一种电解铝铝灰资源化利用的方法

摘要

本发明涉及一种电解铝铝灰资源化利用的方法，属于电解铝回收技术领域。本发明首先利用水溶解球磨后的铝灰中熔盐，并使铝灰中的氮化铝与水反应生成氢氧化铝沉淀，经过滤后回收1号滤液，并将滤饼加压，经瞬间泄压，使铝灰得以爆破细化，并配合冷冻、解冻循环进一步细化，再用硫酸溶液浸提铝灰，利用活性炭吸附碳酸氢铵与硫酸铝反应生成的碳酸铝铵沉淀，过滤回收3号滤液，将滤饼烘干后煅烧，再将1号滤液与3号滤液合并，经浓缩后蒸发结晶，得到混合晶体，作为农作物氮肥回收利用。本发明回收利用过程能耗低，铝元素回收率高，且回收利用过程产生的副产物可作为氮肥使用，综合利用价值高，解决了铝灰的无害化处理难题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电解铝铝灰资源化利用的方法，属于电解铝回收技术领域。

背景技术

铝灰产生于所有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使用过程中总损失量的1～12%，主要分为两种：一种是一次铝灰，在电解原铝及铸造等不添加盐熔剂过程中产生浮渣，是一种主要成分为金属铝和铝氧化物的混合物，铝含量可达15～70%；另一种是二次铝灰，经盐浴处理回收一次铝灰或铝合金精炼产生的NaCl、KCl、氟化物、氧化铝和铝的混合物，铝含量较一次铝灰低。铝灰是一种可再生的资源，但一直没得到足够的重视，成为破坏环境的一个因素，随着经济的发展，废铝灰积蓄量的逐年大幅度增加，如果不寻找经济有效、环保的方法加以处理，将越来越突显其对环境的严重威胁。

目前常用的从铝灰中提取金属铝的方法主要有压榨法、回转炉法、冷灰粉碎分离法、人工炒灰等，这些方法能够将铝灰中一部分金属铝回收，但是回收率较低，仅能达到90%左右，金属铝浪费大，且其剩余的铝灰还要经过其他方法进行处理，整个处理过程时间长、工艺复杂，需要大量人工，对环境也有一定的破坏性。因此，研究一种高效、节能、环保的铝灰资源化处理工艺是极有必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对传统电解铝厂铝灰资源化利用过程中铝回收率低，金属铝浪费大，且能源消耗和浪费大，不利于电解铝工业的可持续发展的问题，提供了一种电解铝铝灰资源化利用的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）称取600～800g电解铝厂铝灰，球磨后倒入2～4L水中，恒温搅拌反应3～5h，待恒温搅拌反应结束，过滤，得滤液和水浸铝灰滤饼，将滤液标记为1号滤液得以回收，再将水浸铝灰滤饼转入盛有300～400mL去离子水的不锈钢反应釜，再将反应釜密封，加热升温，保压反应后，打开反应釜底部出料阀，使反应釜中物料喷射进入接收釜；

（2）待接收釜中物料自然冷却至室温，将接收釜中物料均匀平铺于托盘中，用液氮喷淋冷冻15～30s后，微波解冻3～5min，如此冷冻、解冻循环6～8次，得预处理铝灰湿料，称取100～200g预处理铝灰湿料，倒入2～4L质量分数为20～30%硫酸溶液中，恒温搅拌反应2～4h，过滤，得2号滤液；

（3）量取600～800mL2号滤液，在搅拌状态下，向2号滤液中滴加质量分数为20～30%碳酸氢铵溶液，直至不再产生更多沉淀，继续搅拌反应20～40min，过滤，得3号滤液和混合物滤渣，再将所得混合物滤渣干燥至恒重，得干燥滤渣，将所得干燥滤渣转入马弗炉，保温煅烧后出料，回收得到氧化铝；

