一种铝灰协同处置氯化钙废渣的方法与流程

本发明涉及固体废物综合利用的，尤其涉及一种铝灰协同处置氯化钙废渣的方法。

背景技术：

1、铝灰是铝冶炼过程的主要废弃物之一，每生产一吨原铝/铝材会产生180～290kg铝灰渣，年排放500万吨左右。铝灰中含有氮化铝、金属铝、氧化铝以及铝镁尖晶石等，其中氮遇水会释放氨气，此外铝灰中还含有氟和氯盐等，因此被列入危险废弃物名录。

2、近年来，相关从业者针对铝灰的高效、高值化利用进行了大量的研究工作。

3、中国发明专利(cn113683108a)公开了一种利用二次铝灰制备铝酸钙产品的方法，该方法是将二次铝灰与钙源及由废机油和沥青组成的粘结剂混合后，通过干法压制成球团，所述球团进行氧化焙烧。该产品可以作为铝酸钙水泥的原料或用于氧化铝二次回收或作为钢铁冶炼过程中的铝酸钙脱硫剂。

4、中国发明专利(cn114455617a)公开了一种利用铝灰生产铝酸钙的方法，其步骤为：s1将铝灰与含钙原料粉碎后混合均匀，得到物料a；s2向混合物a中加入添加剂后转入回转窑中进行煅烧，对煅烧后的产物进行冷却、破碎，即得到所述的铝酸钙。

5、上述方法虽然也可以实现铝灰的利用，但是在煅烧过程中会产生大量氨气、二氧化硫、硫化氢等有害气体，会对环境产生危害，且反应效率低。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种铝灰协同处置氯化钙废渣的方法，实现了氯化钙与铝灰的协同处置的方法，提高固废利用价值，并且避免了现有铝灰利用过程产生氨氮废气污染的问题，对环境友好，并且反应效率高。

2、本发明的目的在于提供一种氯化钙、粉煤灰、铝灰三种工业固体废物的协同处置方法，该方法通过极性有机溶剂将氯化钙、粉煤灰和铝灰粘合在一起形成具有较强的结构稳定性以及机械强度的球团，再将球团放入回转窑中进行一级焙烧并通入富氧空气，获得焙烧残渣以及烟气，冷凝所述烟气获得无水氯化铝，随后将焙烧残渣进行二级焙烧，获得铝酸钙和硅酸钙。所述铝灰在进料前需要对其进行球磨，至所述铝灰粒径为50～80目，所述的氯化钙破碎至粒径为0.1～2mm。

3、一级焙烧时发生的反应主要有：

4、6cacl2+4al+3o2＝4alcl3+6cao

5、4aln+3o2＝2al2o3+2n2

6、二级焙烧时发生的反应主要有：

7、3al2o3+2sio2＝3al2o3˙2sio2

8、7(3al2o3˙2sio2)+64cao＝3(12cao˙7al2o3)+14(2cao.sio2)

9、本发明技术方案以工业甘油作为粘合剂，甘油为极性有机物并且在常温下黏度较高，由于氯化铝易溶于极性溶剂，所以甘油不仅可以作为粘合剂将氯化铝以及铝灰粘在一起，还可以作为溶剂溶解氯化钙，使反应更易发生，反应时间更短。此外甘油易燃烧，可以为反应提供热量，降低反应温度，并且燃烧生成二氧化碳和水，对环境无害。氯化钙极易潮解，吸水可放热，可与氮化铝争夺水分，减少氨气的生成，由于甘油具有吸水的特性，工业甘油中有少量水分，所以在将甘油、氯化钙与铝灰混合均匀时，需先将甘油与氯化钙进行搅拌，再倒入铝灰搅拌均匀，最后进行压球。其中空气中的氧气不仅作为反应氧化物，还可以起到助燃的作用。

10、本发明的原理有：

11、粉煤灰中的成分有sio2,反应过程中al2o3、cao与sio2发生交互反应。

12、根据热力学第二定律，用状态函数吉布斯自由焓g可以判断一般化学过程的反应。任何一个化学反应，总是朝着自由焓变化δg为负的一方进行，通过计算各化学反应的自由焓变化δg，并比较各反应的δg大小，如果δg越小，反应发生的可能性越大，反应的速率更高，反应达到平衡的时间更少，生成的产物越稳定。

