一种脱除二次铝灰中氮化铝的方法

本发明涉及铝灰处理，特别是涉及一种脱除二次铝灰中氮化铝的方法。

背景技术：

1、铝灰是一种工业固体废弃物，是电解铝厂、各种铝型材厂在高温熔化铝的过程中产生的浮渣及后续再处理过程中产生的灰渣。在2021年1月1日颁布实施的《国家危险废物名录》中，铝灰渣首次被明确列入国家危废名录。铝灰按成分可分为一次铝灰和二次铝灰。一次铝灰通常含有较高的金属铝，其经过炒灰等方法提取金属铝后剩余的细铝灰通常称为二次铝灰。二次铝灰的成分复杂，含有铝氧化物、氯盐、金属铝以及氮化铝等多种杂质，处理起来比较困难。

2、铝灰具有潜在的危险特性主要是因为其含有较高反应活性的金属铝和氮化铝。其中，金属铝成分遇水会生成氢气，易引起爆炸和火灾；氮化铝成分遇水会生成刺激性的气体氨气，容易引起环境污染。此外，铝灰中含有的氨和可溶性盐也会对空气、水体以及土壤造成危害。

3、二次铝灰作为一种有毒有害的固体废弃物，现有常用的处置方法如储存或填埋法不仅会占用大量土地，而且可能因泄漏造成二次污染，产生严重的环境和公共卫生问题。因此，迫切需要开发二次铝灰的无害化处理技术。目前国内外已有关于二次铝灰无害化处理的研究报道，处理方法主要分为火法工艺和湿法工艺。火法工艺采用高温焙烧并添加硫酸盐、冰晶石等焙烧助剂的方法去除二次铝灰中的氮化铝、金属铝等活性物质，具有工艺流程短、操作简单等优点。然而，火法处理二次铝灰存在焙烧温度高、能耗高、氮化铝氧化不完全等问题。湿法工艺是一种脱除二次铝灰中活性物质的有效方法，通过水解处理二次铝灰使其脱氮。现有的湿法处理工艺由于水解温度高，水解耗时太长，存在处理过程能耗高的问题。目前也有研究通过在湿法工艺中加入氢氧化钠、碳酸钠等易溶性碱性添加剂的方法来促进二次铝灰中氮化铝的水解去除，但依然存在反应时间长、温度较高的问题，导致能耗高问题依然存在。另一方面，反应添加的氢氧化钠、碳酸钠等易溶性碱性添加剂价格较高、添加量大，限制了这些方法的应用。

4、因此，本发明旨在提供一种新的脱除二次铝灰中氮化铝的方法，以有效减少处理能耗，降低处理成本，促进二次铝灰的经济化处理。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题是提供一种脱除二次铝灰中氮化铝的方法，该方法能实现二次铝灰中氮化铝的低成本有效脱除。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种脱除二次铝灰中氮化铝的方法，包括步骤：

3、s1：将二次铝灰、催化助剂和缓凝剂混合，加水制成反应料浆；

4、s2：搅拌所述反应料浆进行氮化铝水解反应，得到脱氮铝灰。

5、作为本发明一种实施方案，所述催化助剂包含氧化钙和/或氢氧化钙。具体地，所述催化助剂可以为氧化钙和/或氢氧化钙，还可以是废电石渣等富含氧化钙和/或氢氧化钙的材料。

6、作为本发明一种实施方案，所述缓凝剂包含蔗糖和/或葡萄糖。具体地，所述缓凝剂可以为蔗糖和/或葡萄糖，还可以是含有蔗糖和/或葡萄糖的废糖蜜、含糖废水等。

7、作为本发明一种实施方案，所述催化助剂为氧化钙。

8、作为本发明一种实施方案，所述缓凝剂为蔗糖或葡萄糖。

9、作为本发明一种实施方案，所述催化助剂的用量为所述二次铝灰质量的2～20％。进一步地，所述催化助剂的用量为所述二次铝灰质量的10～20％。

10、作为本发明一种实施方案，所述缓凝剂的用量为所述二次铝灰质量的0.2～5％。进一步地，所述缓凝剂的用量为所述二次铝灰质量的0.5～5％。

11、作为本发明一种实施方案，步骤s1中，所述反应料浆的液固比为5～35ml/g。进一步地，所述反应料浆的液固比为5～30ml/g。其中，所述液固比是指水的体积与二次铝灰、催化助剂和缓凝剂总质量的比值。例如所述反应料浆的液固比为10ml/g，即配制反应料浆时所用的水的体积(单位ml)与二次铝灰、催化助剂和缓凝剂总质量(单位g)的比值为10ml/g。