（4）合并1号滤液及3号滤液，并将合并后的滤液旋蒸浓缩，得浓缩液，再将所得浓缩液经蒸发结晶得到富含硫酸铵的晶体，作为农作物氮肥回收利用。

步骤（1）所述的保压反应条件为：反应压力为2.6～3.2MPa，保压时间为20～30s。

步骤（1）所述的接收釜通过管道与反应釜底部出料阀相连。

步骤（3）所述的2号滤液中还可以添加100～120g粉碎至325～500目的活性炭粉。

步骤（3）所述的煅烧条件为：以10～15℃/min速率程序升温至600～800℃，保温煅烧3～5h，随炉冷却至室温。

步骤（4）所述的旋蒸浓缩条件为：旋蒸浓缩温度为75～80℃，旋蒸浓缩时间为60～80min。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明首先将铝灰球磨细化，再利用水溶解铝灰中的水溶性熔盐，使铝灰中氮化铝与水反应，生成氢氧化铝沉淀，经过滤后分别回收1号滤液及水浸铝灰滤饼，将水浸铝灰滤饼加压，使水蒸汽渗透进入铝灰孔隙内部，并冷凝成水滴，冷凝后的水滴可进一步与内部未反应的氮化铝进一步反应，生成氢氧化铝，再经瞬间泄压，水滴气化，形成水蒸汽溢出，使铝灰膨胀碎裂而得以细化；

（2）本发明利用冷冻解冻循环，在解冻过程中，水分逐渐渗透进入铝灰孔隙中，在冷冻过程中，水分结冰体积膨胀，拓宽孔隙，使水分进一步渗透进入孔隙中，经多次冷冻解冻，铝灰因孔隙扩大开裂而进一步细化，铝灰中可回收成分进一步暴露；

（3）本发明通过添加活性炭，在反应体系中，碳酸氢铵与硫酸铝一旦发生反应，形成碳酸铝铵沉淀，即被活性炭吸附，避免产生的碳酸铝铵晶体团聚，在煅烧过程中，活性炭内核可通过煅烧得以去除，而碳酸铝铵晶体分解，生成分散性能优异的超细氧化铝。

具体实施方式

首先称取600～800g电解铝厂铝灰，倒入球磨机中，按球料质量比为10:1～20:1加入氧化锆球磨珠，球磨混合3～5h，得球磨铝灰料，并将所得球磨铝灰料倒入盛有2～4L水的烧杯中，再将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为85～90℃，转速为600～800r/min条件下，恒温搅拌反应3～5h；待恒温搅拌反应结束，将烧杯中物料过滤，得滤液和水浸铝灰滤饼，将滤液标记为1号滤液得以回收，再将水浸铝灰滤饼转入盛有300～400mL去离子水的不锈钢反应釜，再将反应釜密封，加热升温直至反应釜内压力达2.6～3.2MPa，保压20～30s后，打开反应釜底部出料阀，使反应釜中物料喷射进入接收釜；待接收釜中物料自然冷却至室温，将接收釜中物料均匀平铺于托盘中，用液氮喷淋冷冻15～30s后，将托盘移至微波加热器中，于微波功率为300～400W条件下，微波解冻3～5min，如此冷冻、解冻循环6～8次，得预处理铝灰湿料；称取100～200g所得预处理铝灰湿料，倒入盛有2～4L质量分数为20～30%硫酸溶液的烧杯中，再将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为75～80℃，转速为300～500r/min条件下，恒温搅拌反应2～4h，再将烧杯中物料过滤，得2号滤液；量取600～800mL2号滤液，倒入带搅拌器的三口烧瓶中，再向三口烧瓶中加入100～120g粉碎至325～500目的活性炭粉，调节搅拌转速至400～600r/min，在搅拌状态下，通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加质量分数为20～30%碳酸氢铵溶液，直至不再产生更多沉淀，继续搅拌反应20～40min，再将三口烧瓶中物料过滤，得3号滤液和混合物滤渣，再将所得混合物滤渣转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤渣；将所得干燥滤渣转入马弗炉，以10～15℃/min速率程序升温至600～800℃，保温煅烧3～5h，随炉冷却至室温，出料，回收得到氧化铝；合并1号滤液及3号滤液，并将合并后的滤液转入旋转蒸发仪，于温度为75～80℃条件下旋蒸浓缩60～80min，得浓缩液，再将所得浓缩液经蒸发结晶得到富含硫酸铵的晶体，作为农作物氮肥回收利用。

