權(quán)利要求

1.二次鋁灰綜合處置生產(chǎn)水泥速凝劑的方法，其特征在于，將二次鋁灰、鈣源和堿性添加劑混合得到混合原料，將所述原料在氣體燃料中煅燒，經(jīng)冷卻后得到所述水泥速凝劑；煅燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵和脫硝排放，粉塵回收利用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鈣源為碳酸鈣，所述堿性添加劑為碳酸鈉和碳酸鉀的組合。 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，混合原料中二次鋁灰含量為40~60%，鈣鹽的含量為15~25%，其余為堿性添加劑。 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述堿性添加劑中碳酸鉀的含量不高于1.5%。 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣體燃料為天然氣；所述燃料的消耗量與原料的用量比為10~20m 3/t。 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述煅燒溫度為950~1200℃，煅燒時間為1~4h。 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述煙氣的脫硝負(fù)荷降低量為50~80%。 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法制備得到的水泥速凝劑，其特征在于，所述速凝劑的氟浸出率為3~15mg/L。 9.根據(jù)權(quán)利要求8所述水泥速凝劑在水泥中的應(yīng)用，其特征在于，所述速凝劑在水泥中摻量為3~6wt%，早強(qiáng)時間為5~10min，早強(qiáng)效果約1~3倍。

說明書

一種二次鋁灰綜合處置生產(chǎn)水泥速凝劑的方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋁工業(yè)固廢資源綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及二次鋁灰綜合處置生產(chǎn)水泥速凝劑的方法。

背景技術(shù)

二次鋁灰是一次鋁灰回收金屬鋁后的固體廢棄物，主要成分是鋁及其氧化物、氮化鋁、碳化鋁和一定量的氟化物，具有較高的回收與利用價值。但是二次鋁灰遇水后，氮化鋁可水解釋放氨氣，氟化物也會浸出形成污染，因此，二次鋁灰被判為危廢。加之缺乏低成本、規(guī)模化和相對成熟的處理技術(shù)，目前處理鋁灰的主要措施是填埋或堆存，這樣不僅會造成環(huán)境污染，還會造成資源的浪費。實現(xiàn)鋁灰的綜合利用，減少鋁灰的堆存，對鋁工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

已見報道的處理技術(shù)(CN106747301A，CN109127654A，CN112744850A，CN113578927A，CN110482503A，CN109052445A)，大多只聚焦于鋁灰中鋁元素的提取回收，未考慮鋁灰中氮化鋁、氯化鹽和氟化鹽的處理及回收利用，容易造成生產(chǎn)中的二次污染。

速凝劑是摻入混凝土中能使混凝土迅速凝結(jié)硬化的外加劑，它的作用是加速水泥的水化硬化，在很短的時間內(nèi)形成足夠的強(qiáng)度，以保證特殊施工的要求。速凝劑摻用量僅占混凝土中水泥用量2%~5%，卻能使混凝土在5min內(nèi)初凝及在10min內(nèi)終凝。速凝劑主要成分為鋁氧熟料(即鋁礬土、純堿和生石灰按比例燒制成的熟料)經(jīng)磨細(xì)而制成。二次鋁灰富含鋁，可部分替代鋁礬土用于水泥速凝劑的生產(chǎn)，但是如何控制氮和氟元素轉(zhuǎn)化和遷移是難題。

有研究發(fā)現(xiàn)焙燒可將鋁灰中的氮元素轉(zhuǎn)化為氮氣，或降低后續(xù)NO x的排放量，進(jìn)而實現(xiàn)鋁回收，但氟元素易于遷移進(jìn)入氣相，引起污染；同時，如不能調(diào)控合適的工藝條件，氟仍然以可溶狀態(tài)殘留于固體中，后續(xù)還是會浸出。濕法回收氟是另一種工藝，但工序長，同時要采用其它方法脫氮，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性差。

綜合來看，目前二次鋁灰主要用于制備聚合氯化鋁和氧化鋁等材料，尚未有既能高效處置二次鋁灰又能用于生產(chǎn)水泥速凝劑資源化利用的高效方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有工作的不足，提出一種二次鋁灰的綜合處置方法，通過調(diào)控添加劑及焙燒工藝，實現(xiàn)處置和資源化一體化，并有效控制氮和氟元素轉(zhuǎn)化和遷移。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明提供一種二次鋁灰綜合處置生產(chǎn)水泥速凝劑的方法，其特征在于，所述方法包括：將二次鋁灰、鈣源和堿性添加劑混合得到混合原料，將所述原料在氣體燃料中煅燒，經(jīng)冷卻后得到所述水泥速凝劑；煅燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵和脫硝排放，粉塵回收利用。

進(jìn)一步地，所述鈣源為碳酸鈣，所述堿性添加劑為碳酸鈉和碳酸鉀的組合。通過采用碳酸鈉和碳酸鉀二者復(fù)配，進(jìn)行微量K摻雜可調(diào)控親水特征，大大強(qiáng)化親水特征，改善水泥凝結(jié)過程動力學(xué)性能。這是由于碳酸鈉表面親水性不強(qiáng)，不易發(fā)生、甚至不發(fā)生表面溶解，水化反應(yīng)為純氣固非催化反應(yīng)。而碳酸鉀親水作用較強(qiáng)，導(dǎo)致水化過程發(fā)生的是氣-液-固多相反應(yīng)，更易于吸收。將二者組合使用后可提高速凝效果，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。