12、作为本发明一种实施方案，步骤s2中，所述水解反应的反应温度为20～99℃，反应时间为0.5～10h。

13、优选地，步骤s2中，所述水解反应的反应温度为20～90℃，反应时间为1～10h。

14、进一步优选地，步骤s2中，所述水解反应的反应温度为20～40℃，反应时间为0.5～6h；更优选地，步骤s2中，所述水解反应的反应温度为40℃，反应时间为2～6h。

15、作为本发明一种实施方案，步骤s2中，氮化铝水解反应结束后，进行固液分离，分离所得固体为脱氮铝灰。其中，固液分离可以采用沉降分离、离心分离、过滤分离等中的一种或几种方法进行。固液分离得到的液相废水，经处理后可以回用。得到的脱氮铝灰可用于制作建筑材料。

16、作为本发明一种实施方案，所述二次铝灰为一次铝灰经提取金属铝后所得铝灰；或者为一次铝灰经提取金属铝后、再水洗所得的脱盐铝灰。

17、本发明提供的脱除二次铝灰中氮化铝的方法，通过将二次铝灰与催化助剂、缓凝剂混合，加水制成反应料浆，之后搅拌反应，使二次铝灰中的氮化铝发生水解反应来进行脱除。本发明方法通过处理时催化助剂和缓凝剂的配合，可以降低二次铝灰的水解反应温度，缩短反应时间，提高水解反应的效率，有效减少了处理能耗，实现了二次铝灰中氮化铝的高效去除。本发明提供的脱除二次铝灰中氮化铝的方法，用氧化钙和/或氢氧化钙为催化助剂，配合少量的蔗糖和/或葡萄糖作为缓凝剂，所用试剂成本低，降低了处理成本，促进了二次铝灰的经济化处理。

18、本发明提供的脱除二次铝灰中氮化铝的方法，在水解反应体系中，氮化铝与水反应生成氨气，氨气溶于水形成氨水；添加的氧化钙与水生成氢氧化钙，或者直接添加氢氧化钙，氢氧化钙的存在促进了氨气释放，推动氮化铝与水反应的进行；蔗糖和/或葡萄糖作为缓凝剂使用，可阻止铝酸钙类生成物在氮化铝颗粒表面形成包覆层，使氮化铝水解反应能够持续进行。通过水-氢氧化钙-蔗糖和/或葡萄糖体系的水解处理，可以实现二次铝灰中氮化铝在较低温度下的快速高效脱除。

19、本发明方法为二次铝灰的低成本无害化处理提供了新的思路，将具有很高的产业化应用潜力。

技术特征：

1.一种脱除二次铝灰中氮化铝的方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化助剂包含氧化钙和/或氢氧化钙。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述缓凝剂包含蔗糖和/或葡萄糖。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述催化助剂为氧化钙；和/或，所述缓凝剂为蔗糖或葡萄糖。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述催化助剂的用量为所述二次铝灰质量的2～20％。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述缓凝剂的用量为所述二次铝灰质量的0.2～5％。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述反应料浆的液固比为5～35ml/g。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述水解反应的反应温度为20～99℃，反应时间为0.5～10h。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述水解反应的反应温度为20～40℃，反应时间为0.5～6h。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2中，氮化铝水解反应结束后，进行固液分离，分离所得固体为脱氮铝灰。

技术总结本发明涉及铝灰处理技术领域，具体公开了一种脱除二次铝灰中氮化铝的方法。本发明方法将二次铝灰、催化助剂和缓凝剂混合，加水制成反应料浆；搅拌所述反应料浆进行氮化铝水解反应，得到脱氮铝灰。本发明方法提高了水解反应的效率，实现了二次铝灰中氮化铝的高效去除，同时有效减少了处理能耗，且降低了处理成本，促进了二次铝灰的经济化处理。技术研发人员：王东兴,饶帅,马致远,林晓燕,段丽娟,曹洪杨,刘志强,朱薇受保护的技术使用者：广东省科学院资源利用与稀土开发研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/15