实例1

首先称取800g电解铝厂铝灰含铝量19.6%，倒入球磨机中，按球料质量比为20:1加入氧化锆球磨珠，球磨混合5h，得球磨铝灰料，并将所得球磨铝灰料倒入盛有4L水的烧杯中，再将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为90℃，转速为800r/min条件下，恒温搅拌反应5h；待恒温搅拌反应结束，将烧杯中物料过滤，得滤液和水浸铝灰滤饼，将滤液标记为1号滤液得以回收，再将水浸铝灰滤饼转入盛有400mL去离子水的不锈钢反应釜，再将反应釜密封，加热升温直至反应釜内压力达3.2MPa，保压30s后，打开反应釜底部出料阀，使反应釜中物料喷射进入接收釜；待接收釜中物料自然冷却至室温，将接收釜中物料均匀平铺于托盘中，用液氮喷淋冷冻30s后，将托盘移至微波加热器中，于微波功率为400W条件下，微波解冻5min，如此冷冻、解冻循环8次，得预处理铝灰湿料；称取200g所得预处理铝灰湿料，倒入盛有4L质量分数为30%硫酸溶液的烧杯中，再将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为80℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌反应4h，再将烧杯中物料过滤，得2号滤液；量取800mL2号滤液，倒入带搅拌器的三口烧瓶中，再向三口烧瓶中加入120g粉碎至500目的活性炭粉，调节搅拌转速至600r/min，在搅拌状态下，通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加质量分数为30%碳酸氢铵溶液，直至不再产生更多沉淀，继续搅拌反应40min，再将三口烧瓶中物料过滤，得3号滤液和混合物滤渣，再将所得混合物滤渣转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤渣；将所得干燥滤渣转入马弗炉，以15℃/min速率程序升温至800℃，保温煅烧5h，随炉冷却至室温，出料，回收得到氧化铝；合并1号滤液及3号滤液，并将合并后的滤液转入旋转蒸发仪，于温度为80℃条件下旋蒸浓缩80min，得浓缩液，再将所得浓缩液经蒸发结晶得到富含硫酸铵的晶体，作为农作物氮肥回收利用。

对回收物进行计量称重，回收金属铝130.34g，铝元素回收率达到95%，回收得到的氧化铝纯度可达99.8%，氧化铝颗粒粒径较小，为60nm，且副产物可作为氮肥使用，副产物氮肥中，氮元素回收率可达73%，综合利用价值高。

