一种二次铝灰资源化处置药剂及其应用方法与流程

1.本发明涉及铝灰再利用技术领域，具体涉及一种二次铝灰资源化处置药剂及其应用方法。


背景技术：

2.我国每年产生的铝灰已超过200万吨，铝灰被定义为危险废物后，传统的粗放式处理方式已不可行。当前，我国对铝灰的处理主要集中在金属铝的回收，与国外相比仍处于起步阶段，特别是对于二次铝灰至今尚缺乏先进，成熟，高效的处理技术。由于二次铝灰金属铝铝含量低，杂质成分复杂，处理成本高，综合利用困难，现阶段的处置方式存在巨大的环境风险，急需规范化的管理和处置。然而，由于此前企业对此关注较少，加上国内处理处置能力还没有完全配套，铝灰渣处理处置面临诸多问题，给企业和监管部门带来不小的挑战。
3.铝灰主要成分为金属铝和铝氧化物，其中金属铝含量可达10-70％。铝灰按照处理程度的不同可分为一次铝灰和二次铝灰。当前，我国对一次铝灰的处理主要集中在金属铝的回收，二次铝灰作为一次铝灰提铝后的剩余物，对二次铝灰通常采用无害化处理，缺乏有效的资源回收利用，极易污染环境。
4.传统二次铝灰采用火法处置，能耗高，产品利用价值低。传统的二次铝灰用作水泥的材料，或火法处置铝灰，能耗大，产生二次烟气污染环境，资源化利用低，设备投资大，产生烟气容易形成二次污染等。
5.二次铝灰除含有氧化铝之外，还含有氮化铝、氟化物等有毒有害物质，根据名列国家危险废物名录(2021年版)，二次铝灰是一种危险废弃物。目前国内对二次铝灰的无害化处理、资源化处置模式尚未普及，技术研宄方面也有所欠缺，很多企业仍是以堆存或填埋的方式处理二次铝灰，既浪费了资源，又污染了环境，与当今绿色发展的理念极不相称。且堆存的二次铝灰遇水会产生反应，释放氨气和氢气，造成空气污染，受潮受热容易引起火灾；可溶性氟化物遇水易造成水污染等。
6.为了实现二次铝灰的可持续资源化利用，工业企业需要对铝灰和铝渣进行进一步的提炼工艺，目前采用对铝灰内添加相应的催化添加剂促进铝灰产生氨气，再将氨气送入分解炉中高温催化分解产生氢气进行回收利用，是一种流程短、污染小、易于产业化、处理成本低的二次铝灰资源化处置手段，能够有效分解铝灰中氮化铝。
7.申请号为201710634163.9的专利文献中公开了一种高效铝灰中aln水解回收利用工艺及其装置、申请号为201810373362.3的专利文献中公开了一种铝灰氨气资源化回收利用装置、申请号为201710893673.8的专利文献中公开了一种调压-水热旋流工艺强化铝灰脱氮的方法，以上公开的方案都是采用湿法工艺处理氮化铝，尽管可以做到氨气的吸收和处理，但是由于常温下氮化铝水解速度慢，因此处理过程对环境持续影响时间长，危害大，且产生的氨水浓度低，不能直接作为产品销售使用。
8.专利号为zl 201510808471.x的专利文献中公开了一种铝灰综合利用处理方法，其中公开了氮化铝的催化水解技术，即通过加入催化剂进行催化脱氨，可以快速分解产生
氨气，可有效解决铝灰脱氨处理过程长对环境持续影响的问题。专利号为zl 201811279802.5的专利文献中公开了一种安全无害化处理铝灰的方法，采用多段分解氮化铝，即通过一次脱氨处理、制浆再脱氨、催化脱氨的步骤，使铝灰中的氮化铝分阶段进行分解产生氨气，使氨气释放平稳缓和。但是这些方法都需要分多个步骤加入原料，不具备固氟的功能，需要后续进行深加工才能解除可溶性氟化物的影响，而深加工则需要较大的设备投资、更多的加工流程，不利于广泛的推广。


