝灰渣含有铝及多种有价元素，是一种可再生资源。如果不加以回收利用，不仅浪费资源，而且污染环境。从铝灰中回收铝及其他有价元素，充分合理利用，对提高企业的经济效益，保护生态环境具有重要的现实意义和实用价值。
[0005]中国专利CN113735611A公开了一种铝灰渣高温自发泡制备低收缩多孔陶瓷的方法，但该工艺烧结温度高，且需用到粘结剂，原料成本高，能耗高。专利CN113788623A中公开了一种二次铝灰渣无需预处理制备泡沫微晶玻璃的方法，同样该专利烧成温度较高，需使用粘结剂，都难以实现产业化。且该工艺以二次铝灰渣中的氮化铝作为发泡剂，氮化铝遇水会反应放出氨气，不仅造成环境污染，还存在爆炸风险。
[0006]二次铝灰中除了氮化铝，还有碳化铝和活性铝，其中氮化铝和氮化铝遇水极易反应生成氨气和甲烷，大量的氨气和甲烷对环境有很大的伤害，且氨气的爆炸极限为16～25%，甲烷的爆炸极限5～15%；活性铝遇水反应生成氢气，氢气无色无味，氢气的爆炸极限为4～75.6%，一旦引起燃烧和爆炸，在工业生产中将是极大的危害，因此在对二次铝灰资源化处理时，如何在脱氨固氟过程中避免爆炸以保证安全高效的工业化生产，同时降低生产能耗，并将二次铝灰转化为具有高经济价值的产品是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]针对上述问题，本专利技术提供一种二次铝灰安全控制系统及资源化工艺，不仅可以安全高效地对二次铝灰进行脱氨固氟处理，降低生产能耗，还可以将其制备成高强度的轻集料或发泡陶瓷等产品。
[0008]本专利技术的技术方案是：先提供一种二次铝灰安全控制系统，用于对二次铝灰进行脱氨固氟处理，即对二次铝灰进行真空反应。
[0009]所述的二次铝灰安全控制系统包括检测模块、给料模块、下料模块、真空模块，其中各模块的具体功能如下，检测模块：用于对待处理二次铝灰进行成分检测，并记录结果，或将已有样品检测结果进行整理，记录备用；至少得到物料中AlN的质量分数，Al的质量分数，Al4C3的质量分数的具体数值；给料模块：用于对经过检测模块处理后的二次铝灰进行称重，并送入真空反应设备，记物料总重量为 ，给料模块还可以用于将水或助剂送入真空反应设备，以便进行反应，其中助剂包括固氟剂，固氟剂可采用生石灰。
[0010]下料模块：用于将反应后的物料排出真空反应设备，下料模块主要包括输料管道；通过输料管道将物料从真空反应设备中转移出来，便于在后续处理工艺中使用。
[0011]真空模块：用于提供真空反应场所并控制反应条件，包括真空反应设备及其控制软件。真空反应设备主要包括真空罐。
[0012]控制软件包括参数设置单元、定时单元、空气量计算单元和真空处理单元，其中参数设置单元用于输入当前生产批次的物料中的具体数值；定时单元用于设定当前生产批次的二次铝灰在真空反应设备中的反应时间t；空气量计算单元用于根据参数设置单元和定时单元的具体输入值来计算反应过程中反应设备允许通入的最大空气进入量；真空处理单元用于根据的计算结果来控制真空反应设备的真空度，在反应过程中控制进入真空反应设备的氮气通入量，通过控制氮气的通入量使真空反应设备的真空度保持动态恒定，同时使氧气值含量低于5.4%，防止爆炸。
[0013]空气量计算单元采用的函数关系式如下：其中表示时间微分，A、B、C为相应组份的权重参数，可通过相应物料的爆炸极限值计算或通过实验测量得出，A∈[2.000，4.000]、B∈[25.000，30.000]、C∈[5.000,10.000]。
[0014]优选的，函数关系式中的A=2.869，B=29.867，C=8.867。
[0015]进一步的，反应时间为30~120min。
[0016]由于反应过程保持真空度恒定，单位时间内通入空气量也恒定，随着反应进行中氨气、氢气和甲烷的生成和排出，使空气和气体生成量始终保持在爆炸极限量以下，确保整个反应过程的安全。同时可将氨气、氢气和甲烷等气体进行收集储存，以便作为燃料使用。
[0017]在现有技术中，处理二次铝灰的真空设备大都不能精确计算出空气量，所以其为了避免爆炸，其真空度的数值总是设置为远远超过实际生产所需的真空度，从而使得真空设备的运行成本较高，而本专利技术通过计算出精确的通入空气量的临界值，可以根据每批次