实例2

首先称取600g电解铝厂铝灰含铝量为18.5%，倒入球磨机中，按球料质量比为10:1加入氧化锆球磨珠，球磨混合3h，得球磨铝灰料，并将所得球磨铝灰料倒入盛有2L水的烧杯中，再将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为85℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌反应3h；待恒温搅拌反应结束，将烧杯中物料过滤，得滤液和水浸铝灰滤饼，将滤液标记为1号滤液得以回收，再将水浸铝灰滤饼转入盛有300mL去离子水的不锈钢反应釜，再将反应釜密封，加热升温直至反应釜内压力达2.6MPa，保压20s后，打开反应釜底部出料阀，使反应釜中物料喷射进入接收釜；待接收釜中物料自然冷却至室温，将接收釜中物料均匀平铺于托盘中，用液氮喷淋冷冻15s后，将托盘移至微波加热器中，于微波功率为300W条件下，微波解冻3min，如此冷冻、解冻循环6次，得预处理铝灰湿料；称取100g所得预处理铝灰湿料，倒入盛有2L质量分数为20%硫酸溶液的烧杯中，再将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为75℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌反应2h，再将烧杯中物料过滤，得2号滤液；量取600mL2号滤液，倒入带搅拌器的三口烧瓶中，调节搅拌转速至400r/min，在搅拌状态下，通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加质量分数为20%碳酸氢铵溶液，直至不再产生更多沉淀，继续搅拌反应20min，再将三口烧瓶中物料过滤，得3号滤液和混合物滤渣，再将所得混合物滤渣转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，得干燥滤渣；将所得干燥滤渣转入马弗炉，以10℃/min速率程序升温至600℃，保温煅烧3h，随炉冷却至室温，出料，回收得到氧化铝；合并1号滤液及3号滤液，并将合并后的滤液转入旋转蒸发仪，于温度为75℃条件下旋蒸浓缩60min，得浓缩液，再将所得浓缩液经蒸发结晶得到富含硫酸铵的晶体，作为农作物氮肥回收利用。

对回收物进行计量称重，回收金属铝103.23g，铝元素回收率达到93%，回收得到的氧化铝纯度可达99.8%，氧化铝颗粒粒径较小，为50nm，且副产物可作为氮肥使用，副产物氮肥中，氮元素回收率可达72%，综合利用价值高。

实例3

首先称取700g电解铝厂铝灰含铝量为15.2%，倒入球磨机中，按球料质量比为15:1加入氧化锆球磨珠，球磨混合4h，得球磨铝灰料，并将所得球磨铝灰料倒入盛有3L水的烧杯中，再将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为87℃，转速为700r/min条件下，恒温搅拌反应4h；待恒温搅拌反应结束，将烧杯中物料过滤，得滤液和水浸铝灰滤饼，将滤液标记为1号滤液得以回收，再将水浸铝灰滤饼转入盛有350mL去离子水的不锈钢反应釜，再将反应釜密封，加热升温直至反应釜内压力达3.1MPa，保压25s后，打开反应釜底部出料阀，使反应釜中物料喷射进入接收釜；待接收釜中物料自然冷却至室温，将接收釜中物料均匀平铺于托盘中，用液氮喷淋冷冻20s后，将托盘移至微波加热器中，于微波功率为350W条件下，微波解冻4min，如此冷冻、解冻循环7次，得预处理铝灰湿料；称取150g所得预处理铝灰湿料，倒入盛有3L质量分数为25%硫酸溶液的烧杯中，再将烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为77℃，转速为400r/min条件下，恒温搅拌反应3h，再将烧杯中物料过滤，得2号滤液；量取700mL2号滤液，倒入带搅拌器的三口烧瓶中，调节搅拌转速至500r/min，在搅拌状态下，通过滴液漏斗向三口烧瓶中滴加质量分数为25%碳酸氢铵溶液，直至不再产生更多沉淀，继续搅拌反应30min，再将三口烧瓶中物料过滤，得3号滤液和混合物滤渣，再将所得混合物滤渣转入烘箱中，于温度为107℃条件下干燥至恒重，得干燥滤渣；将所得干燥滤渣转入马弗炉，以12℃/min速率程序升温至700℃，保温煅烧4h，随炉冷却至室温，出料，回收得到氧化铝；合并1号滤液及3号滤液，并将合并后的滤液转入旋转蒸发仪，于温度为77℃条件下旋蒸浓缩70min，得浓缩液，再将所得浓缩液经蒸发结晶得到富含硫酸铵的晶体，作为农作物氮肥回收利用。

对回收物进行计量称重，回收金属铝114.3g，铝元素回收率达到94%，同时氧化铝纯度可达99.7%，氧化铝颗粒粒径较小，为40nm，且副产物可作为氮肥使用，副产物氮肥中，氮元素回收率可达71%，综合利用价值高。