一种铝灰渣电磁回转窑低温氧化焙烧除碳工艺的制作方法

本发明涉及铝灰渣除碳，具体涉及一种铝灰渣电磁回转窑低温氧化焙烧除碳工艺。

背景技术：

1、铝灰是铝电解、再生铝冶炼过程产生的大宗危险固废，其富含金属铝、氧化铝、氟化物等有价组分，经提纯脱杂后可回用于铝电解、氟盐制备等工序，是铝工业固废资源化循环利用的核心物料。碳质杂质是制约铝灰高值回用的关键限制因子，残碳超标会直接造成电解槽电解质电阻增大、电流效率下降、阳极效应频发，行业普遍要求回用级铝灰残余碳含量≤0.5%。

2、当前铝灰脱碳多采用传统燃煤回转窑高温焙烧、浮选及酸浸工艺。高温焙烧法普遍存在温度场分布不均、温控精度差的问题，常规温差可达±100℃以上，易导致金属铝过度氧化烧损、氟化物大量挥发，且焙烧时长超3h，能耗高、尾气治理压力大；浮选法仅能脱除物料表层游离碳，无法去除被铝相、盐相包裹的结合碳，除碳深度不足、合格率偏低；酸浸法药剂耗量大、高盐酸性废水产出多，环保治理成本高昂，且易造成铝、氟等有价组分溶解流失，物料回收率低。

3、申请人前期针对冰晶石除碳需求，开发冰晶石电磁回转窑低温氧化焙烧除碳工艺，但直接转用于铝灰时，因铝灰中含大量aln、金属铝及氯盐，会出现aln水解致局部ph骤升、成膜前驱体崩解、钝化膜开裂脱落等问题，除碳稳定性差；且酸性喷淋液与金属铝反应析氢、aln水解产氨，存在可燃气体积聚的安全风险，同时铝氧化烧损等问题也未得到有效解决，无法满足工业化稳定生产要求。

4、基于此，本发明设计了一种铝灰渣电磁回转窑低温氧化焙烧除碳工艺以解决上述问题。

技术实现思路

1、针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种铝灰渣电磁回转窑低温氧化焙烧除碳工艺，包括以下步骤：

2、先制备铝灰渣钝化组合液，将待处理铝灰渣破碎筛分后喷淋所述铝灰渣钝化组合液进行钝化预处理；预处理后的物料送入电磁回转窑，经两段阶梯升温预热后，在600-620℃、氧体积分数8-12%的弱氧化气氛中完成氧化焙烧；焙烧产物冷却后出料，焙烧尾气经净化后达标排放。

3、更进一步的，所述铝灰渣钝化组合液包含改性缓冲浓缩液，所述改性缓冲浓缩液通过以下方式制备：按重量份计，称取4-6份羟丙基-β-环糊精、1-2份邻苯二甲酸氢钾与20-30份去离子水；常温下将羟丙基-β-环糊精搅拌至完全溶解，分2-3次加入邻苯二甲酸氢钾，调节体系ph至3.5-4.0；投料完成后升温至45-50℃搅拌反应1.5-2.5h，静置陈化0.5-1.5h后，在-0.095至-0.085mpa、温度≤65℃条件下减压浓缩至原体积的1/3-1/2，得到改性缓冲浓缩液。

4、更进一步的，所述铝灰渣钝化组合液包含渗透液，所述渗透液通过以下方式制备：按重量份计，称取7.5-9.5份40-60目干燥玉米芯粉、2-4份碳酸钠、1-3份双氧水、1.3-1.8份柠檬酸钠与80-90份去离子水；将碳酸钠溶于水中搅拌至完全溶解，升温至70-85℃后投入玉米芯粉，搅拌提取1.5-2.5h后过滤取澄清滤液；将滤液降温至60-70℃，投入柠檬酸钠搅拌15-20min，在-0.095至-0.085mpa条件下减压浓缩至原体积的1/4-1/3，得到渗透液。

