淺析二次鋁灰小型化火法處置工藝方案 

01

概 述

隨著2021年二次鋁灰被列為危廢，國內(nèi)大部分產(chǎn)灰企業(yè)都處于觀望狀態(tài)，特別是國家在政策上沒有明確二次鋁灰處置工藝，企業(yè)在投資方面都比較謹(jǐn)慎。但從實際情況分析，鋁灰的產(chǎn)出卻在不斷增加，給產(chǎn)灰企業(yè)壓力越來越大，探索一套成熟可靠的工藝解決二次鋁灰現(xiàn)狀是迫在眉睫的問題。

據(jù)了解，國內(nèi)二次鋁灰處置工藝主要有火法工藝、濕法工藝、火法和濕法結(jié)合工藝。其中，火法工藝主要有資源化回轉(zhuǎn)窯工藝；濕法工藝主要有脫氨-固氟-綠色循環(huán)利用工藝；火法和濕法結(jié)合工藝有“多段連續(xù)強(qiáng)化水解浸出+高值定向轉(zhuǎn)化”工藝，火法高溫煅燒結(jié)合聚合氯化鋁工藝，濕法提鹽火法制鋁酸鈣工藝。以上工藝主要圍繞濕法脫氨、固氟后考慮資源化以及火法直接固氟、脫氮后資源化考慮，但在實際項目實施過程中，由于以上工藝針對處置體量在萬噸、投資規(guī)模數(shù)千萬級以上，且存在產(chǎn)品出路和鋁灰處置價格的不確定性，企業(yè)投資意愿不強(qiáng)。特別是對于產(chǎn)灰企業(yè)來說，公司普遍規(guī)模較小，產(chǎn)灰量普遍在萬噸以下，且對資源化沒有明確需求，主要目的是達(dá)到國家環(huán)保要求，解決企業(yè)二次鋁灰脫危實際問題。因此，本文結(jié)合現(xiàn)階段二次鋁灰處置實際情況，簡單介紹小型化二次鋁灰無害化處置方案。

02

5000噸/年二次鋁灰無害化方案介紹

2.1 工藝描述

2.1.1 二次鋁灰無害化生產(chǎn)工藝流程

本生產(chǎn)工藝的原料是二次鋁灰，二次鋁灰除鐵后經(jīng)過破碎、磨粉、篩分后將鋁和粉末分離，直到含鋁量趨于零，這樣二次鋁灰經(jīng)過充分活化，具備充分燃燒的條件；將二次鋁灰和除塵灰合適配比，通過自動輸送設(shè)備送至大型煅燒爐內(nèi)，再加入熱渣或通過點火設(shè)備對二次鋁灰進(jìn)行引燃，大型煅燒爐中的二次鋁灰自燃產(chǎn)生氮化鋁發(fā)生反應(yīng)的高溫條件，釋放出熱量，該熱量將二次鋁灰中含有的氮化鋁充分煅燒脫氮，去除二次鋁灰的反應(yīng)性和燃燒性。同時根據(jù)二次鋁灰成份需要加入氧化鈣固氟做無害化處理。

經(jīng)過爐內(nèi)反應(yīng)完畢的無害化物料經(jīng)過冷卻和分級，最終得到合格成品，該成品主要成份為三氧化二鋁，用做建筑材料、耐火材料和凈水劑等領(lǐng)域的原材料。

（1）二次鋁灰破碎篩分

首先將二次鋁灰除鐵，通過自動輸送機(jī)抽料輸送至破碎、磨粉、篩分機(jī)投料口，篩分出顆粒鋁與細(xì)灰，把細(xì)灰自動輸送至10T高溫煅燒爐頂上的料倉待用，顆粒鋁進(jìn)入炒灰機(jī)或者回轉(zhuǎn)爐進(jìn)行金屬鋁回收。細(xì)灰進(jìn)入鋁灰無害化系統(tǒng)。

（2）鋁灰無害化處理

CaO、二次鋁灰、除塵器收集的粉末通過自動設(shè)備輸送至鋁灰無害化系統(tǒng)的10T煅燒爐，進(jìn)行脫氮和固氟。

①脫氮反應(yīng)

氮化鋁氧化熱分解理論分析

600-800℃間，鋁灰出現(xiàn)了第一個吸熱峰主要是由于氮化鋁氧化成氧化鋁。此外，600-800℃區(qū)域的熱流曲線呈明顯的下降趨勢，氮化鋁氧化主要來源于該溫度區(qū)域。在1100℃之后二次鋁灰基本處于失重狀態(tài)，此時氮化鋁大部分已被氧化。