13、(1)cao-al2o3体系中可能发生反应(以1mol的al2o3为基准的反应)

14、al2o3+3cao＝3cao˙al2o3a

15、7al2o3+12cao＝12cao˙7al2o3b

16、al2o3+cao＝cao˙al2o3 c

17、2al2o3+cao＝cao˙2al2o3 d

18、δg＝δh-tδs

19、由计算得出在cao-al2o3物系中，在298k到1600k的温度范围内，上述反应的标准吉布斯自由能变化都为负值，说明从热力学上来分析，这些反应都可能进行。其中12cao˙7al2o3的吉布斯自由能δgθ的负值随温度的升高增加的幅度最大，在298k时达到-14.07。

20、(2)cao-sio2-al2o3三元体系中主体反应(以1mol的al2o3和1mol3al2o3˙2sio2的为基准的反应)

21、7(3al2o3˙2sio2)+64cao＝3(12cao˙7al2o3)+14(2cao.sio2)e

22、al2o3+sio2+2cao2cao·al2o3·sio2 f

23、al2o3+2sio2+2caocao·al2o3·2sio2 g

24、δg＝δh-tδs

25、由计算得出(3)体系中反应e的δg负值很大，反应g的δg负值最小，反应g在298k时可达到-100以上，反应e在298k时可达到-315.556，并且均随着温度的升高负值增大。

26、由上述分析以及计算，同等温度下，cao-sio2-al2o3三元体系中反应的吉布斯自由能δgθ的负值最大，相对于cao-al2o3体系有很大提升，因此该反应效率高，反应所需时间更短。所以，加入粉煤灰可以提高铝灰与氧化钙反应的效率。

27、相对于现有技术，本发明的技术方案不产生氨氮废气，对环境友好，生产成本低，反应效率高。

28、本发明实现上述目的所采取的方案是：一种铝灰协同处置氯化钙废渣的方法，其包括以下步骤：

29、s1以工业甘油为粘合剂，先将工业甘油与氯化钙混合均匀，随后与铝灰以及粉煤灰混合均匀进行压球，得到预制球团，所述粉煤灰的添加量为粉煤灰中硅含量与铝灰中铝含量的摩尔比为(0.8～1):3，所述粘合剂的添加量为铝灰与氯化钙的1％～2.5％，所述工业甘油含水量小于5％，所述预制球团中氯化钙中氯含量与铝灰中铝含量的摩尔比为(3～8):1，所述预制球团的直径为2cm～5cm；

30、s2将所得预制球团进行一级焙烧并通入富氧空气，所述富氧空气中氧气的体积分数范围为30～70％，每处理1kg预制球团，富氧空气流量范围为1～20l/min，第一级焙烧的条件为温度400～1000℃，焙烧时间10～60min，获得烟气和焙烧残渣；

31、s3将所述烟气进行冷凝，冷凝温度为50～150℃；

32、s4将一级焙烧后获得的焙烧残渣进行二级焙烧，第二级焙烧的条件为温度1100～1600℃，焙烧时间15～60min，获得铝酸钙和硅酸钙。

33、s5溶解分离得到硅酸钙固体和铝酸钙溶液。

34、s6铝酸钙溶液经挥发干燥得到铝酸钙固体。

35、进一步的，铝灰粒径为50-80目。

36、进一步的，氯化钙粒径为0.1-2mm。

37、综上所述，本发明相比与有技术具有以下有益效果：

38、(1)采用两级焙烧的方式处理铝灰，氮化铝在低温焙烧过程转化为氮气，不产生氨氮废气；

39、(2)第一级焙烧可将铝灰与氯化钙废渣反应，生成氯化铝和氧化钙，氮化铝与氧气反应得到氧化铝和氮气；

40、(3)第二级焙烧可将铝灰中剩余的氧化铝及第一级生成的氧化铝与第一级焙烧生成的氧化钙反应生成电熔铝酸钙产品，无需添加额外原料，实现铝灰无害化利用；

41、(4)可协同消纳相关行业产生的氯化钙和粉煤灰固废，实现多种废物协同处理。

42、(5)利用甘油作为氯化钙与铝灰的粘合剂，甘油易燃烧，可为反应提供热量，并且燃烧无有害气体生成，对环境友好。

43、(6)cao-sio2-a l2o3三元体系反应的效率更高，所需时间更短。

44、上述说明仅是本发明的技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。