水解法二次鋁灰無害化資源化處理系統(tǒng)方案
-水解+固氟/脫氟+氨處理+除鹽
概述
《國家危險廢物名錄》規(guī)定：鋁電解過程中電解槽維修及廢棄產(chǎn)生的廢渣、鋁火法冶煉過程中產(chǎn)生的初煉爐渣、鋁電解過程中產(chǎn)生的鹽渣和浮渣、鋁火法冶煉過程中產(chǎn)生的易燃性撇渣四種廢渣屬于HW48有色金屬冶煉廢物。因此鋁灰的回收及利用對環(huán)境保護、資源的有效利用和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義，然而對于目前處理二次鋁灰的工藝，缺乏對鋁灰中鹽溶劑的回收及氮化鋁的處理及利用，二次鋁灰中氮化鋁在潮濕環(huán)境中會分解釋放氨氣，污染環(huán)境，但氮化鋁是二次鋁灰中具有較高利用價值的物質(zhì)。氮化鋁在水中的分解存在一段時間的誘導(dǎo)期，短時間或低溫度洗滌鋁灰并不能使氮化鋁有效的分解。由于目前采用酸直接處理二次鋁灰或?qū)⒍武X灰用水短時間洗滌后再采用酸處理，這兩種方法氮化鋁的分解量都很低，對氮化鋁的利用困難。二次鋁灰中的鹽和氮化鋁均是一種可用的資源，若不加以回收利用，不僅造成資源浪費，而且會污染環(huán)境。二次鋁灰無害化處理利用，一方面能回收二次鋁灰中鹽溶劑和氮元素，降低浸出渣對環(huán)境的危害，另一方面能盡量利用二次鋁灰中鋁元素。
工藝流程示意
注：業(yè)主可根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈需要配置。脫氟或固氟根據(jù)產(chǎn)品需要增添。洗鹽與否可據(jù)產(chǎn)品含鹽要求選擇。
- 高鋁料用途：耐火材料、精密鑄造、水泥、磨料、免燒磚陶瓷、建筑材料、凈水劑、鋁酸鈣原料等對鹽分要求高
- 鋁酸鈣用途：凈水劑、鋁酸鹽水泥、煉鋼除渣劑、精煉劑、阻燃劑、填充劑等對鹽分要求不高。
工藝流程簡介
- 原料準備
二次鋁灰進入暫存?zhèn)}待用；催化劑為液體成品，廠外運輸直接放入催化劑調(diào)配槽待用；將固氟劑通過加料斗加入調(diào)配槽，同時泵入定量的新鮮水，調(diào)配成固氟劑液待用。根據(jù)需要，將脫氟劑通過加料斗加入調(diào)配槽，同時泵入定量的新鮮水，調(diào)配成脫氟劑液備用。
- 打漿槽
球磨篩分后的二次鋁灰進入打漿槽，利用蒸氨后返回的液體進行打漿，打漿的目的是將鋁灰提前進行潤濕，并避免粉塵飛揚，便于輸送至水解槽。
- 固氟
根據(jù)客戶的需要可以進行固氟過程，以便使氟離子生成氟化鈣沉淀，至于選擇固氟還是脫氟，需要客戶根據(jù)產(chǎn)品終端用戶的需求情況進行確定。二次鋁灰與液體打漿時加入固氟劑液體，進行打漿固氟過程。
- 催化水解及蒸氨
鋁灰中的氮元素主要以氮化鋁形式存在，因此需要對鋁灰進行催化反應(yīng)脫氮，脫氮工序反應(yīng)主要是AlN與H2O接觸反應(yīng)形成氨氣。所生成的氨氣被水溶液吸收形成氨水，少量氨氣從水溶液中逸出而揮發(fā)。反應(yīng)方程式如下：
氮化鋁反應(yīng)：AlN+3H2O=NH3↑+Al(OH)3↓
氨蒸發(fā)：NH3·H2O=NH3↑+H2O
影響氮化鋁水解的主要因素為溫度，隨著溫度逐漸升高，催化反應(yīng)越快。在催化反應(yīng)的末期，通過蒸汽加熱，使其反應(yīng)充分，反應(yīng)結(jié)束后，氮化鋁含量低于0.1%。