因此，實際生產(chǎn)時控制10T煅燒爐的溫度（1000-1100℃）和空氣流量等，使鋁灰中的氮化鋁（AlN）在高溫條件下發(fā)生氧化反應(yīng)，在設(shè)定氧含量及溫度的工藝條件下使鋁灰中的氮元素轉(zhuǎn)化成氮氣，其余氮元素轉(zhuǎn)化為NOx。反應(yīng)方程式如下：

從已經(jīng)投產(chǎn)的設(shè)備實際發(fā)生的氮氧化物實測數(shù)據(jù)，該反應(yīng)產(chǎn)生的氮氧化物濃度較低，濃度一般為40-70mg/m³，該濃度遠(yuǎn)低于國家規(guī)定的排放指標(biāo)150mg/m³的限值；并且鋁灰中的氮元素95%以上轉(zhuǎn)化成氮氣，生產(chǎn)現(xiàn)場沒有刺激性味道。

②固氟

投入10T回轉(zhuǎn)爐中的固氟劑CaO等使細(xì)鋁灰中的可溶性氟元素發(fā)生固氟反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為不溶性的氟化物。固氟后的無害化細(xì)鋁灰倒轉(zhuǎn)熱灰進(jìn)入密閉式灰斗，采用叉車將灰斗送入自動密閉傾翻機(jī)再倒入冷灰筒，降溫后的無害化粉末作為混凝土路面磚、耐火材料的原料使用。

（3）無害化成品

經(jīng)過上述處理工藝得到的成品，Al₂O₃含量70-75%，主要為α-Al₂O₃，該氧化鋁與水、酸堿都不發(fā)生反應(yīng)，是良好的建筑材料、耐火材料、凈水劑的原料，可以直接效果給建筑行業(yè)和耐火材料行業(yè)。

（4）生產(chǎn)工藝流程圖：生產(chǎn)工藝及產(chǎn)污環(huán)節(jié)示意圖見圖1。

圖1 生產(chǎn)工藝流程及產(chǎn)污環(huán)節(jié)示意圖

2.1.2 環(huán)境評價環(huán)節(jié)

本方案廢氣污染源主要有：鋁灰預(yù)處理及熱處理所用回轉(zhuǎn)爐處理及綜合利用系統(tǒng)產(chǎn)生的煙（粉）塵、氟化物、SO2、NOx廢氣、車間無組織廢氣等。本方案工藝無廢水外排，生活污水依托公司一體化生活污水處理設(shè)施處理后回用于廠區(qū)綠化、降塵，不外排。本方案噪聲主要為機(jī)械設(shè)備噪聲。本方案產(chǎn)生的固體廢物主要有：機(jī)械設(shè)備維護(hù)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢機(jī)油和生活垃圾等。本方案產(chǎn)污環(huán)節(jié)見表1。

表1 本方案產(chǎn)污環(huán)節(jié)及處理措施一覽表

2.2 設(shè)備組成及要求

2.2.1 設(shè)備組成：

二次鋁灰無害化處理及輸送存儲設(shè)備：1套皮帶機(jī)、1套球磨機(jī)、1套振動篩、1套斗提機(jī)、2套儲存料倉、1套螺旋輸送機(jī)、1臺10噸煅燒爐、1個爐前進(jìn)料倉、1臺冷灰篩分桶、1套8萬風(fēng)量除塵器等

2.2.2 設(shè)備用途：本設(shè)備用于將二次鋁灰輸送進(jìn)行高溫煅燒，進(jìn)行無害化處理。

2.2.3 原料品種：二次鋁灰和收塵灰。

2.2.4 工藝流程描述：叉車將車間需處理的庫存鋁灰運輸至皮帶機(jī)進(jìn)料倉，通過密封式皮帶輸送機(jī)輸送至球磨機(jī)前前料倉的溜槽內(nèi)，通過溜槽導(dǎo)向至球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行研磨初處理（采用皮帶輸送的方式是滿足球磨機(jī)的均勻給料，保證最佳的球磨效果）。經(jīng)球磨機(jī)初次破碎處理后的物料通過直線振動篩的篩分作業(yè)，分選出＞4mm的塊狀鋁（此類物料的含鋁量＞95%）用料箱接走，剩下≤4mm的細(xì)粉末通過斗提機(jī)輸送至鋁粉儲料倉內(nèi)，通過料位計控制的方式，定時定量的通過螺旋輸送機(jī)輸送至雷蒙磨內(nèi)進(jìn)行二次破碎（減少雷蒙磨的工作時間）。經(jīng)雷蒙磨處理后，能達(dá)到120-150目的細(xì)粉末，此類的細(xì)粉末是作為能否達(dá)到煅燒的必要環(huán)節(jié)。煅燒后能達(dá)到1100-1400℃的高溫，將此類高溫灰通過溜槽導(dǎo)向至水平面以下的高速冷卻系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)冷。冷卻過后能達(dá)到溫度＜60℃、可作為下游生產(chǎn)線使用的成品灰，此類成品灰最后通過斗式提升機(jī)輸送至地面進(jìn)行裝袋。整套二次灰設(shè)備配有完整、環(huán)保的脈沖布袋式除塵設(shè)備。