5、更进一步的，所述铝灰渣钝化组合液包含复配母液，所述复配母液通过以下方式制备：按重量份计，称取6-8份氟化氢铵、1.5-2.5份所述渗透液、0.1-0.3份氟化镁、0.02-0.05份钼酸钠与10-15份去离子水；常温下先投入总量1/3的氟化氢铵搅拌溶解，加入氟化镁后以120-200r/min转速分散10-15min；将渗透液预稀释后分2-3次加入，调节体系ph≥3.0；投入钼酸钠搅拌5-10min后，在≤35℃下分3-4次加入剩余氟化氢铵，继续搅拌20-30min，密闭静置陈化1.5-2.5h，得到复配母液。

6、更进一步的，所述铝灰渣钝化组合液包含复配母液，所述复配母液通过以下方式制备：按重量份计，称取6-8份氟化氢铵、1.5-2.5份所述渗透液、0.1-0.3份氟化镁、0.02-0.05份钼酸钠与10-15份去离子水；常温下先投入总量1/3的氟化氢铵搅拌溶解，加入氟化镁后以120-200r/min转速分散10-15min；将渗透液预稀释后分2-3次加入，调节体系ph≥3.0；投入钼酸钠搅拌5-10min后，在≤35℃下分3-4次加入剩余氟化氢铵，继续搅拌20-30min，密闭静置陈化1.5-2.5h，得到复配母液。

7、更进一步的，所述钝化预处理的具体过程为：将待处理铝灰渣依次经粗碎、细碎处理，筛分得到粒径为2-5mm的颗粒物料；将颗粒物料送入40-50℃喷淋滚筒，雾化喷淋占颗粒物料质量1-3%的铝灰渣钝化组合液；喷淋全程维持微负压，产生的气体经引风送入回转窑高温段焚烧处理，喷淋完成后静置3-5min再转入电磁回转窑。

8、更进一步的，所述两段阶梯升温预热与氧化焙烧的具体参数为：预热阶段采用低频电磁加热阶梯升温，先在280-300℃下保温10-15min，再升温至380-400℃保温10-15min，同步通入余热回收空气，维持窑内氧体积分数12-15%；预热完成后升温至600-620℃，注入180-200℃余热回收空气，维持窑内氧体积分数8-12%的弱氧化气氛，控制窑尾负压-40至-20pa、窑尾烟气温度280-320℃，在0.8-1.2r/min转速下焙烧2-2.5h。

9、更进一步的，焙烧产物送入水冷螺旋冷却机快速冷却至100℃以下出料；焙烧尾气依次经二次燃烧室高温焚烧、干法脱氟床净化处理后达标排放。

10、本发明相较于现有技术，其有益效果为：

11、1、本工艺通过渗透成膜协同定向氧化，既借助渗透型钝化液深入颗粒孔隙，破解了被铝相、盐相包裹的结合碳难以脱除的难题，可将铝灰渣残碳稳定降至0.5%以下；又通过致密钝化膜阻隔氧气与金属铝、氟化物的接触，大幅抑制焙烧过程中的铝氧化烧损与氟化物挥发，物料回收率可达95%以上，铝、氟有价组分高度保留，解决了传统工艺中除碳则铝损加剧、保铝则除碳不足的问题。同时工艺可同步脱除氮化铝杂质，消除了物料后续回用过程中的水解涨罐、ph骤升等风险。

12、2、本发明采用电磁回转窑加热方式，温控精度远优于传统燃煤回转窑，配合阶梯预热制度与600-620℃的弱氧化低温焙烧参数，相较传统高温焙烧工艺大幅降低能耗、缩短焙烧时长。引入的改性缓冲组分可有效抵消氮化铝水解导致的局部碱度骤升，避免钝化膜前驱体崩解、膜层开裂脱落，同时消除了酸性喷淋液与金属铝反应析氢、氮化铝水解产氨的可燃气体积聚风险，还能缓解窑内盐类挥发结圈问题。

13、3、本发明中喷淋工序产生的少量废气直接引入回转窑高温段焚烧处置，焙烧尾气经二次燃烧室高温焚烧+干法脱氟床净化后达标排放，全流程无高盐酸性废水产出，相较传统酸浸脱碳工艺大幅降低药剂消耗与环保治理成本。脱碳净化后的铝灰渣可直接回用于铝电解、氟盐制备等工业工序，实现大宗危险固废的减量化、无害化与高值化利用，在降低企业危废处置成本的同时，具备显著的资源循环价值与环境效益。