技术实现要素：

9.针对上述问题，本发明的首要目的是提供一种二次铝灰资源化处置药剂，实现二次铝灰的高效率脱氮固氟，提高氨气生成效率，彻底分解二次铝灰中的氮化铝，并将可溶性氟化物进行固化，同时实现氨气、氢气的回收利用。
10.一种二次铝灰资源化处置药剂，包括碳酸钠、碳酸氢钠、熟石灰、氯化钠、硝酸钠、碳酸肼。
11.优选地，所述二次铝灰资源化处置药剂还包括生石灰。
12.优选地，所述二次铝灰资源化处置药剂还包括有机胺。
13.优选地，所述有机胺为三乙醇胺、二异丙醇胺、二甲基乙酰胺、聚丙烯酰胺的一种或多种。
14.优选地，所述二次铝灰资源化处置药剂按重量百分比计，包括1％-10％的碳酸钠、0.1％-10％的碳酸氢钠、5％-20％的熟石灰、0.5％-2％的生石灰、1％-10％的氯化钠、0.5％-5％的硝酸钠、0.5％-2％的碳酸肼、0.1％-2％的有机胺，余量为水。
15.更优选地，所述二次铝灰资源化处置药剂按重量百分比计，包括5％的碳酸钠、5％的碳酸氢钠、15％的熟石灰、1.5％的生石灰、6％的氯化钠、3％的硝酸钠、1.5％的碳酸肼、1.5％的有机胺，余量为水。
16.具体地，上述药剂提供了大量的na

，ca
2
，h

，co
32-，hco
3-，oh-，cl-，no
3-等，游离离子的增加有利于降低活化能，促进氮化铝与水的反应，药剂形成的碱性条件有利于氨气的生成与释放；且ca
2
能够与游离的2f