鋁灰經(jīng)鋁灰打漿槽打漿后，泵送至水解反應(yīng)釜進行催化水解反應(yīng)，水解過程采用蒸汽夾套加熱，水解反應(yīng)釜中鋁灰中的氮化鋁和水反應(yīng)生成氨氣和氫氧化鋁。待反應(yīng)結(jié)束后，氮化鋁含量低于1%后，水解液自流進水解液暫存槽，由水解液壓濾泵泵送至水解液壓濾機進行壓濾，壓濾后的水解濾液進入到蒸氨系統(tǒng)蒸氨。壓濾過程完成后濕高鋁料用新鮮水進行反洗清洗，清洗后的清洗液暫存至水解渣清洗液暫存槽，由泵送入水解反應(yīng)釜再次利用。
- 氨氣回收
- 氨吸收制硫酸銨
水解反應(yīng)釜蒸發(fā)的含氨廢氣經(jīng)過冷卻水產(chǎn)生的冷凝液，與水解液一并進入雙級蒸氨塔，通過蒸汽加熱將溶液中的氨蒸發(fā)。蒸發(fā)后的氨氣進入硫酸銨生成裝置通過循環(huán)噴淋硫酸吸收制備硫酸銨。少量未吸收的氨氣進入到氨氣吸收塔利用酸性溶液進行噴淋脫氨，經(jīng)氨氣吸收塔脫氨后的氣體進入脫酸塔噴淋吸收尾氣達標排放，由于廢氣中含有少量的氫氣，也可以根據(jù)情況進入到干燥裝置或煅燒裝置進行燃燒利用熱量。
2NH3+H2SO4 =（NH4）2SO4
- 氨吸收制氨水
水解反應(yīng)釜蒸發(fā)的含氨廢氣進入到蒸氨塔，水解液也進入蒸氨塔，通過蒸汽加熱將溶液中的氨蒸發(fā)，蒸發(fā)后的氨氣進入氨水生成裝置制備氨水，脫氨凈化后的尾氣達標排放。由于廢氣中含有少量的氫氣，也可以根據(jù)情況進入到干燥裝置或煅燒裝置進行燃燒利用熱量。
氨吸收：NH3↑+H2O=NH3·H2O
- 反沖洗過濾除氨洗鹽裝置
將水解后的料漿輸送至過濾裝置，并利用蒸氨液或清水反沖洗，目的是將水解液與鋁灰濾渣分離出來，并通過反沖洗使濾渣中不含有氨和鹽。此裝置可以根據(jù)客戶產(chǎn)品要求選擇除氨反沖洗，洗鹽反沖洗。若只進行除氨反沖洗，則利用蒸氨液進行反沖洗即可；若進行洗鹽反沖洗，利用清水進行反沖洗就可以。二者選其一就能實現(xiàn)目的。
- 脫氟
產(chǎn)品對鹽分要求較高的，且需要脫氟的，需要進行洗鹽處理，此過程不需要固氟處理。將反沖洗過濾裝置洗鹽后的過濾液進入脫氟裝置與加入的脫氟劑反應(yīng)生成氟化鈣。鋁灰漿中的可溶性氟離子與CaCl2生成CaF2 沉淀，從而使液體中的氟離子得以去除，成為無氟溶液，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率99.9%以上。經(jīng)脫氟過濾機過濾后排出氟化鈣濾餅，含鹽濾液再進行濃縮蒸發(fā)結(jié)晶、離心機固液分離、干燥機干燥后，得到固體干燥鹽，經(jīng)過干燥過程的鹽可以至冶煉廠進行利用。若采用固氟裝置的，不需要采用脫氟裝置。
- 高鋁料
過濾洗鹽后的鋁灰濾渣就是高鋁料，可濕態(tài)外賣或烘干后外賣，根據(jù)下游客戶用途需求定。一般情況下需要高鋁料的對含鹽量要求較高，需要進行過濾洗鹽。如客戶對含鹽量要求不高，可不洗鹽。
系統(tǒng)優(yōu)勢特點
- 建議客戶選擇高鋁料+除鹽工藝路線，以便根據(jù)終端用戶需求產(chǎn)出不同的產(chǎn)品。
- 濕法水解能夠?qū)X灰中的氮化鋁全部水解，經(jīng)過添加洗鹽過程可獲得無鹽產(chǎn)品，滿足終端客戶的要求。
