湿法二次铝灰无害化资源化处理系统方案

-水解+固氟+除盐+氨处理-

概述

《国家危险废物名录》规定：铝电解过程中电解槽维修及废弃产生的废渣、铝火法冶炼过程中产生的初炼炉渣、铝电解过程中产生的盐渣和浮渣、铝火法冶炼过程中产生的易燃性撇渣四种废渣属于HW48有色金属冶炼废物。因此铝灰的回收及利用对环境保护、资源的有效利用和经济可持续发展具有重要的意义，然而对于目前处理二次铝灰的工艺，缺乏对铝灰中盐溶剂的回收及氮化铝的处理及利用，二次铝灰中氮化铝在潮湿环境中会分解释放氨气，污染环境，但氮化铝是二次铝灰中具有较高利用价值的物质。氮化铝在水中的分解存在一段时间的诱导期，短时间或低温度洗涤铝灰并不能使氮化铝有效的分解。由于目前采用酸直接处理二次铝灰或将二次铝灰用水短时间洗涤后再采用酸处理，这两种方法氮化铝的分解量都很低，对氮化铝的利用困难。二次铝灰中的盐和氮化铝均是一种可用的资源，若不加以回收利用，不仅造成资源浪费，而且会污染环境。二次铝灰无害化处理利用，一方面能回收二次铝灰中盐溶剂和氮元素，降低浸出渣对环境的危害，另一方面能尽量利用二次铝灰中铝元素。

工艺流程示意

注：

业主可根据产业链需要配置。
高铝料用途：耐火材料、精密铸造、水泥、磨料、免烧砖陶瓷、建筑材料、净水剂、铝酸钙原料等。
铝酸钙用途：净水剂、铝酸盐水泥、炼钢除渣剂精炼剂、阻燃剂、填充剂等。

工艺流程简介

原料准备

二次铝灰进入暂存仓待用；催化剂为液体成品，厂外运输直接放入催化剂调配槽待用；将固氟剂通过加料斗加入调配槽，同时泵入定量的新鲜水，调配成固氟剂液待用。

.洗盐固氟除盐

二次铝灰与水打浆后进入水洗机进行洗盐，清洗液经过滤机固液分离后，清液进入固氟槽与加入的固氟剂反应生成氟化钙。铝灰中的可溶性氟离子与CaCl₂生成CaF2 沉淀，从而使铝灰中的氟离子得以去除，成为无氟溶液，反应转化率99.9%以上。经脱氟过滤机过滤后排出氟化钙滤饼，含盐滤液再进行浓缩蒸发结晶、离心机固液分离、干燥机干燥后，得到固体干燥盐，经过干燥过程的盐可以至冶炼厂进行利用。

催化水解及蒸氨

铝灰中的氮元素主要以氮化铝形式存在，因此需要对铝灰进行催化反应脱氮，脱氮工序反应主要是AlN与H₂O接触反应形成氨气。所生成的氨气被水溶液吸收形成氨水，少量氨气从水溶液中逸出而挥发。反应方程式如下：

氮化铝反应：AlN+3H₂O=NH₃↑+Al(OH)₃↓ AlN反应率99.2%

氨蒸发：NH3·H2O=NH3↑+H2O 反应率99.99%

影响氮化铝水解的主要因素为温度，随着温度逐渐升高，催化反应越快。在催化反应的末期，通过蒸汽加热，使其反应充分，反应结束后，氮化铝含量低于0.1%。

铝灰经铝灰打浆槽打浆后，泵送至水解反应釜进行催化水解反应，水解过程采用蒸汽夹套加热，水解反应釜中铝灰中的氮化铝和水反应生成氨气和氢氧化铝。待反应结束后，氮化铝含量低于1%后，水解液自流进水解液暂存槽，由水解液压滤泵泵送至水解液压滤机进行压滤，压滤后的水解滤液进入到蒸氨系统蒸氨。压滤过程完成后湿高铝料用新鲜水进行反洗清洗，清洗后的清洗液暂存至水解渣清洗液暂存槽，由泵送入水解反应釜再次利用。