反应生产caf2沉淀物，实现可溶性氟化物的固氟；oh-能够使得铜、铁离子生成沉淀，co
32-能够使得多余的ca
2
生成沉淀；碳酸肼有利于还原部分难溶金属，有机胺有利于重金属的螯合，便于重金属的脱除处理。
17.一种二次铝灰资源化处置药剂的制备方法：将配方中的各原料充分混合即可形成所述二次铝灰资源化处置药剂。
18.一种二次铝灰资源化处置药剂的应用方法：将所述二次铝灰资源化处置药剂添加到二次铝灰中，并对反应产生的气体进行收集。
19.优选地，将二次铝灰加入到设有气体回收装置的旋转反应器，再加入所述二次铝灰资源化处置药剂，使二次铝灰与所述二次铝灰资源化处置药剂在运行的旋转反应器中发生反应，并通过气体回收装置对反应产生的气体进行收集。
20.优选地，所述二次铝灰资源化处置药剂的用量为铝灰干重的0.5～50％。
21.优选地，反应条件为常温常压。
22.更优选地，反应温度为20～80℃，反应时间为20～120min。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.1、本发明处置方法操作过程简单，通过药剂催化反应有效提高了氨气的生成效率，氮化铝分解率可在20～120min达到99％以上，同时对可溶性氟化物进行了有效固氟处理，且不会造成新的环境污染，符合产业发展的政策。
25.2、本发明通过常温常压下的湿法工艺对二次铝灰进行无害化的脱氨固氟处理，流程简单，对处置设备的要求较低；药剂原料廉价易得，处置成本较低；常温常压即可处置，生产能耗较低；可以使工业企业在较低成本解决二次铝灰中氮化铝、可溶性氟化物的无害化处理，大幅降低了铝灰处理难度与处理成本，有效避免了铝灰堆放对地下水、土壤的污染。
26.3、本发明通过药剂处置产生的气体主要为氨气、氢气、水蒸气，该气体可以进一步干燥、分解成氢气，生成的氢气纯度较高，可以符合工业使用需求，避免了二次烟气污染的同时，在较低成本的前提下有效实现了二次铝灰资源再利用，具有良好的经济效益和社会效益。
27.4、本发明药剂中各组分起到了协同催化的作用，有效促进了氨气的生成效率，同时可有效减少释放氨气被反应体系中的水吸收，促进了氨气的释放，为后续的处置工艺提供便利。
28.5、本发明通过药剂处置的方式，在较低的成本、较短的流程快速实现了脱氮、固氟、脱金属，以及氨气、氢气的回收利用，在对废铝灰进行资源化处理的同时，既减少了废铝灰造成的环境污染、改善周边地区的环境治理，又为废弃物—废铝灰的资源化利用开辟了一种合理有效的途径。因而，本发明具有显著的经济效益和社会效益。
具体实施方式
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
30.实施例1：
31.一种二次铝灰资源化处置药剂，按重量百分比计，包括5％的碳酸钠、5％的碳酸氢钠、15％的熟石灰、1.5％的生石灰、6％的氯化钠、3％的硝酸钠、1.5％的碳酸肼、1.5％的有机胺，余量为水。
32.具体的，所述有机胺为三乙醇胺、二异丙醇胺的组合物，重量比为1:1。
33.一种二次铝灰资源化处置药剂的制备方法：将配方中的各原料充分混合即可形成所述二次铝灰资源化处置药剂。
34.一种二次铝灰资源化处置药剂的应用方法：包括如下步骤：
35.(1)将二次铝灰加入到设有气体回收装置的旋转反应器；
36.(2)在旋转反应器中加入所述二次铝灰资源化处置药剂，所述二次铝灰资源化处置药剂的用量为铝灰干重的5％；
37.(3)启动旋转反应器，使二次铝灰与所述二次铝灰资源化处置药剂在运行的旋转反应器中发生反应，反应温度为60～80℃，常压，反应时间为100min；同时通过气体回收装置对反应产生的气体进行收集。
38.经测试，实施例1中药剂处置后的二次铝灰中，氮化铝残余量≤0.5％，可溶性氟化物未测出。
39.实施例2：
40.一种二次铝灰资源化处置药剂，按重量百分比计，包括8％的碳酸钠、8％的碳酸氢钠、16％的熟石灰、8％的氯化钠、4％的硝酸钠、2％的碳酸肼、余量为水。
41.具体的，有机胺为聚丙烯酰胺。
42.一种二次铝灰资源化处置药剂的制备方法：将配方中的各原料充分混合即可形成所述二次铝灰资源化处置药剂。
43.一种二次铝灰资源化处置药剂的应用方法：包括如下步骤：
44.(1)将二次铝灰加入到设有气体回收装置的旋转反应器；
45.(2)在旋转反应器中加入所述二次铝灰资源化处置药剂，所述二次铝灰资源化处置药剂的用量为铝灰干重的50％；
46.(3)启动旋转反应器，使二次铝灰与所述二次铝灰资源化处置药剂在运行的旋转反应器中发生反应，反应温度为80℃，常压，反应时间为20min；同时通过气体回收装置对反应产生的气体进行收集。
47.经测试，实施例2中药剂处置后的二次铝灰中，氮化铝残余量≤1％，可溶性氟化物未测出。
48.实施例3：
49.一种二次铝灰资源化处置药剂，按重量百分比计，包括7％的碳酸钠、7％的碳酸氢钠、15％的熟石灰、1.5％的生石灰、5％的氯化钠、3％的硝酸钠、1.5％的碳酸肼、1.5％的有机胺，余量为水。
50.具体地，所述有机胺为三乙醇胺、二异丙醇胺、二甲基乙酰胺、聚丙烯酰胺的一种或多种。
51.一种二次铝灰资源化处置药剂的制备方法：将配方中的各原料充分混合即可形成所述二次铝灰资源化处置药剂。
52.一种二次铝灰资源化处置药剂的应用方法：包括如下步骤：
53.(1)将二次铝灰加入到设有气体回收装置的旋转反应器；
54.(2)在旋转反应器中加入所述二次铝灰资源化处置药剂，所述二次铝灰资源化处置药剂的用量为铝灰干重的0.5～50％；
55.(3)启动旋转反应器，使二次铝灰与所述二次铝灰资源化处置药剂在运行的旋转反应器中发生反应，反应温度为20～80℃，常压，反应时间为20～120min；同时通过气体回收装置对反应产生的气体进行收集。
56.实施例4：
57.本实施例4与实施例3的不同之处仅在于：
58.一种二次铝灰资源化处置药剂，按重量百分比计，包括1％的碳酸钠、10％的碳酸氢钠、20％的熟石灰、0.5％的生石灰、1％的氯化钠、0.5％的硝酸钠、0.5％的碳酸肼、0.1％的有机胺，余量为水。
59.实施例5：
60.本实施例5与实施例3的不同之处仅在于：
61.一种二次铝灰资源化处置药剂，按重量百分比计，包括10％的碳酸钠、0.1％的碳酸氢钠、5％的熟石灰、2％的生石灰、10％的氯化钠、5％的硝酸钠、2％的碳酸肼、2％的有机
胺，余量为水。
62.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、组合、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。