- 加熱水解滿足水解條件，避免常規(guī)不加熱水解可能出現(xiàn)的不全部水解的現(xiàn)象。
- 液體余熱得到回用，能耗較低。
- 系統(tǒng)設(shè)備均為常規(guī)設(shè)備，操作簡單，實現(xiàn)了自動運行。
- 系統(tǒng)采用密封結(jié)構(gòu)以及全負壓運行，保證了現(xiàn)場無粉塵外泄且保證了現(xiàn)場無異味。
- 水解過程釋放的氣體全負壓密閉結(jié)構(gòu)內(nèi)輸送，減少了系統(tǒng)氣體處理量。
- 氨吸收裝置采用逆流多級吸收結(jié)構(gòu)，吸收效率高，動力消耗低。
- 水解后的鋁灰渣根據(jù)需要可進行干燥或可深加工成為鋁酸鈣產(chǎn)品。
- 采用多級除塵，多級洗滌吸收排放達到環(huán)保要求。
- 設(shè)備占地面積小，投資少。
- 公司所提供產(chǎn)品，能夠滿足歐盟CE認證、北美UL、CSA認證。
成套裝置組成簡介
本套裝置由打漿裝置、輸送裝置、水解裝置、過濾裝置、蒸氨裝置、吸收裝置、濃縮裝置、控制系統(tǒng)等組成。
主要設(shè)備簡介
1、打漿槽
- 打漿槽的采用是工藝中抑制粉塵的重要一環(huán)。采用合理的混料器避免粉塵飛揚，確保鋁灰粉與漿液快速接觸混合，避免了干料堆積現(xiàn)象。
- 打漿槽的設(shè)置，降低了廠房的高度，減少了投資。
- 打漿槽的設(shè)置，利用打漿攪拌器使可溶性鹽分快速溶解，有利于洗鹽過程的順利進行。
- 設(shè)置液位控制器，保證了打漿過程的順利進行。
- 可根據(jù)需要添加固氟劑，使氟離子成為氟化鈣沉淀存留于鋁灰渣中。
- 設(shè)有集氣裝置，保持打漿槽微負壓狀態(tài)，無異味無粉塵外泄。
2、催化水解槽
- 由于鋁灰中的成分不同，水解過程中的溫度不穩(wěn)定，為此設(shè)計了本裝置。運行中消耗蒸汽極少。
- 采用伴熱式水解，通過液體溫度自動控制蒸汽量，保證了水解過程中的溫度的穩(wěn)定性。
- 足夠的容積確保水解時間，使鋁灰中大量的氮化鋁水解完成。
- 催化水解的應(yīng)用，促進了水解過程。催化劑市面上容易購買，價格較低。
- 全負壓密封機構(gòu)，避免了氣體外泄。合理的負壓抽吸結(jié)構(gòu)，避免了可燃性氣體的集聚，安全性可靠。
- 合理的攪拌器結(jié)構(gòu)。
3、反沖洗過濾除氨洗鹽裝置
- 反沖洗過濾裝置的目的是將水解液與鋁灰渣分離，并使產(chǎn)品中不含氨味。
- 根據(jù)產(chǎn)量可以采用板框壓濾機或真空帶式抽濾機，利用蒸氨液逆流洗滌，減少鋁灰渣中的含氨量。
- 采用蒸氨液逆流反沖洗不增加含鹽量不增加含氨量。反沖洗后的濾液返回至打漿槽進行打漿，減少了清水的用量。
- 當產(chǎn)品含鹽量要求較低時可以利用清水進行反沖洗，從而實現(xiàn)洗鹽的目的。
- 采用多個真空罐聯(lián)通并設(shè)置液位控制器，保證了除氨洗鹽反沖洗過程的順利進行。
4、蒸氨裝置
- 采用逆流雙塔結(jié)構(gòu)，保證了蒸氨過程的逆流進行，保證了液體含氨量的降低。
- 采用雙塔結(jié)構(gòu)，降低了整體高度，可放置于車間內(nèi)，避免高空作業(yè)。
- 底部大容量水解液的存蓄，減小了蒸氨系統(tǒng)的波動，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