氨气回收
氨吸收制硫酸铵

水解反应釜蒸发的含氨废气经过冷凝水产生的冷凝液，与脱氟后的水解液一并通入二级蒸氨塔，通过蒸汽加热将溶液中的氨蒸发。蒸发后的氨气进入硫酸铵生成装置通过循环喷淋硫酸吸收制备硫酸铵。少量未吸收的氨气进入到氨气吸收塔利用酸性溶液进行喷淋脱氨，经氨气吸收塔脱氨后的气体进入脱酸塔喷淋吸收尾气达标排放。也可以根据情况进入到干燥装置或煅烧装置进行利用

2NH3+H2SO4 =（NH4）2SO4

氨吸收制氨水

水解反应釜蒸发的含氨废气进入到蒸氨塔，脱氟后的水解液也进入蒸氨塔，通过蒸汽加热将溶液中的氨蒸发，蒸发后的氨气进入氨水生成装置制备氨水，脱氨净化后的尾气达标排放。也可以根据情况进入到干燥装置或煅烧装置进行利用

氨吸收：NH3↑+H2O=NH3·H2O 反应率99.99%

高铝料
压滤清洗后的高铝料可湿态外卖或烘干后外卖，根据下游客户用途需求定。
高铝料焙烧制铝酸钙

水解压滤后高铝料与生石灰/石灰石按照预定比例混合均匀，再将混合料粉末预处理后进入到煅烧窑中进行煅烧，最后将煅烧后的物料热冷却后磨粉筛选得到成品铝酸钙粉。煅烧后的物料冷却过程中进行热回收以便进行节能。

系统优势特点

湿法水解能够将铝灰中的氟离子及可溶性盐分分离出来，相比于火法处理可获得合格的铝灰渣
加热水解满足水解条件，避免常规不加热水解可能出现的现象
液体余热得到回用，能耗较低
系统设备均为常规设备，操作简单，实现了自动运行
系统采用密封结构以及全负压运行，保证了现场无粉尘外泄且保证了现场无异味。
水解过程释放的气体全负压密闭结构内输送，减少了系统气体处理量
氨吸收装置采用逆流多级吸收结构，吸收效率高，动力消耗低。
水解后的铝灰渣根据需要可进行干燥或可深加工成为铝酸钙产品
采用多级除尘，多级洗涤吸收排放达到环保要求。
设备占地面积小，投资少。
公司所提供产品，能够满足CE认证、UL、CSA认证。

成套装置组成简介

本套装置由打浆装置、输送装置、水解装置、过滤装置、蒸氨装置、吸收装置、浓缩装置、控制系统等组成。

主要设备简介

1、打浆槽

打浆槽的采用是工艺中抑制粉尘的重要一环。采用合理的混料器避免粉尘飞扬，确保铝灰粉与浆液快速接触混合，避免了干料堆积现象。
打浆槽的设置，降低了厂房的高度，减少了投资。
打浆槽的设置，利用打浆搅拌器使可溶性盐分快速溶解，有利于洗盐过程的顺利进行。
设置液位控制器，保证了打浆过程的顺利进行。
设有集气装置，保持打浆槽微负压状态，无异味无粉尘外泄。

2、连续洗盐机

连续洗盐机实际上是真空带式抽滤机，利用清水逆流洗涤，减少铝灰渣中的含盐量。
逆流洗盐增加了盐水浓度，减少了浓缩蒸发的蒸汽耗量，减少了系统能耗。
洗盐后的含盐水一部分进入打浆槽进行打浆，一部分去浓缩蒸发。
采用多个真空罐联通并设置液位控制器，保证了洗盐过程的顺利进行。

3、催化水解槽

由于铝灰中的成分不同，水解过程中的温度不稳定，为此设计了本装置。运行中消耗蒸汽极少。
采用伴热式水解，通过液体温度自动控制蒸汽量，保证了水解过程中的温度的稳定性。
足够的容积确保水解时间，使铝灰中大量的氮化铝水解完成。
催化水解的应用，促进了水解过程。催化剂市面上容易购买，价格较低。
全负压密封机构，避免了气体外泄。合理的负压抽吸结构，避免了可燃性气体的集聚，安全性可靠。
合理的搅拌器结构。