物料的真实情况来确定真空设备在生产过程中所需保持的真空度，从而大大节省了真空设备运行时的生产成本。
[0018]本专利技术还提供一种二次铝灰资源化工艺，将经过上述控制系统脱氨固氟后的二次铝灰按如下步骤处理：S1：二次铝灰过筛提铝后与粘土、烧结助剂定量混合后送入球磨机进行球磨；混合时使用的配方为：二次铝灰60~80%、粘土10~30%、烧结助剂1~10%，其中烧结助剂为硫酸亚铁、生石灰、氟化钙中的一种或多种。
[0019]优选的，本步骤S1中，混合时使用的配方也可以为：（二次铝灰+筛下物）60~80%、粘土10~30%、烧结助剂1~10%，其中烧结助剂为硫酸亚铁、生石灰、氟化钙中的一种或多种。
[0020]进一步的，在步骤S1中，球磨机中添加水的比例为：混料：水=1：0.5~1。进一步的，在步骤S1中，球磨时间为0.5~2h，浆料细度≤80目。
[0021]S2：将磨料放入造粒机进行制粒；优选的，球料粒径为5~25mm。
[0022]S3：将球料放入烧成窑内高温烧制，得到初步产品；优选的，控制烧成窑中烧成段最高温度为900~1000℃，烧成时间为20min
‑
100min。
[0023]S4：对产品进行筛选，筛分直径为5~25mm，分成筛上物和筛下物，其中筛上物作为轻集料产品，筛下物作为生产原料，集中存放备用；S5：将提铝后的二次铝灰和/或筛下物不经洗涤，直接与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二次铝灰安全控制系统，其特征在于，所述系统包括：检测模块：用于对待处理二次铝灰进行成分检测或将已有样品检测结果进行整理，以得到物料中AlN的质量分数，Al的质量分数，Al4C3的质量分数的具体数值；给料模块：用于对经过检测模块处理后的二次铝灰进行称重，并送入真空反应设备，记二次铝灰物料的总重量为，给料模块还用于将水送入真空反应设备；下料模块：用于将物料排出真空反应设备；真空模块：用于提供反应场所并控制反应条件，包括真空反应设备及其控制软件，控制软件包括参数设置单元、定时单元、空气量计算单元和真空处理单元，其中参数设置单元用于输入的具体数值；定时单元用于设定二次铝灰在真空反应设备中的反应时间t；空气量计算单元用于根据参数设置单元和定时单元的具体输入值来计算反应过程中反应设备所需通入的最佳空气进入量；真空处理单元用于根据的计算结果来控制真空反应设备的真空度，通过动态地控制通入真空反应设备中的氮气量来使设备的真空度保持恒定，同时使氧气值含量低于5.4%；其中空气量计算单元采用的函数关系式如下：其中表示时间微分，A、B、C为相应组份的权重参数，且 A∈[2.000，4.000]、B∈[25.000，30.000]、C∈[5.000,10.000]。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述函数关系式中的A=2.869，B=29.867，C=8.867。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，定时模块根据不同批次的物料及相应工艺条件的不同，将反应时间t限定在30~120min的范围中。4.一种二次铝灰资源化工艺，其特征在于，先将二次铝灰用权利要求1
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3任一项所述的控制系统处理，再通过如下步骤处理：S1、二次铝灰过筛提铝后与粘土、烧结助剂混合后送入球磨机进行球磨；S2、将上一步得到的混合物料放入造粒机进行制粒，得到球料；S3、将上一步得到的球料放入烧成窑内高温烧制，得到初级产品；S4、对初级产品进行筛选，将筛上物作为轻集料成品，将筛下物收集作为生产原料；
S5、将提铝后的二次铝灰或筛下物不经洗涤直接与粘土、矿渣、发泡剂、抑制剂定量混合后送入球磨机球磨，得到浆料；S6、通过喷雾制粉后得到粉料，再装入窑车模具内；S7、将窑车放入烧成窑中进行烧制，得到发泡陶瓷半成品；S8、对发...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄强，卢丰玉，黄治齐，
申请(专利权)人：湖南国发控股有限公司，
类型：发明
国别省市：