- 利用液體溫度與蒸汽閥門自動控制，保證了蒸氨過程中溫度穩(wěn)定。
- 內(nèi)部懸浮流態(tài)化技術(shù)的應(yīng)用，增加了接觸面積，使蒸氨過程順利進行。
5、硫酸銨制備裝置
- 本裝置布置在氨吸收裝置之前，可根據(jù)需要選擇運行與否。
- 本裝置在本質(zhì)上是硫酸銨飽和結(jié)晶器。利用硫酸和氨氣進行反應(yīng)生成硫酸銨的主要場所。
- 主要由三部分組成，第一部分為順流反應(yīng)塔，第二部分為逆流脫氨塔，第三部分為循環(huán)結(jié)晶器。
- 順流反應(yīng)塔采用循環(huán)噴淋方式，利用反應(yīng)過程中放出的熱量將多余的水分帶走，從而保證反應(yīng)過程的順利進行；由于采用了專業(yè)設(shè)計的噴淋方式，確保不會由于濃度過高產(chǎn)生結(jié)疤結(jié)壁情況。
- 逆流脫氨塔實際上是通過逆流噴淋洗滌的方式利用溶液中的游離酸對可能未完成反應(yīng)的氨氣進行進一步的反應(yīng)，確保減少氨氣逸出量。
- 循環(huán)結(jié)晶器的作用是滿足高濃度硫酸銨液體結(jié)晶的容器。結(jié)合結(jié)晶過程中的運動特性，確保液體上部為上清液進行循環(huán)，下部為慢慢結(jié)晶長大的飽和結(jié)晶液。
- 硫酸作為反應(yīng)物采用霧化噴淋的方式，與循環(huán)洗滌液充分接觸，并與氨氣進行反應(yīng)。根據(jù)PH要求，自動控制硫酸進入量。
- 必要時需要冷卻空氣自上而下進入，滿足帶走反應(yīng)熱量的要求。
- 下部采用專業(yè)設(shè)計的結(jié)構(gòu)，滿足氣體和液體分離，并采用合理的儀表監(jiān)測反應(yīng)過程。
- 采用專有技術(shù)設(shè)計的逆流洗滌技術(shù)，確保排放的氣體達標排放。
- 頂部設(shè)置專有結(jié)構(gòu)，確保清洗水對排出的氣體清洗干凈。
- 根據(jù)物料特性，殼體部分與物料接觸部分材質(zhì)為304不銹鋼，其他根據(jù)需要采用碳鋼、PP等。
6、氨吸收裝置
- 本裝置布置在硫酸銨飽和結(jié)晶器之后，滿足氨氣吸收。
- 采用多級逆流洗滌吸收，效率高、能耗低，可根據(jù)客戶需要產(chǎn)出低濃度氨水。
- 通過設(shè)置低溫裝置，可以產(chǎn)出高濃度氨水。
- 噴淋洗滌液經(jīng)過換熱器換熱后溫度穩(wěn)定，可部分利用循環(huán)水，降低了制冷功率。
- 設(shè)定濃度檢測儀，合格的液體得到排放，不合格的液體不排放。
- 機械式液位控制，減少了噴淋清水的用量。
7、鋁灰鋁渣干燥系統(tǒng)
- 鋁灰濾渣主要成分為氧化鋁及雜質(zhì)，含水率可達到50--60%，可作為成品直接對外售賣，當有需要時，可利用本裝置進行烘干外賣。
- 鋁灰濾渣干燥時可采用多種干燥機，如回轉(zhuǎn)窯干燥機，閃蒸干燥機、管束干燥劑并利用袋式除塵器進行收塵，避免粉塵飛揚。
- 現(xiàn)場有蒸汽做熱源時，也可采用內(nèi)熱式流化床干燥機，占地面積小。
- 可以利用水解過程中產(chǎn)生的氫氣進行燃燒，以便節(jié)省燃氣用量。
- 考慮到造價，可采用碳鋼材質(zhì)。
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