4、蒸氨装置

采用逆流双塔结构，保证了蒸氨过程的逆流进行，保证了液体含氨量的降低。
采用双塔结构，降低了整体高度，可放置于车间内，避免高空作业。
底部大容量水解液的存蓄，减小了蒸氨系统的波动，有利于系统稳定运行。
利用液体温度与蒸汽阀门自动控制，保证了蒸氨过程中温度稳定。

5、硫酸铵饱和结晶器

本装置布置在氨吸收装置之前，可根据需要选择运行与否。
主要由三部分组成，第一部分为顺流反应塔，第二部分为逆流脱氨塔，第三部分为循环结晶器。
顺流反应塔采用循环喷淋方式，利用反应过程中放出的热量将多余的水分带走，从而保证反应过程的顺利进行；由于采用了专业设计的喷淋方式，确保不会由于浓度过高产生结疤结壁情况。
逆流脱氨塔实际上是通过逆流喷淋洗涤的方式利用溶液中的游离酸对可能未完成反应的氨气进行进一步的反应，确保减少氨气逸出量。
循环结晶器的作用是满足高浓度硫酸铵液体结晶的容器。结合结晶过程中的运动特性，确保液体上部为上清液进行循环，下部为慢慢结晶长大的饱和结晶液。
硫酸作为反应物采用雾化喷淋的方式，与循环洗涤液充分接触，并与氨气进行反应。根据PH要求，自动控制硫酸进入量。
必要时需要冷却空气自上而下进入，满足带走反应热量的要求。
下部采用专业设计的结构，满足气体和液体分离，并采用合理的仪表监测反应过程。
采用专利技术设计的逆流洗涤技术，确保排放的气体达标排放。
顶部设置专利结构，确保清洗水对排出的气体清洗干净。

6、氨吸收装置

本装置布置在硫酸铵饱和结晶器之后，满足氨气吸收。
采用多级逆流洗涤吸收，效率高、能耗低，可根据客户需要产出氨水或硫酸铵。
喷淋洗涤液经过换热器换热后温度稳定，可部分利用循环水，降低了制冷功率。
设定浓度检测仪，合格的液体得到排放，不合格的液体不排放。
机械式液位控制，减少了喷淋清水的用量。
采用多级逆流洗涤吸收，效率高、能耗低，可根据客户需要产出氨水或硫酸铵。
喷淋洗涤液经过换热器换热后温度稳定，可部分利用循环水，降低了制冷功率。
设定浓度检测仪，合格的液体得到排放，不合格的液体不排放。

7、水解渣干燥系统

水解渣主要成分为氧化铝及杂质，含水率可达到50--60%，可作为成品直接对外售卖，当有需要时，可利用本装置进行烘干外卖。
水解渣干燥时可采用回转窑干燥机，并利用袋式除尘器进行收尘，避免粉尘飞扬。
现场有蒸汽做热源时，也可采用内热式流化床干燥机，占地面积小。
考虑到造价，可采用碳钢材质。

根据物料特性，选定壳体部分与物料接触部分材质为304不锈钢，其他根据需要采用碳钢、PP等。

内部悬浮流态化技术的应用，增加了接触面积，使蒸氨过程顺利进行。

8、铝酸钙煅烧装置

根据需要可以产出铝酸钙产品，水解渣主要成分为氧化铝及杂质，含水率可达到50--60%，可作为成品直接对外售卖，当有需要时，可利用本装置进行铝酸钙的生产。
利用石灰石磨粉或消石灰粉与水解后的铝灰渣混合后经过本装置煅烧成为铝酸钙。
高温逆流煅烧，耐温设计，确保物料煅烧达到1000℃以上，可达1600℃。
煅烧后排放的余热可以预干燥，充分利用。
采用合理的设备将煅烧后物料的余热进行利用，减少了蒸汽的使用。
高温煅烧窑内部根据煅烧过程采用分段式设计，高温段采用耐高砖环砌结构，中温段采用耐温不锈钢结构，低温段采用耐热碳钢结构，减少了投资。
除尘装置采用多级除尘结构，确保排放达标。
脱硝装置采用SCR脱硝装置，确保排放达标。

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