2.3 設(shè)備技術(shù)規(guī)格及要求

2.3.1 主要技術(shù)要求

2.3.2 設(shè)備明細(xì)清單

03

二次鋁灰無害化處置方案分析

3.1 優(yōu)勢分析

3.1.1 工藝原理成熟：二次鋁灰無害化處理是充分利用二次鋁灰（經(jīng)過炒灰后含鋁量低于5%的鋁灰）中含有的微量單質(zhì)鋁和氮化鋁（鋁灰中氮化鋁含量15-40%）與氧氣接觸產(chǎn)生燃燒反應(yīng)，釋放一定熱量，產(chǎn)生氮化鋁轉(zhuǎn)化成氧化鋁和氮氣所需要的高溫條件，實現(xiàn)鋁灰從具有危險廢物屬性向不具有危險屬性的固體物體轉(zhuǎn)化的目的。

3.1.2 工序簡單：二次鋁灰無害化過程采用磨粉、密封輸送、自送上料和煅燒、冷卻和收塵等5個工序，該技術(shù)是氮化鋁轉(zhuǎn)化水平高、無廢水和廢渣排放。

3.1.3 能耗水平低：由于該生產(chǎn)流程不需要連續(xù)天然氣等能源，天燃?xì)庾鰹殚_爐引燃用，后續(xù)生產(chǎn)過程中只需要電，整體功率約400kw，每處理1噸二次鋁灰用電約120KWh，費用約100-120元/噸，是目前市面上所有二次鋁灰無害化方法中能耗水平最低的。

3.1.4 設(shè)備產(chǎn)能小型化：年處理二次鋁灰量為5000噸以上。

3.1.5 占地面積�。�主體設(shè)備占地面積約500m2，含原料和成品約1000m2廠房。

3.1.6 投資�。�年處理5000噸二次鋁灰，配合自有空壓機(jī)系統(tǒng)、水電公輔系統(tǒng)和廠房，整套主體設(shè)備投入約300-500萬（設(shè)備廠家和品牌不同）。如產(chǎn)能到10000噸/年，增加高溫煅燒爐一套，主體設(shè)備投資增加100-150萬。

3.1.7 自動化程度高，操作難度低：高溫煅燒爐-再生鋁企業(yè)熟悉回轉(zhuǎn)爐操作，高溫煅燒爐與回轉(zhuǎn)爐類似，公司對高溫煅燒爐能較快掌握。

3.2 劣勢分析

3.2.1 成品為一般固廢，后續(xù)需考慮脫危后成品出路，一般考慮當(dāng)?shù)刂拼u廠資源化利用、凈水劑原料。

3.2.1 成品產(chǎn)值低，基本作為一般固廢處理。

3.3 與回轉(zhuǎn)窯方案比較

該方案是無害化處置，投資成本較回轉(zhuǎn)窯工藝節(jié)約30-40%，運行成本節(jié)約70%，能耗節(jié)約約80%。產(chǎn)品為無害化固廢，去向主要為建材行業(yè)，產(chǎn)值較回轉(zhuǎn)窯工藝低90%，但產(chǎn)品出路廣，是適合自產(chǎn)鋁灰無害化處置較好選擇。

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總結(jié)與展望

二次鋁灰火法無害化處置工藝作為火法工藝，具有投資省、占地面積小、運行成本低、自動化程度高、操作簡單、產(chǎn)品出路廣等特點，據(jù)了解，該處置方案在部分企業(yè)已經(jīng)完成投產(chǎn)建設(shè)，并得到環(huán)保部門認(rèn)可。結(jié)合廣東2021年底二次鋁灰應(yīng)急處置方案（二次鋁灰作為制磚原料應(yīng)急處置20萬噸）以及生態(tài)環(huán)境部對廣東環(huán)保廳的回復(fù)意見分析，二次鋁灰無害化處置工藝產(chǎn)品解決了二次鋁灰的反應(yīng)性，產(chǎn)品經(jīng)鑒定為一般固廢，從目前技術(shù)和政策層面分析，具有較好推廣價值。

END

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