進(jìn)一步地，所述氣體燃料為天然氣。

進(jìn)一步地，所述混合原料中二次鋁灰含量為40~60%，鈣鹽的含量為15~25%，其余為堿性添加劑。

進(jìn)一步地，所述混合原料中堿性添加劑中碳酸鉀的含量不高于1.5%。

進(jìn)一步地，所述燃料的消耗量與原料的用量比為10~20m3/t。

進(jìn)一步地，所述的煅燒溫度為950~1200℃，煅燒時間為1~4h。

進(jìn)一步地，所述煙氣的脫硝負(fù)荷降低量為50~80%。

進(jìn)一步地，其特征在于，所述速凝劑的氟浸出率為3~15mg/L。

進(jìn)一步地，其特征在于，所述速凝劑在水泥中摻量為3~6wt%，早強(qiáng)時間為5~10min，早強(qiáng)效果約1~3倍。

相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案帶來的有益效果：

（1）有效將鋁灰轉(zhuǎn)化為速凝劑，在處置的同時實現(xiàn)資源化利用，有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性；

（2）調(diào)控燃料用量和焙燒工藝，將還原態(tài)氮元素和部分NO x最大限度轉(zhuǎn)化為N 2，既脫除了固相產(chǎn)物中的氮，又降低了后續(xù)廢氣脫氮成本；

（3）通過調(diào)控堿性添加劑的種類，采用碳酸鈉和碳酸鉀的組合搭配，進(jìn)行微量K摻雜可調(diào)控親水特征，大大強(qiáng)化親水特征，具有協(xié)同效應(yīng)，改善水泥凝結(jié)過程動力學(xué)性能；

（4）調(diào)控堿性添加劑、鈣源及焙燒工藝，將氟轉(zhuǎn)化為不溶于水的CaF 2、鈉氟石（NaF·2CaO·SiO 2）或氟鋁硅絡(luò)合物，消除F浸出風(fēng)險。

具體實施方式

本發(fā)明通過以下具體案例實施，但并不因此限制本發(fā)明的適用范圍。

實施例1

將40%的二次鋁灰、20%的碳酸鈣和40%堿性添加劑混合成原料，其中，堿性添加劑為39.8%碳酸鈉和0.02%碳酸鉀，利用20m 3/t天然氣進(jìn)行煅燒；煅燒溫度為1100℃，煅燒時間為3h，燃料煅燒和冷卻獲得速凝劑；煙氣脫硝負(fù)荷降低量為60%。獲得的速凝劑，其氟浸出率為3mg/L。

得到的速凝劑，水泥中摻量為4%，早強(qiáng)時間為6min，早強(qiáng)效果約2倍。

實施例2

將50%的二次鋁灰、15%的碳酸鈣和35%堿性添加劑混合成原料，其中，堿性添加劑為34.8%碳酸鈉和0.2%碳酸鉀，利用10m 3/t天然氣進(jìn)行煅燒；煅燒溫度為1200℃，煅燒時間為1h，燃料煅燒和冷卻獲得速凝劑；煙氣脫硝負(fù)荷降低量為80%。獲得的速凝劑，其氟浸出率為8mg/L。

得到的速凝劑，水泥中摻量為6%，早強(qiáng)時間為10min，早強(qiáng)效果約1倍。

實施例3

將45%的二次鋁灰、23%的碳酸鈣和32%堿性添加劑混合成原料，其中，堿性添加劑為31.9%碳酸鈉和0.1%碳酸鉀，利用13m 3/t天然氣進(jìn)行煅燒；煅燒溫度為950℃，煅燒時間為4h，燃料煅燒和冷卻獲得速凝劑；煙氣脫硝負(fù)荷降低量為70%。獲得的速凝劑，其氟浸出率為15mg/L。

得到的速凝劑，水泥中摻量為5%，早強(qiáng)時間為8min，早強(qiáng)效果約3倍。

實施例4

將60%的二次鋁灰、25%的碳酸鈣和25%堿性添加劑混合成原料，其中，堿性添加劑為24.6%碳酸鈉和0.4%碳酸鉀，利用15m 3/t天然氣進(jìn)行煅燒；煅燒溫度為1000℃，煅燒時間為2h，燃料煅燒和冷卻獲得速凝劑；煙氣脫硝負(fù)荷降低量為75%。獲得的速凝劑，其氟浸出率為10mg/L。

得到的速凝劑，水泥中摻量為3%，早強(qiáng)時間為5min，早強(qiáng)效果約3倍。

對比例1

將40%的二次鋁灰、20%的碳酸鈣和40%堿性添加劑混合成原料，其中，堿性添加劑為碳酸鈉，利用20m 3/t天然氣進(jìn)行煅燒；煅燒溫度為1100℃，煅燒時間為3h，燃料煅燒和冷卻獲得速凝劑；煙氣脫硝負(fù)荷降低量為40%。獲得的速凝劑，其氟浸出率為80mg/L。

得到的速凝劑，水泥中摻量為4%，早強(qiáng)時間為6min，早強(qiáng)效果約0.3倍。

對比例2

將40%的二次鋁灰、20%的碳酸鈣和40%堿性添加劑混合成原料，其中，堿性添加劑為碳酸鉀，利用20m 3/t天然氣進(jìn)行煅燒；煅燒溫度為1100℃，煅燒時間為3h，燃料煅燒和冷卻獲得速凝劑；煙氣脫硝負(fù)荷降低量為35%。獲得的速凝劑，其氟浸出率為90mg/L。

得到的速凝劑，水泥中摻量為4%，早強(qiáng)時間為6min，早強(qiáng)效果約0.2倍。

以上所述的實施例僅是對本發(fā)明的優(yōu)選方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。

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